多孔隙沥青路面与混合料设计方法概述

1、沥青与沥青混合料读书报告目录1 多孔隙透水性沥青路面概述11.1问题提出的意义11.2透水性沥青路面简介与分类11.3透水性沥青路面的特点31.4国内外研究概况41.4.1 透水性沥青路面与排水性沥青路面的异同41.4.2 多孔沥青路面研究与发展51.4.3 国内研究及应用现状62多空隙沥青混合料设计方法72.1空隙特性研究72.1.1 不同粒径矿料的通过率对混合料空隙率的影响72.1.2 空隙率与透水性能的关系82.1.3细观空隙特征与影响规律92.2配合比设计方法102.2.1 表面常数 Kc法102.2.2 美国 FHWA 设计方法112.3.3 西班牙设计方法122.2.4 比利时设计

2、方法122.2.5 日本道路协会设计方法132.2.6 离散单元法14参考文献16I多孔隙透水性沥青路面及混合料设计方法1 多孔隙透水性沥青路面概述1.1 问题提出的意义在城市化建设中，现代化城市的地表逐步被建筑物和混凝土等阻水材料硬化覆盖，形成了生态学上的“人造沙漠”，便捷的交通设施，铺设平整的道路在给人们的出行带来极大方便的同时，这些不透水的路面也给城市的生态环境带来极大的负面影响。首先，传统的地面铺装强调的是地面的坚固耐用及使用性，但此种路面铺装的不透水性却将宝贵的自然降水完全与下层土壤及地下水阻断，降水大部分通过城市排水系统管网排入江河湖海等地表水源中，加之城市地下水的过量抽取，导致城

3、市地下水位越来越低，形成了地质学上的“漏斗型”地下水位，引发地面下降，沿海地区还会导致海水倒灌，这就严重影响了雨水的有效利用。同时不透水地面铺装降雨时雨水是先通过地面的排水坡度或地表明沟排入下水道，雨水在进入下水道前要经过较长距离的地表径流才能进入城市地下排水系统。该过程使最初相对清洁的雨水溶入大量的城市地表污染物，这种径流过程中产生的二次污染，通过城市排水系统进入周围地表自然水体，加重了自然水体的污染程度，影响了城市地表植物的生长，破坏了城市地表生态平衡；其次这种表面致密的地面铺装不利于缓解城市的噪音污染，主要是来自路面交通产生的噪音；在雨天由于不能及时排水，造成路面积水，使雨天行车产生“漂

4、滑”、“飞溅”、“夜间眩光”等现象，给行人出行和车辆行驶带来不便；另外这种不透水的铺装与周围城市建筑共同作用，会增加城市的“热岛效应”；还有由于它的色彩灰暗，缺乏生气，现代的城市也被称为“灰色的热岛”参考文献 Pratt C J. Use of permeable，reservoir pavement constructions for stormwater treatment and storage for re-useJ. Water Science and Technology，1999，Vol.39 NO.5：145-151. - 戴天兴. 城市环境生态学M. 北京：中国建材工业出版社

5、，2002.224230. 杨静. 建筑材料与人居环境M. 北京：清华大学出版社，2001.22422. Tetsuo KOBAYASHI，Mamoru KAGATA，Takayoshi KODAMA. Development of the environment friendly hybrid permeable concrete pavementJ. Ttansactions of the Japan concrete institute，2002，Vol.23：65-76. 王波，李成. 透水性铺装与城市生态及物理环境J. 工业建筑，2002（12）：29-32.。透水性路面就是为了解决

6、上述问题而提出的一种路面型式，主要包括透水性沥青路面、透水性混凝土路面及透水性地砖等形式。透水性沥青路面（Porous Asphalt Concrete，PAC）的主要特点是降雨可以通过本身与铺装下垫层相通的透水路径渗入下部土基，一方面要求铺装面层具有良好的透水性；另一方面，铺装下垫层也应具有相应的透水性能，这样才能保证该铺装体系的透水要求。1.2 透水性沥青路面简介与分类透水性沥青路面是指路面结构层采用较大空隙率的沥青混合料铺筑，允许路表的雨水进入路面结构的一类沥青路面的总称。设计时将透水性良好，空隙率较大的材料应用于面层、基层，在保证一定的路用强度和耐久性的前提下，使雨水能够顺利进入路面结

7、构的内部。根据排水方式的不同，国内相关规范将透水性沥青路面分为型、型和型 CJJ-T 190-2012. 透水沥青路面技术规程S. 北京：人民建筑工业出版社，2012.。型路面通常被称为排水性沥青路面；型和型路面通常被称为透水性沥青路面，其中，型又被称作全透水路面。型透水沥青路面是表面层或整个面层允许雨水渗入，但下面层或基层不允许雨水渗透的路面结构型式。进入面层内部的水沿着路面纵横坡，通过侧向流动，排入道路边缘排水设施。这种渗流方式避免了基层和路基因浸水而损失承载能力。该类型路面在世界范围内已经广泛应用，在我国也处于应用阶段。这种透水性沥青路面最广泛的应用形式为OGFC路面，主要考虑的是雨天行

8、车安全的问题，大体结构如图1.3所示。图1.3 型透水性沥青路面结构及水流渗透方向示意图型透水沥青路面是指路表水首先进入面层，然后逐渐渗透到基层或者垫层，通过基层或垫层排出路面结构并引到邻近的排水设施。由于路表积水是通过基层或者垫层排出路面，所以型透水性沥青路面要求整个路面结构具有一定的渗透能力，即面层、基层和垫层都能够透水，但这种结构要在土基上设置隔水层，使从面层渗入到垫层的水汇入路面内部的排水系统，包括横向排水管、纵向排水管、盲沟、盲管等，通过排水系统把雨水收集到一起排出，这样土基的强度就不会受到雨水的影响。该路面结构适用于土基渗透特性差的地区，其大体结构如图 1.4所示。图1.4 型透水

9、性沥青路面结构及水流渗透方向示意图型透水沥青路面是指路表水由面层逐渐渗透到基层、垫层并直接进入路基土补充地下水。与型大致相同，型透水性沥青路面同样要求面层、基层、垫层都具有良好的透水性能，同时要求土基有较好的透水性，并提供一定的力学强度，保证路面雨水在规定的时间内迅速渗透到路基，回灌地下水。国外把此种路面结构主要用于广场、停车场、人行道、篮球场等活动频率高的娱乐场所、轻交通道路，国内此种路面结构应用得较少，有的城市正尝试运用在人行道上，该路面结构对土基的渗透性要求较高，适用于土基渗透性较好的地方，大体结构如图1.5 所示。图1.5 型透水性沥青路面结构及水流渗透方向示意图1.3 透水性沥青路面

10、的特点（1）延长路面寿命。对于一般路面，由于基层大多为不透水的混凝土材料，在雨季雨水无法及时排走，路面结构长时间浸泡在水中，基础易损坏，缩短了路面寿命，透水性沥青路面的渗透性可使路面结构避免雨水浸泡，在一定程度上对延长路面寿命起到重要的作用。（2）减少路表径流、路面积水以及进入雨水管的流量。单纯依靠工程排水需要建设大规模的地下管网工程，不仅投资昂贵，而且维护管理的难度也较高。渗透处理的一个最大作用是减缓非透水性路面的表面径流对城市管网产生的过高压力，减少了排水中的雨水总量，可相应减少管网规模，减少投资。Jackson和Ragan（1974）研究表明：实际测试的透水性沥青路面的渗透速率远远大于代

11、表性降雨强度，良好的透水性沥青路面可以使大部分的设计降雨量百分之百透入路面结构，避免在路表面形成积水。（3）增加城市透水面积，调节城市气候，保持土壤湿度，改善城市环境。（4）补充并及时回填城市地下水。依据有关研究，选用良好的透水材料，合理的路面设计型式、渗透较好的土质类型以及适度的降雨量，70%-80%的降雨可以通过透水性沥青路面透入到土基 Bannerman R，Baun K，Bohn M. Evaluation of urban nonpoint source pollution management in Milwaukee country. Urban Stormwater Chara

12、cteristics，Pollutant Sources and Management by Street Sweeping，1983，23（1）：56-64.。（5）缓解城市热岛效应。普通沥青混凝土的导热率较高，夏天路表吸收太阳热，内部温度较高，而透水性沥青混凝土面层的导热率约为普通沥青路面的40%70%，可以起到绝热层（insulating course）的作用，另一方面由于透水性路面的多孔构造，雨过天晴后，储存在土基以及垫层中的毛细水通过自然蒸发，降低道路表面的温度，缓解热岛效应。（6）路面结构层具有过滤、吸附和生物降解作用，可以移除细颗粒物质。美国有关研究表明 Van Seters T

13、，Smith D，MacMillan G. Performance evaluation of permeable pavement and a bio-retention swale. International Conference on Concrete Block Paving. San Francisco，CA. 2006，8（2）70-85.：透水性沥青路面可消除 80%的悬浮沉积物、60%的含磷化合物、80%的含氮化合物以及油脂等有机物质，不过未透入天然土基的径流量与这些污染物的减少量有很大的关系。（7）减少传统的暴雨排水设施，节约城市土地，降低城市排水系统建造成本。型透水性沥青

14、路面可减少路面内部排水系统需要的排水设施以及道路两旁的滞泄洪区。1.4 国内外研究概况鉴于透水性沥青路面和排水沥青路面等多孔路面在材料和混合料设计等方面存在相同点，本节对各类多孔沥青混合料的国内外现状进行研究。1.4.1 透水性沥青路面与排水性沥青路面的异同国内对于透水性路面、排水性路面、降噪路面和 OGFC 进行表述时经常混淆。这几种路面形式虽然都是大空隙沥青混合料路面，但由于其结构的不同，配合比设计、功能上有所不同，在适用场合上也存在较大区别。表1列出了透水性沥青路面和排水性沥青路面在功能、材料、结构和使用场合等方面的异同 蒋玮. 透水性沥青路面混合料配合比设计方法与路用性能研究D. 西安

15、：长安大学，2008.。表1 排水性沥青路面和透水性沥青路面的异同点项目排水性沥青路面透水性沥青路面功能上排水、降噪、抗磨耗、抗滑、提高行车安全补充城市地下水、保持城市生态平衡排水、降噪、抗磨耗、抗滑、提高行车安全材料对集料和结合料要求高视使用场合定水流向横向排出竖向渗透结构45cm单层或双层大空隙沥青面层，面层下设改性乳化沥青或热沥青封层面层大空隙沥青混合料（单层或多层），基层采用ATPB或级配碎石、级配碎砾石等使用场合高速、一级公路、城市道路等城市道路、停车场、公园、小区道路、校园、操场等排水性沥青路面是以一种具有相互连通空隙的开级配沥青混合料作为公路或城市道路的上面层，并在该层沥青混合料

16、面层下设置封层，降雨时，雨水垂直通过沥青混合料到达不渗水的下卧层表面，然后从侧向排到路面的边缘。这样的路面结构，为降雨时提供了排水通道，可有效的解决我国夏季多雨带来的交通危害，提高雨天的路面抗滑性能及行车安全性。透水性沥青路面是在排水性沥青路面基础上发展起来的一种全透式的路面结构，其面层基层都采用开级配大空隙结构，降雨垂直通过路面表面层直接下渗至基层，并最终渗入土基。当然，透水性路面的入渗效果及能力与路面结构的空隙率、降雨大小及土基的渗透能力有关，当降雨量大、土基渗透能力较小时，不能垂直入渗的降雨也需要通过侧向排出。图 1 所示为密级配沥青路面、透水性沥青路面和排水性沥青路面的渗水模型。图1

17、不同路面铺装的排水机制1.4.2 多孔沥青路面研究与发展国外对多孔隙透水沥青路面的研究比较早，早在20世纪50年代，美国为提高雨天路面性能并减少噪音，提出了孔隙率为15%左右的开级配磨耗层 关彦斌. 大空隙沥青路面的透水机理及结构设计研究D. 北京：北京交通大学，2008.。与此同时，德国、法国、日本等国也随之展开了对透水沥青路面的研究（见表2）。表2 国外透水路面起源与发展 国家起源与发展特点美国20 世纪50 年代最初为抗滑降噪，提出空隙率为 15%的磨耗层，至70年代，进行抗滑集料与混合料的实验，提出了OGFC这一术语，并于1974年，由联邦公路局提出透水沥青混合料设计规范 刘卫东. 抗

18、滑排水沥青混合料技术现状与发展方向J. 公路交通科技，2011，3（75）：14-16. 。此后，美国的研究重点为提高此类路面的排水性能，虽然取得了一定的成果，却带来了新的损害问题；近年来，美国主要研究目的在于提高透水路面的路用性能。综合而言，美国的OGFC主要用于抗滑要求，级配偏细11，空隙率小，沥青用量高，已普遍用于洲际公路。德国20 世纪60 年代最初目的是解决公园林荫道上树木灌溉问题 Liv M. Haselbach，Srinivas Valavala，Felipe Montes. Permeability predictions forsand-clogged Portland ce

19、ment pervious concrete pavement systemsJ，Journal of Environmental Management. 杨文娟，顾海荣，单永体. 路面温度对城市热岛的影响J. 公路交通科技，2008（3）：147-152.；20世纪60年代初德国铺筑大孔隙透水性沥青路面，随后对其实用性进行观测，最终形成透水性沥青混合料施工技术指南，并于70年代后期开始大范围使用透水路面 Richard E. Roo，P.E. Investigation of the Use Of Open-Graded Friction Courses in WisconsinR. 200

20、9. New Zealand. Open-Graded-Porous-AsphaltZ. 2007. 宋建平. 透水路面在眉山城区的推广应用研究J. 2012，（4）：110-111. ；20世纪80年代，弗莱堡首先响应国家提出的将城市80%的路面改为透水路面的计划，在其人行道、步行街、露天停车场、公共广场等地开始大面积使用。空隙率为15%25%，粗集料含量70%85%。续表2国家起源与发展特点法国20世纪70年代后期法国开始研究多孔沥青路面，采用最大粒径为10mm，厚度为40mm，研究结论如下：与普通密级配沥青路面的使用寿命相比，设计良好的排水性沥青路面使用寿命与其相当，且具有良好的抗老化性

21、能；排水性沥青路面具有一定的适用性，如高速公路、城市快速路、急弯较少的交通密集公路等 李会娟. 长大桥梁排水性沥青路面材料与结构性能研究D. 西安：长安大学，2010. 。采用废轮胎橡胶粉及抗氧化剂作为沥青的改性添加剂，以提升低温柔性、确保高沥青用量、增加混合料的凝聚性及抗疲劳性和老化英国20世纪70年代英国的运输与道路实验室(Transport & Road Research Laboratory)最先针对多孔沥青路面进行研究，但因当时改性沥青的技术尚未成熟而显示该类材料的性能不佳。直到90年代性能优异的高分子改性沥青出现后，在1995年进行了大量多孔沥青路面铺筑试验，证明该类路面确

22、有降低噪音及减少雨天路面水膜的效果 J.C.Nicholls，Review of UK Porous Asphalt Trials，TRL Report 264，18 Transportation Research Laboratory，London，United Kingdom，1997. 。采用高分子改性沥青，路面厚度为12英寸日本20世纪 80年代开始研究透水路面技术，并于1987年在东京环状7号线上首次铺筑了路面空隙率为10% 的掺加橡胶的沥青结合料试验路，于1996年制定了透水性路面铺装技术指南，普遍用于高速道路和城市道路。主要考虑排水功能， 空隙率较美国稍大10。在引进欧洲路面技术

23、后，自身不断研究发展，应用方面非常成功荷兰、丹麦20世纪70年代多孔沥青路面的重视则着眼于噪音的降低上，根据荷兰的双层多孔沥青路面研究成果，丹麦政府预计在2010年时，有2/3的城市道路周围的居民，感受到的交通噪音都会降低至65分贝以下 徐亦航. 排水性沥青路面技术性能研究D. 西安：长安大学硕士学位论文，2007.6.，欲采用的策略之一就是使用双层式的多孔沥青路面。80年代同时期，法国、西班牙等欧洲国家也开始大面积推广此种透水性沥青路面。1.4.3 国内研究及应用现状我国对透水性沥青路面相关性能的研究开始于“九五”期间并取得了一定的成果。1996年，杭（州）金（华）线铺筑了700m的试验路，

24、后期跟踪检测表明，透水性沥青路面与普通沥青路面相比有明显的降噪功能 刘文松. 纤维排水沥青混合料试验评价D. 西安：长安大学，2010.。2002年至2003年间，分别在北京昌平区北七家镇及劲松路改造工程中应用透水路面，结果表明该路面具有良好的透水性能、降噪功能，同时可防溅水、反光等，具有可观的经济社会效益 十余项专利彻底打破国外技术垄断J. 中国公路，2007，（16）：50-52.。2006年，广州在修建了一段试验路，采用全透式路面结构，并且采用了全面的排水系统，设计了现有道路的排水设施，渗入到路面内部的积水通过路面结构直接下渗到土基，其余部分通过排水系统收集统一排出路面结构外 赵亮. 城

25、市透水铺装材料与结构设计研究D. 西安：长安大学， 2010， 20-24.。2010年，透水路面被广泛用于上海新国际博览中心一期的工程中。2011年，在交通运输部公路科学研究院以及北京路桥通国际工程咨询有限公司的技术支持下 路径. 中国公路学会第七届全国代表大会在北京召开J. 运输经理世界，2011，（1）：20-21.，河北承唐高速公路在里程K17处铺设300余米的OGFC-13表面层，该路面具有较好的透水性能以及抗滑能力。2013年，江苏省张家港交通运输局在省道338张家港张杨路改造工程中应用大空隙沥青混合料技术，铺筑长2100米、宽34米的道路，工程竣工验收时，路面具有良好的抗滑及渗透

26、性能 郭艳红. 快速无损检测设备在高等级公路路面质量检测中的应用研究D. 南京：东南大学，2006.。2015年，江苏省交通规划设计院建造全透水沥青路面试验路段。透水沥青路面为新建道路，设计时结合路面结构强度和透水功能，采用的路面结构为4cm PAC-13 透水沥青混凝土上面层、6cm PAC-19透水沥青混凝土下面层、20cm 透水水泥混凝土基层、30cm 粗碎石的反滤土工布土基，并在道路两侧垫层底部铺设3 根D50软式透水管。雨后路面没有积水和径流，车辆行驶后不会产生水雾，与普通沥青路面形成了鲜明的对比，显示出透水沥青路面良好的渗透排水功能。透水沥青路面对比效果见图1.8 20 严以楼，李

27、新贺. 全透式透水沥青路面在城市道路中的应用J. 科技展望，2015（13）：19-21.。此外，在理论研究方面，国内也有诸多进展。长安大学的蒋玮对大空隙透水路面进行深入研究并完成一系列室内试验，如多孔沥青混合料的级配优化 蒋玮，沙爱民等. 基于抗车辙稳定性的多孔沥青混合料级配优化J. 华南理工大学学报，2012，11（40）：127-132.、透水沥青路面的储水渗水能效与模型 蒋玮，沙爱民等. 透水沥青路面的储水-渗透模型与效能J. 同济大学学报， 2013，1（41）：72-77.等。另外，郭黎黎 郭黎黎.大空隙排水性沥青路面耐久性研究D. 西安：长安大学，2010.、文湘 文湘.透水性沥

28、青混合料耐久性研究D. 西安：长安大学，2012.也对大空隙沥青混合料的耐久性进行了研究，进行了级配设计并进行了路用性能的验证；龚成志，张祖棠 龚成志，张祖棠等. 空隙特征对沥青混合料低温抗裂性能的影响J. 公路交通技术，2011，8（4）：39-42.等研究了空隙特征对沥青混合料低温抗裂性能的影响，发现常、低温时静态劲度模量反映的抗裂性能，基质沥青>改性沥青，常、低温动态进度模量反映的抗裂性能，改性沥青>基质沥青；关彦斌10对大空隙沥青路面的透水机理及结构设计进行了研究，建立了透水性沥青路面渗透的计算模型，分析了路面的产流机制，建立了空隙率与渗水系数的关系及表达式，并提出根据降雨

29、量以及路面断面结构设计空隙率；杨春 杨春，王泽民等. OGFC空隙率的选取与对级配设计的影响J. 公路交通技术，2008，11：29-31.等人也对OGFC空隙率的选取与对级配设计的影响进行了研究。2 多空隙沥青混合料设计方法2.1 空隙特性研究2.1.1 不同粒径矿料的通过率对混合料空隙率的影响牛俊明 牛俊明，许永明，赵平均. 排水性沥青抗滑层混合料的路用性能研究J. 石油沥青，1997，11（1），37-44.等人通过正交设计试验表明（试件采用马歇尔试件，空隙率测定采用体积法）：对空隙率影响最显著的因素是粗骨料（4.75mm以上）含量，每增加5% 粗骨料，空隙率增加约3%；其次是4.75m

30、m9.5mm骨料含量，再其次是沥青用量；对马歇尔稳定度最显著的因素也是粗骨料（4.75mm以上）含量，其次是4.75mm9.5mm骨料含量，影响最小的是沥青用量；对流值影响最显著的因素亦是粗集料（4.75mm以上）含量，其次是沥青用量，最小的是4.75mm9.5mm的骨料含量。Mallick等人 R Mallick，P Kandhal，LA Cooley，et al. Design Construction and Performance of New-Generation Open-Graded Friction Courses. Asphalt Paving Technology 69，2

31、000，391-423.的研究也表明，当4.75mm筛孔的通过率等于或小于15% 时，混合料中碎石存在石与石的接触，这种接触方式可以提高混合料的连通空隙率和抗车辙能力，但会降低混合料的耐久性。可见，透水性沥青混合料中各档集料特别是关键筛孔的集料通过率对混合料的空隙率和结构都有较大影响。长安大学的邢明亮 邢明亮，杨旭东，付其林. 空隙率对排水路面路用性能的影响研究J. 路基工程，2009，4（145），38-39.等人通过大量试验，对不同级配经过筛选后采用前进法筛选变量技术，对相关试验数据进行回归分析，以空隙率和连通空隙率为因变量，9.5mm、2.36mm、1.18mm 和 0.075mm 筛孔

32、的通过率以及 4.75mm 和 2.36mm 筛孔的通过率之差 P9.5、P2.36、P1.18、P0.075和 P为自变量，通过前进筛选法变量技术回归空隙率 n0和连通空隙率 n1与各影响因素的关系，所得的试验分析结果也证明，2.36mm 筛孔的通过率与混合料的空隙率和连通空隙率的线性相关系数大于其它几个自变量，得出 2.36mm 的筛孔通过率对混合料的空隙率和连通空隙率其决定性的作用。长安大学蒋玮9通过对各种级配中不同粒径的通过率和空隙率的分析，分析不同沥青矿料通过率同空隙率的关系。对透水性路面上面层 PAC-13，4.75mm、2.36mm 和 1.18mm 筛孔通过率与空隙率均有较好的

33、线性相关关系，其相关系数分别为 0.8962、0.9326 和 0.8744，其中 2.36mm筛孔的通过率与空隙率的线性关系较 4.75mm 和 1.18mm 的筛孔通过率好。2.1.2 空隙率与透水性能的关系透水性能是透水性路面最重要的功能，而透水性能一般是通过材料的渗透系数来进行评价的。由于透水性沥青混合料成型时是采用碾压的方式，根据资料显示，用这种方法成型的混合料的竖向和横向渗透系数通常是不一样的，因而对于渗透系数的测量，国内一般根据不同的试验方法分开测量横向渗透系数和纵向渗透系数的值，并相应的开发了不同的试验设备，主要可以分为常水头和变水头两种，一般来说前者适用于渗透系数较大的材料,

34、后者适用于渗透系数较小的材料。由于渗透系数测试设备没有一个统一的标准，不同的仪器测得的多孔沥青材料的渗透系数也有较大差异，不具备比较性，但可以借鉴某一仪器得出的渗透系数所具有的规律性。东南大学诸永宁 诸永宁，陈荣生，倪富健. 排水性沥青路面排水性能评定方法研究J.公路交通科技，2004（08）.等人的试验研究表明，竖向渗透系数与连通空隙率之间存在线性关系：Ky=0.0396n-0.0854 R2=0.9842横向渗透系数和连通空隙率之间也存在较明显的线性关系：Ky=0.0607n+0.2313 R2=0.9526北京交通大学的关彦斌10通过对不同最大粒径的透水性沥青混合料空隙率透水性试验结果的

35、分析计算,得到了其渗透系数与各空隙率的相关关系，结果表明渗透系数随空隙率和连通空隙率的增大将线性增大，见图2。图2 连通空隙率同渗透系数的关系日本的相关资料 AIYU KENSETSU CO.，LTD. Manual for Construction of Porous Asphalt Pavements R. Technical Paper June 2001.也表明混合料的空隙率同渗透系数见有良好的线性相关关系，如图3所示。图3 空隙率同渗透系数的关系图2.1.3细观空隙特征与影响规律长安大学蒋玮等 蒋玮，沙爱民，肖晶晶等. 多孔沥青混合料的细观空隙特征与影响规律J. 同济大学学报（自然科

36、学版），2015，1（43），67-74. 基于CT、图像处理及重构技术和室内试验分析了多孔沥青混合料细观空隙特征的表征。 结论如下：（1）空隙大小对混合料的影响采用表征空隙大小的参数空隙等效直径分析其对多孔沥青混合料性能的影响随着空隙等效直径增大，混合料的飞散损失和动稳定度随之增大，吸声系数峰值随之减小表明空隙率相近的多孔沥青混合料，其高温稳定性、抗飞散特性和降噪效果同细观空隙大小密切相关（2）空隙数量对混合料的影响当混合料空隙率相近时，试件断面图像空隙总面积值相近，此时平均空隙数量与空隙等效直径之间呈反比关系因此，飞散损失和动稳定度随断面平均空隙数量的增大而减小，吸声系数峰值随断面平均空隙

37、数量的增加而增大。 （3）分形维数对混合料的影响随着分形维数的增大，多孔沥青混合料抵抗飞散的能力和降噪效果增加，高温抗车辙性能降低。2.2 配合比设计方法配合比设计的目的是确定集料与粘结材料的最佳组合，作为路面结构的一部分，以提供长期的路用性能；设计良好的沥青混合料在各种交通荷载及环境作用下，可在设计的使用寿命期间正常使用。由于各国在路面功能上侧重点不同，因而在多孔沥青混合料的设计方法上也存在差异，没有一个统一的设计规范。以下介绍几种各国采用的多孔沥青混合料设计方法。2.2.1 表面常数 Kc法表面常数 Kc法并不是一种设计方法，而是美国某些州用来确定沥青用量的方法，只是该法在整个组成设计中最

38、为特别，故以表面常数 Kc 法作为该材料组成设计方法的代称 Smith R.W，Rice J.M.，Spellman S.R.Design of Open-Graded Friction CoursesR. FHWA，Synthesis Of Current Practice On The Design，Construction，And Maintenance Of Porous Friction Course.1974. Federal Highway Administration. Opend-Graded Friction Course FHWA Mix Design Method. F

39、ederal Highway Administration，U.S.Department of Transportation，Washington D.C.，1990.。该设计方法核心设计步骤是确定表面常数Kc。首先，按照 AASHTO T270 测定集料的表面常数 Kc测定步骤如下：（1）用四分法取 105g 粗集料试样，在加热板上或 110烘箱上烘至恒重，然后冷却至常温；（2）取大约 100g 试样(精确至 0.lg)，放入一个金属漏斗，其上口直径为89mm，高 114mm，下口直径为2.7mm，并用1.2mm筛子封口； （3）在常温下将试样完全浸入 S.A.E.10 号润滑油中5min（

40、如果使用高吸水性集料，则浸没试样 30min）；（4）试样在漏斗中沥干2min，在将装有试样的漏斗放在烘箱60再沥干15min；（5）将试样从漏斗中倒入已称重的盘中，冷却至常温，称重，精确至0.lg； （6）按下式计算含油率POR：POR=SGa2.65×B-AA×100%式中：SGa 粗集料表观密度；A 试样烘干质量B 试样吸油后总质量。当使用高吸水性集料时，在测定 POR 后，将试样倒在清洁而干燥的吸水性织物上，以得一个饱和面干条件。将样品从织物倒入己称重的盆中，再称取样品质量，采用下式计算吸油率 POA：POA=C-AA×100%式中：A 试样干质量；C 试

41、样饱和面干质量。则游离含油率POAA（%）为：POAA=POR-POA对于普通粗集料便面常数值KC，采用下式计算：KC=0.1+0.4POR对于高吸水性集料，粗集料表面常数值 KCA的计算公式如下：KCA=0.1+0.4POAA2.2.2 美国 FHWA 设计方法美国联邦公路管理局（FHWA）在1990年制定了“开级配抗滑表层（OGFC）混合料设计方法” 郭勇. 高速公路排水性沥青混合料应用研究D. 南京：东南大学硕士学位论文，2006.3.。设计时，初试沥青用量一般通过试算确定，计算时考虑沥青吸入集料内部的情况，要求测定集料的毛体积密度和表观密度，计算混合料所需的有效沥青用量及总沥青用量。混

42、合料成型采取便携式电磁振动锤进行振动压实或振动台（3600rpm，振幅0.33×0.05mm）成型。计算振动后的单位重、粗集料空隙率（VCA）和细集料最佳用量。用确定的沥青用量，在沥青粘度为800Pa·S时的温度下拌和混合料，把混合料倒在硼硅酸玻璃板（直径为200225mm）上迅速摊开，放进不低于107的烘箱内60min，观察板底状况。如在集料与玻璃板接触处有轻微的沥青印痕，表明沥青用量是合适的。否则应在更高或更低的拌和温度下重复这个实验，以达到要求的接触印痕。如果拌和温度低到集料的干燥温度仍有析漏，那么应选择较高粘度的沥青。然后对设计混合料进行浸水抗压试验检验，在49浸水

43、4d后，测定抗压强度残留强度指标应不低于50，否则应采取措施提高粘附力以获得足够的残留强度。在FHWA将此设计方法向各州推荐使用的过程中，逐渐发现存在以下一些缺陷：（1）FHWA 推荐的混合料最大公称粒径为9.5mm，混合料的最大粒径较小，集料偏细，空隙率偏小，导致沥青用量偏大，因而其强度、稳定性不好。 （2）确定最佳沥青用量时，没有考虑到不同种类的沥青及添加剂在集料表面所形成的沥青膜厚度的不同，使用经验公式和图表计算得到的结合料用量不大合适。 （3）在沥青混合料性能验证上，仅采用浸水抗压残留强度指标来进行评价是不充分的。现在这套FHWA于1990年制定的设计方法己经很少使用，近年来，美国吸取

44、了欧洲、日本等国的经验，对OGFC混合料设计的某些方面进行了改进，出现了OGFC级配变粗，设计空隙率变大，普遍使用改性沥青、使用纤维添加剂等改善措施的趋势。美国全国沥青技术中心（NCAT）在总结己有经验的基础上，于2000年完成了新型OGFC混合料设计方法的研究。主要成果如下：（1）为防止混合料在施工过程中发生沥青流淌现象，普遍要求使用橡胶改性沥青，而且对沥青胶结料要求具有足够的耐老化性。 （2）在混合料级配设计上，优先推荐使用最大公称粒径为12.5mm和16.0mm的级配组成，设计空隙率约在20左右。（3）在设计时引进了Superpave设计中的旋转压实成型方法来模拟混合料现场的压实效果。（

45、4）借鉴了SMA配合比设计理念：透水性沥青混合料必须具有相互嵌挤紧密的石-石骨架结构；填充粗集料骨架间隙的沥青胶浆必须使结构内部空隙率达到要求范围内。（5）开发了新的抽真空装置，利用塑料薄膜密封试件后测量体积，并以此计算空隙。（6）引进了欧洲的磨耗试验并对其作了改进。除常规飞散试验外，为了模拟现场的沥青老化，将试件放入64的烘箱中保持7天，然后在25温度下保持至少4小时后进行飞散试验。其他的试验方法不变，以此评价沥青混合料老化后的抗磨耗性能。（7）对原来析漏试验所采用的网篮法进行改进。为了保证只有沥青可以通过筛孔流淌出来，将网篮的筛孔尺寸由原来的4.75mm改为2.36mm。这样在2.36mm

46、至4.75mm之间的细集料不会流出筛孔，避免了其对析漏试验结果的影响。2.3.3 西班牙设计方法西班牙透水性沥青混合料设计依据19 邢明亮. 透水性沥青混合料组成设计与性能研究D. 西安：长安大学硕士学位论文，2007.6.：（1）避免沥青流淌，且混合料内要有良好耐久性的最大沥青含量；（2）确保抵抗因交通引起的颗粒松散，且要有足够的沥青膜厚以包裹集料的最小沥青含量。抵抗颗粒松散是以Cantabro磨耗试验进行分析，试件以马歇尔击实仪每面各击50下，为考虑耐久性，最小沥青含量进行限制，设计沥青含量由表2决定。表2 决定设计沥青含量的指标要求沥青含量混合料性质指标要求最小抵抗颗粒松散试验（%）&l

47、t;25耐久性（沥青含量，%）>4.5最大沥青流淌-降噪性（空隙率，%）202.2.4 比利时设计方法 比利时所采用的规范由比利时公路研究中心（Belgian Road Research Centre，简称BRRC）所建议1941，主要考虑空隙率及低噪声，规范如表3所示。表3 比利时透水性沥青混合料设计规范2.2.5 日本道路协会设计方法日本道路协会设计方法日本在上世纪80年代从国外引进时，曾原封不动的采用了美国的方法来进行设计。但发现此种路面早期破坏现象十分严重，而且透水、降噪功能的减退也很快。因此，为了使路面的透水功能与降低噪音效果更加持久，日木开始进行适合本国气候和交通条件的的研究和开发工作，目前己形成较为完善的透水性沥青混合料