透水沥青路面（共7篇）
透水沥青路面 篇1
透水性沥青路面 (Porous Asphalt Pavement) 所采用的透水性沥青混合料具有孔隙率大和骨料含量较多的特点。因此, 透水性沥青路面具有良好的透水性能, 可有效减少路表积水, 避免因积水而引起的水雾、水溅、水漂及夜间眩光现象, 提高了行车的安全性。由于透水性沥青路面具有一系列的优点, 所以近年来在国内得到大量的应用。要进行透水性沥青路面结构的功能设计, 首先必须了解透水性沥青路面结构层的雨水渗透与排出情况, 以确定对应的透水性沥青路面面层的孔隙率、厚度及排水方式的设计, 并确定出相应的透水性沥青路面的透水能力。
1 透水性沥青路面的产流机制和方式
1.1 透水性沥青路面的产流机制
雨水从路表垂直向下渗入透水性沥青路面由两个阶段组成。第一阶段为外界控制阶段, 若外界给水速率不超过透水性沥青路面的下渗能力, 则入渗速率等于来水速率。第二阶段为透水性沥青路面控制阶段, 随着透水性路面饱和程度的增加, 透水路面传导水的能力减弱, 当小于外界给水速率时, 开始有一部分雨水通过路表综合坡度排出路面, 形成地表径流。此时入渗速率等于透水性沥青路面的下渗能力, 下渗能力一直减小直至等于透水性沥青路面的饱和水力传导度 (渗透能力) 。
1.2 透水性沥青路面的产流方式
图1为在某一稳定的降雨强度下一次降雨过程中透水性沥青路面的入渗情况。在图中, R为某一稳定的降雨强度, d—e为水力传导度曲线, 随着降雨历时的延长而传导水的能力逐渐变小最终趋于饱和水力传导度Ks。a—b—c为透水性沥青路面的入渗曲线, 开始时由于透水性沥青路面传导能力大于降雨强度R, 降雨全部入渗到透水性沥青路面内部, t1时刻后透水性沥青路面传导能力小于降雨强度, 但是由于透水性沥青路面不可能绝对平整, 存在低洼甚至有坑洞的地方, 而且在形成地表径流之前路面会允许一定的厚度的水膜存在, 因此地表径流不会在水力传导度一开始低于降雨强度的情况下就出现, 而是会有一个滞后的过程, 这个过程就是填充路面坑洼不平处和形成临界水膜的过程。当进入透水性路面入渗能力控制阶段t2时刻以后, 地表径流开始形成, 透水性沥青路面渗透能力逐渐减弱趋近于Ks。
2 渗透计算模型研究
2.1 边界条件分析
为简化计算, 考虑大气降雨的入渗时间和空间分布都是比较均匀的情况, 从而把潜水的运动当作稳定运动来研究。为此, 对透水性沥青路面边界条件作如下假设:透水性沥青路面为均质体, 底部路床为弱透水层且同坡, 综合坡度为
2.2 渗透计算模型
以透水性沥青路面右边缘路床层底的水平线为x轴, 并假设x轴是相对标高为零的基准面。在透水性沥青路面端点x处, 将透水性沥青路面连同路床一起切出宽度为dx的一个微分段, 在这个微分段上, 雨水通过透水性沥青路面渗透到其下部路床中, 设透水性沥青路面上部的水头为ϕ1, 透水性沥青路面下部的水头为ϕ2, 则雨水从这段透水性沥青路面的顶面通过透水性沥青路面渗透到其底面的水头损失为Δϕ=ϕ1-ϕ2, 若该段透水性沥青路面的厚度为H, 那么在这一段透水性沥青路面内, 渗透的水力坡降为J= (ϕ1-ϕ2) /H。因此通过这段透水性沥青路面渗透到路床的渗透量为:
2.3 渗透量计算
透水性沥青路面的蓄水量主要取决于路面结构层孔隙率的大小、路面结构的厚度、降雨历时及透水性沥青路面下部路床的渗透能力的大小, 透水性沥青路面的蓄水量可用下式计算:
其中, Q0为透水性沥青路面的蓄水量, cm3/m2;i为降雨强度, mm/h;K0为路床平均渗透系数, cm/h;t为降雨的持续时间, min。
3 渗透系数分析
3.1 入渗强度
瞬时水力传导度是一个变化的值, 它随透水性沥青路面的初始状态和降雨的持续而改变, 而饱和水力传导度Ks是一个相对稳定的值, 它与透水性沥青路面各结构层的材料性质与组成形式有关。因此采用Ks作为设计指标, 则入渗强度可以确定为:当降雨强度i大于饱和水力传导度Ks时, 入渗强度就是Ks;当降雨强度i<Ks时, 入渗强度就是降雨强度i。降雨强度按JTJ 018-97公路排水设计规范确定。
3.2 渗透系数
渗透系数K (也称水力传导系数) , 是透水性沥青混合料渗透能力的重要参数。渗透系数不仅取决于材料的性质 (如粒度、成分、颗粒排列、填充情况等) , 而且与渗透液体的物理性质 (如容重、粘滞性等) 有关。
用静压的方法将要试验的混合料采用标准的马歇尔试件成型, 将成型的试件周向密封处理后放入渗水仪的套筒内, 调节出口处软管的高度, 可通过测压管读出进水口和出水口的水位差Δh, 待出水口的出水稳定后记录3 min内透过试件的水量Q, 便可求出透水性沥青混合料的饱和渗透系数K, 其计算公式为:
K=Q/tKI (3)
其中, Q为t时间内透过横断面为A的试件流量, cm3, A为试件的横截面面积, cm2;I为水力坡降, I=h/L, h为水头损失, cm, L为试件的有效长度, cm。
4 目标空隙率的确定
由于透水性沥青路面应用场所和要实现功能的不同, 透水性沥青路面结构形式和透水性沥青路面各结构层的目标空隙率会有较大差别。透水性沥青混合料所需透水能力是保证控制由于降暴雨形成地表径流的渗透系数, 以此为目标确定透水性沥青混合料的目标空隙率。
对长度为L, 单向车道宽度为B的透水性沥青路面而言, 实际渗透量为:
Q实=6×10-5K实J·F·t (4)
其中, Q实为透水性沥青路面实际渗透量, m3;K实为试件实际渗透系数, cm/s;J为透水性沥青路面的合成坡度;F为透水性沥青路面面积, F=L×B;t为降雨历时, min。
其中, K实=0.032 6V有效-0.273 1 (5)
为了控制透水性沥青路面地表径流的产生, 要求满足下式:
Q实≥60Q径t (6)
将式 (4) 和式 (5) 代入式 (6) 可得透水性沥青混合料控制地表径流产生的目标孔隙率表达式为:
其中, V有效为透水性沥青混合料有效孔隙率;Q径为地表径流量, m3/s;其他参数同上。
5 结语
由于透水性沥青路面的透水是一个复杂的动态过程, 是透水性沥青路面结构及土基的渗透能力相互作用的最终表现。本文首先在分析透水性沥青路面的透水机理过程的基础上, 研究透水性沥青路面渗透的计算模型, 通过计算模型计算透水性沥青路面的渗透量, 通过对透水性沥青混合料渗透试验分析, 最终确定透水性沥青路面地表径流量与目标空隙率的关系, 为透水性沥青路面的推广应用提供了理论依据。
参考文献
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[5]关彦斌.大孔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.
透水性沥青路面性能分析 篇2
1 透水性沥青路面优点
1)透水性沥青可以防湿滑。
透水性沥青可以迅速排泄雨水并预防湿滑,故其可确保行车安全。可有效降低湿路面的喷溅和路面反光的晕眩。雨天时,透水性沥青道路表面干爽,能提供比传统湿滑路面较高且均匀的路面摩擦力,因而雨天行车汽车不会打滑。透水沥青铺面可有效改善道路行驶的安全性和舒适性。因路面不积水、不溅水,可保证轮胎与路面之间有良好的附着力,大大改善了路面的抗滑性能;同时车辆后方不会溅起水雾,改善了行车条件,从而可大大降低道路交通事故发生率,具有良好的社会效益。迅速将路表雨水排除,确保雨天行车时车轮与路面的接触,提高行车安全。
2)透水性沥青可降低噪音。
由于轮胎和车首间的气体被下压至表面孔隙,故滚动阻力及噪音有效降低,同时可以节省耗油量及轮胎的磨损。透水沥青铺面可有效吸收车辆行驶所产生的噪声,在公路隧道中可吸收掉75%的噪音[1]。车辆在行驶过程中产生的噪音声波,一方面可以在透水沥青路面内,将声能转化成热能的形式而削弱;另一方面通过透水沥青路面表面宏观构造产生漫反射等综合效应,使得行车噪音显著降低。
3)透水性沥青可降低路面成本。
透水性沥青较传统非透水沥青混凝土更坚实。在相同厚度的条件下,传统非透水性沥青每平方米需要80 kg的沥青混凝土,而透水性沥青每平方米则须要65~70 kg。
透水沥青铺面可大幅度降低排水系统的建设成本。透水沥青铺面可减少地面70%~80%的径流量,设置简单的盲沟排水即可满足要求,平均可降低排水系统建设成本的70%。同时,由于地面径流量的减少, 还可有效降低暴雨泛滥成灾的危险。
2 透水性沥青路面路用性能研究
关于透水性沥青路面的路用技术特性,国内外研究人员通过对高速公路和国道的试验路段进行现场测试,对路表特性进行电脑分析,以及对试验路段的声学特性进行分析等,分析了透水性路面的路用技术特性,具体包括以下5个方面。
2.1 降噪性能
通过研究,我们发现其降噪性能与孔隙率、集料粒径及路面厚度有关。
1)改变沥青混凝土的孔隙率来达到降低噪音。
使用该路面后交通噪声的降低程度相当于将交通车辆减少一半。对具有不同孔隙率的沥青混合料试样在试验室内进行驻波法测量,测得的结果如表1所示[2]。试验结果表明,孔隙率在16%~24%,对频率在250~1 000 Hz的中频声(交通噪音的主要频率范围)具有最大的吸声系数。但经过实践发现该路面还存在一些不足,如这种路面的混合料易被粉尘污染,使孔隙堵塞,减噪效果会逐渐丧失;由于路面孔隙率大、密实度低,其寿命相对缩短等问题未能较好解决,因此,现处于这种路面结构的研究阶段。
2)改变沥青混合料集料的粒径达到降低噪声的目的。
多孔性沥青路面降低噪音的性能与其孔隙率有关,也与空隙构造有关。空隙的孔径小,吸收噪声的性能好。日本研究结果表明,铺筑厚度同样为50 mm,而最大粒径分别为13 mm和20 mm的路面,它们在不同车速下降噪的性能是不同的,最大粒径为13 mm的降噪效果好一些。研究表明,混合料的孔隙率在很大程度上与2.36 mm的通过率有关,见表2。
将表2的数据绘制在图1上,可以清楚的看出,孔隙率随2.36 mm的通过量增加而减小。国外多孔性沥青路面的孔隙率控制在20%左右,2.36 mm的通过率控制范围在10%~18%。
3)采用合理的路面厚度来降低噪音[4]。理论分析表明,刚性背衬吸声材料的垂直入射吸声系数随着厚度的增加而增加,而当厚度增加到4 cm左右时,材料的声学特性已趋稳定,孔隙率的作用成为主导。
随着试件厚度的增加,吸声系数峰值所对应的频率逐渐向低频方向移动。表3 是不同厚度试样在同一孔隙率下的吸声系数的峰值(αp)所对应的频率。
从降低噪音和行车安全出发,欧洲通常采用的面层厚度为4~5 cm。比利时专家对低噪音沥青路面的降噪效果得出经验公式为
式中:dL为噪声降低值,dB;H为层厚,mm;Vc为孔隙率,%。
按该公式计算,当低噪音沥青路面层厚度为40 mm、孔隙率为20%时,其降噪量可达4 dB,与国内报道的实验数据相吻合。1996年我国先后在杭州—金华段高速公路和320 国道上铺设透水性沥青试验路面,使用及测试结果证明该种路面在降低噪声及改善行车环境方面具有明显的优势[3]。
2.2 降温性能
透水性沥青路面在热辐射作用下,吸收的能量使内部水分变为水汽,并逸出路面结构表面的方式有两种:一种是路面表面的直接蒸发;另一种是在路面结构内部水分的蒸发,再通过路面结构中的孔隙扩散逸出路面表面。水分蒸发吸收大量的热量,使得地表温度和空气温度均得到降低,路表温度的减小会明显降低路表对外界长波辐射的作用,这是透水性沥青路面改善城市夏季热环境的重要途径。透水性沥青路面能够降低路表温度,其降低路表温度能力除取决于透水性沥青路面孔隙率的大小外,与路面含水量及路面结构厚度有直接关系。透水性沥青路面的孔隙率在20%~25%较为适宜。对于相同孔隙率的试件随着试件高度的增加,透水性混凝土试件的表面温度大幅度的下降。这是由于与试件的含水量有关,高度增加,试件内的含水量越多,当照射时间延长时,可供蒸发的水量越多,降温效果明显;试件受到照射强度相同,表层风速相同,根据蒸发强度可以得到,照射开始1 h后6 cm与9 cm试件的孔隙含水量已经减少为11%左右,而15 cm试件的孔隙含水量大于30%,可以知道进入稳定蒸发状态前,6 cm和9 cm试件蒸发强度已经大大下降,而15 cm高试件蒸发刚进入稳定时段,而且蒸发强度正在加剧[4]。
2.3 路表的宏观状况
通过检测试验路段的路表情况,与普通沥青混合料路面相比,未发现特殊的路面病害问题,且透水性沥青混合料也没有明显的沥青老化问题,并在观察中发现透水性路面具有良好的抗车辙能力。车辙试验是评价沥青混合料的抗流动性能的一种方法。试验主要是模拟沥青混合料受车辆荷载反复作用的状况,以产生1 mm的竖向变形所需荷载作用次数(即动稳定度DS)为指标,评定沥青混合料的抗流动性能,满足行车荷载要求动稳定度大于2 000次/mm[5]。
2.4 透水性能
透水性能主要取决于互通式空隙率的大小,但透水性能的变化却取决于许多参数,目前,难以控制及定量说明。透水性路面的竖向透水能力与横向透水能力两者相差很大,横向约为竖向的2倍,透水系数约在1~1.5 cm/s范围变化。且竖向透水能力一年后与竣工时比较平均丧失50%,随后每年都降低10%~15%(同上年相比)[6]。
2.5 附着力
一般来讲,行车速度越高,附着力越小。但对于透水性沥青路面,附着力的这种减小较弱。但路面孔隙发生严重堵塞时应单独考虑,而且附着力的大小在很大程度上取决于矿料母岩的性质,坚硬、耐磨岩石具有较好的附着力。
3 结束语
透水沥青铺面在道路上推广使用具有良好的社会和经济效益,它可彻底解决传统沥青铺面所存在的诸多问题。但是, 使用透水沥青铺面,必须重新分析传统路面的设计思路,必须解决基层和土基层的排水和稳定性等一系列问题,成熟的路面基层结构也将不再适用。并且,在施工管理及养护方面应注意保证透水性铺装通孔结构的持久性,建议研制开发清理透水性铺装通孔堵塞的相关设备[7]。
参考文献
[1]韦(更韦),吴叶莹,陈炜,等.OGFC透水性沥青路面的设计和施工[J].浙江建筑,2006,23(10):55-56.
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[4]魏建军,关彦斌,张新,等.透水性沥青路面降低路表温度的研究与分析[J].交通科技与经济,2007,9(5):1-2.
[5]吕伟民.沥青混合料设计原理与方法[M].上海:同济大学出版社,2001.
[6]李左芬,曹锡隽.法国透水性路面[J].交通运输,1989(6):77-79.
透水沥青路面 篇3
在施工路段的整个路段机动车道单幅路面宽14～16m, 结构设计见图1。在沥青道路结构中, 粗粒式层和中粒式层与传统沥青道路结构无异, 路面采用4cm高黏度改性透水沥青。经过计算, 水泥稳定碎石层顶面弯沉值不大于0.69mm, 中粒式沥青顶面弯沉值不大于0.49mm, 透水沥青顶面弯沉值不大于0.43mm。由于下承层施工质量的好坏直接影响OGFC的使用寿命, 所以一方面增加玻璃纤维土工格栅起加筋作用;另一方面喷洒乳化沥青作封层防止渗水, 同时增强面层与下承层间的粘结强度。透水沥青混合料试验技术指标。玻璃纤维土工格栅抗拉强度不小于80kN/m, 延伸率小于3.0%, 格栅尺寸为15mm×15mm。乳化沥青封层撒铺量为0.6L/m2。
排水能力分析
路面雨水透过透水沥青层后沿下承层形成的路拱排到路边的排水沟, 再通过透水钢管利用道路纵向坡度排至雨水排水系统。钢管表面梅花形布置6mm的透水孔, 间距15cm, 钢管之间采用钢套管连接。由于透水沥青路面主要是排除路面雨水, 路面宽度按16m计算。按照暴雨强度公式 (设计重现期P为2a;集水时间t为5min)
考虑径流系数ψ为0.9, 则1m长度路面上须及时排除的雨水量为0.54L/s。根据给排水设计手册查得沥青路面在水深4cm、坡度为1.5%时水的流速为0.58m/s, 则1m长度的道路断面所需排水空隙为0.93×10-3m2。透水沥青混合料的空隙率为20%, 即1m长度的道路断面具有的空隙为8.0×10-3m2。在满足路面结构的要求下, 考虑到使用过程中部分空隙会堵塞, 因此透水沥青混合料的空隙率按20%设计应该能满足实际排水需求。另外排水钢管表面开孔面积为0.94×10-3m2, 也能满足排水要求。
2 OGFC透水沥青混合料的级配
本工程透水沥青混合料配合比设计首先确定目标空隙率, 然后在经验配合比的基础上控制2.36mm筛孔通过率在中央级配附近以±3%左右相差暂定3个级配, 并按经验公式计算暂定沥青用量。然后制作试件进行马歇尔试验, 验证空隙率是否符合要求, 并以此决定是否对集料级配进行调整。在确定集料级配后, 再通过混合料沥青流淌试验和马歇尔试件飞散试验分别确定最大和最小沥青用量, 取两者之间适当的沥青用量作为最佳用量。最后进行各项验证试验, 试验结果满足设计要求。在材料选用上, 粗骨料应粒径均匀, 外观洁净, 其主要技术指标应符合《沥青路面施工及验收规范 (GB50092-96) 》要求。细骨料采用河砂。水泥选用PO32.5水泥。由于透水沥青骨料之间接触面积小, 为了延长其使用寿命, 结合使用经验采用高粘度的改性沥青。
3 施工工艺和质量控制
本工程沥青面层的施工顺序为:底层中 (粗) 粒式沥青层验收→清扫路面→喷洒高粘度橡胶改性乳化沥青→沥青混合料摊铺和碾压→开放交通, 在雨天及气温低于15℃时不得施工。
3.1 防水封层的喷洒施工
控制好单位面积上改性沥青的喷洒用量是封层施工的关键, 本工程采用沥青洒布车进行喷洒。现场采用称量事先放置在油毛毡上的沥青重量的方法进行抽检。
3.2 沥青混合料拌和运输
沥青混合料在正式拌制前, 对确定的级配和配比进行室内试拌和拌和楼试拌, 确保最佳沥青用量和混合料质量指标符合规定。施工拌和过程中严格根据配料单称取沥青和石料, 沥青用量在拌和过程中变化范围不大于±0.3%。拌和时控制各种材料及沥青混合料的加热温度 (确保控制在170℃～185℃) , 拌和时间经试拌确定为干拌时间15～20s, 湿拌时间30～35s。拌和出的混合料应均匀一致, 无离析、花白、结块等现象。混合料采用大吨位自卸车运输, 运输时间尽可能缩短, 运输过程中采用双层篷布覆盖保温, 确保混合料摊铺温度不低于165℃。若温度低于160℃时, 混合料应废弃。为了保证连续摊铺, 开始摊铺时, 现场待卸料车不少于4辆。
3.3 沥青混合料摊铺与碾压
为减少施工接缝数量, 本工程采用全幅机械摊铺 (14～16m) 。摊铺机就位后, 调整好熨平板预拱度及工作仰角, 预热40min左右, 使熨平板温度达到100℃以上方可摊铺。在摊铺过程中, 运输车在摊铺机前10～30cm处停住。卸料过程中运输车挂空挡, 靠摊铺机推动前行, 避免运输车撞击摊铺机影响摊铺的平整度。摊铺速度控制在2m/min, 摊铺温度控制在165℃～175℃。摊铺过程中, 设专人检查铺筑厚度及均匀度, 发现局部拖痕等问题应及时处理, 同时调整摊铺工艺, 改善摊铺效果。在铺筑面层时, 须对透水管进行保护, 以避免沥青混合料堵塞透水管眼, 确保透水沥青面层中的雨水能顺畅地排至透水管。
碾压配备2台12t戴纳派克双钢轮压路机, 1台16t胶轮压路机。碾压时, 压路机距离摊铺机不超过20m。整个碾压过程采用静压, 不开振动。
初压采用戴纳派克双钢轮压路机, 在混合料摊铺后较高温度下进行, 碾压时不得产生推移、开裂。碾压速度控制在2km/h, 温度控制在140℃～160℃, 碾压两遍。压路机从外侧向中心碾压, 相邻碾压带应重合1/3～1/2轮宽。碾压时将驱动轮面向摊铺机。碾压路线及方向不得突然改变而导致混合料产生推移。压路机起动、停止应减速缓慢进行。
复压采用另1台戴纳派克双钢轮压路机, 紧接在初压后进行。碾压速度控制在3km/h, 碾压两遍, 温度控制在70℃～90℃。相邻碾压带重叠宽度宜为10～20cm。复压后路面应达到要求的压实度, 并无显著轮迹。
终压采用胶轮压路机, 碾压速度控制在2km/h, 温度控制在70℃～90℃, 碾压1遍。
3.4 接缝
在施工缝及构造物两端的连接处操作应仔细, 接缝应紧密、平顺。铺筑纵向接缝时, 接缝铺筑成梯形。在铺另一幅前将缝边缘清扫干净, 并涂洒少量沥青漆。碾压时先在已压实路面上行走, 碾压新铺层的10～15cm, 然后压实新铺部分, 再伸过已压实路面10～15cm, 接缝应压实紧密。上下层纵缝应错开15cm以上, 表层纵缝应顺直, 并尽可能留在车道区画线位置上。相邻两幅及上下层的横向接缝均应错位1m以上。横向接缝的碾压先用双钢轮压路机进行横向碾压。碾压时压路机应位于已压实的混合料面层上, 伸入新铺层的宽度宜为15cm, 然后每压1遍向新铺混合料移动15～20cm, 直至全部在新铺层上为止, 再改为纵向碾压。
横向施工缝采用平接缝, 在铺筑邻近面层时需将接缝处再加热。加热时应避免将面层直接暴露在火焰下, 接缝处需充分压实, 粘结紧密。沥青混合料碾压成型后, 应避免车辆进入, 直至终压4h后或表面温度低于50℃, 且足够坚硬后方可开放交通。
结语
本工程OGFC透水沥青面层完工已数月, 实践证明其具有良好的排水降噪功能并得到了广大市民的认可。通过道路现场抽检, 透水沥青顶面弯沉值合格率为99%, 空隙率为19%～22%, 检测结果符合设计要求。通过本次施工实践获得了以上一些经验和教训
摘要：本文对OGFC透水沥青在道路工程中的施工工艺和质量控制进行了介绍。本工程OGFC透水沥青面层完工已数月, 实践证明其具有良好的排水降噪功能并得到了广大市民的认可。通过道路现场抽检, 透水沥青顶面弯沉值合格率为99%, 空隙率为19%～22%, 检测结果符合设计要求。
关键词：沥青,透水,施工控制
参考文献
[1]张宜洛.沥青路面施工工艺及质量控制[Z].人民交通出版社, 2011 (08) .
[2]李彦伟.温拌沥青路面施工技术[Z].中国建筑工业出版社, 2011 (08) .
彩色再生骨料透水路面砖的研究 篇4
关键词：彩色,再生骨料,透水路面砖,砂率,水灰比,骨灰比,透水系数
0 引言
我国的大规模城镇化以及基础建设,必然产生大量的建筑垃圾,利用建筑垃圾为再生骨料配制混凝土,可以循环利用资源,不仅可以尽可能少地破坏和开发天然资源,降低能源消耗,保护环境,减轻“热岛效应”的影响,而且还节省工程造价。建筑垃圾可用于路面基层填方,可用于配制透水路面砖,可用于CFG桩提高符合地基的承载力,掺加一定掺量建筑垃圾的普通混凝土,可用于中高层建筑物的承重结构材料。
国内外的工程经验表明强度和耐久性是切实可行的。用透水混凝土砖铺设城市道路,不仅可以防涝减灾,而且可以促进水资源的循环,保护城市生态平衡,改善城区气候。下雨时能改善道路的舒适性和安全性。彩色砖能美化环境,提高城市品位。透水再生骨料混凝土路面砖可以现场铺设,也可以现场浇注。适用于排水性的道路基层,高速道路两侧护栏及中央隔离带,人行横道、小区、庭院、停车场、商店街区、广场水边护坡、公园内道路,亦可适用于修建轻型机动车道路。因此研制彩色透水再生骨料混凝土,具有很大的经济和社会效益。
1 实验材料与方案
1.1 实验材料
水泥:采用福建石凤牌P.0.32.5水泥和雪梅牌装饰彩色水泥。
骨料:天然页岩骨料,粒径为4.75～9.5mm,建筑垃圾骨料,由鄂式破碎机破碎,经过筛分粒径为9.5〜19mm。
砂:建筑用砂,细度模数2.36。
减水剂:TW-10奈系高效减水剂,掺量为水泥量的2%～3%。
1.2 实验方案
抗折强度采用40×mm40mm×160mm,抗压强度采用100mm×100mm×100mm。透水性国标没有规定确定的仪器,参考文献[1,2],制作了测试透水性参数的实验装置[3],见图1.
2 实验结果与讨论
2.1 再生骨料配合比
再生骨料透水混凝土的配合比设计,应该满足透水性混凝土的结构要求。混凝土越密实,强度越高,孔隙越细小,透水性越差,反之,混凝土越疏松,强度越低,孔隙越粗大,透水性越好。因此在满足一定强度的同时,尽可能使界面产生更多的连通孔隙。通过调整骨灰比,水灰比,砂率,采用功效分析方法确定了最优配合比,见表1[3],因此骨灰比为3.5,砂率0.15,水灰比0.34。
2.2 路面砖成型
彩色再生骨料透水路面砖分为装饰面层和底层,面层材料的配合比按照上述配合比适当的调整,底层材料的配合比不变。再生骨料混凝土由于再生骨料需要吸收更多水分继续水化,因此彩色天然骨料透水路面砖的水灰比要求调小点,见表2。
成型尺寸为250mm×250Mn×50mm,面层厚为15mm,底层厚为35mm,采用手持平板式振动器压制成型,通过水泥浆将面层和底层连接。见图2,为工地施工的彩色路面砖。
2.3 彩色再生骨料路面砖的结果与分析
按照上述配合比成型路面砖,参照JC/T466-2000《混凝土路面砖标准》测试28d的抗压强度与抗折强度见图3。由图3看出再生骨料透水砖的抗折强度和抗压强度均比天然页岩骨料透水砖的指标低,但是降低幅度很小。强度均能满足该标准用于铺设轻量车道的路面砖抗折强度>4.0MPa,抗压强度>30.0MPa的要求。按照上述的实验方法测试的透水性参数为0.92cm/s,能较明显的排水,保持路面行走的舒适和安全。
3 结论
(1)理论与工程实例表明骨灰比,砂率,水灰比影响透水路面砖的强度与透水性,通过正交设计与功效分析方法确定了最优配合比为骨灰比为3.5,砂率0.15,水灰比0.34。
(2)彩色再生骨料透水砖路面砖由装饰面层和底层组成,尺寸为250*250*50mm3,面层厚为15mm,底层厚为35mm,具有一定的装饰性。
(3)再生骨料透水路面砖28d抗压强度与28d抗折强度相对相近配合比天然骨料透水路面砖相应指标几乎没有下降,满足JC/T466-2000《混凝土路面砖标准》轻量车道的要求。
参考文献
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[2]陈志山．大孔混凝土的透水性及其测定方法[J]．混凝土与水泥制品，2001(1)：19-20
透水性混凝土路面的功能 篇5
1 透水性能
透水性混凝土 (或砖) 是采用特殊级配的骨料、水泥、胶结剂、外加剂和水等经特定工艺制成。其骨料间以点接触形成混凝土骨架, 骨料周围包裹一层均匀的水泥浆薄膜。骨料颗粒通过硬化的水泥浆薄层胶结而成多孔的堆聚结构, 内部含有大量的连通孔隙。在下雨或路面积水时, 水能沿着这些贯通的孔隙通道顺利地渗入地下或存于路基中[1]。原材料的性能及其配比 (包括骨料级配、骨灰比、水灰比等) 、制作工艺、施工及铺装工艺都对透水性混凝土 (或砖) 的孔隙率有一定影响, 进而影响该材料的透水性能。
透水性混凝土内部的孔隙由粗骨料搭接而成。粒级太小的骨料与水泥砂浆拌合后极易形成封闭孔隙, 在很大程度上减少了成品连通孔隙率;透水系数随着骨料粒径的增大而逐渐增大, 但粒级过大的骨料容易由于裹浆量少且薄而导致透水混凝土的强度无法达到理想要求;骨料越粗糙, 骨料粒径连续、大小不同, 可以有效地提高骨料之间的接触点数量, 从而提高其强度, 但透水性会相应降低。
一般认为, 细集料易堵塞内部孔隙, 造成透水系数下降。但也有研究者认为, 细集料在透水混凝土中不但起到了增大骨料粘结面从而增加强度的作用, 还起到了改善拌和物和易性、增加保水能力的作用, 同时对透水系数影响不大。
骨灰比的大小决定了透水砖能够达到的强度的最大值, 又对透水系数产生一定的影响。随着骨灰比增大透水混凝土砖的强度降低而透水系数增大。
水灰比要求既要能够完全润湿水泥, 使其较好的包裹骨料, 又要保证水泥浆体不流淌、保留孔隙即可。
采用普通搅拌法配置的透水砖的透水性明显大于水泥裹石法, 然而前者的强度却比后者低近1倍[1]。采用普通搅拌法时, 水泥浆未能充分包裹石子表面或包裹层不均匀, 所以骨料颗粒间空隙较大, 颗粒接触点粘结强度薄弱, 最终体现出透水混凝土的透水性较高而强度却很低, 而不能满足工程应用中对透水混凝土的力学性能要求。
透水砖铺装工艺同普通路面砖有很大的区别, 在铺装中特别要注意的是保持其特殊的透水特性。能否达到最佳透水效果很大程度上取决于铺装工艺的合理性。为了获得较好的透水效果, 在铺设时其缓冲层一般直接采用中砂, 具有较好的受压缓冲能力;下层采用开放式透水性路基, 使用窄级配 (骨料粒径大致在7 mm~40 mm) 、高骨灰比和低水灰比的混凝土[2]。
用透水性铺装代替不透水铺装可以有效缓解城市不透水硬化地面对于城市水资源的负面影响, 可以使雨水迅速下渗到垫层下, 路面不产生任何积水。。透水性路面兼有良好的渗水性及保湿性, 能有效地缓解城市排水系统的泄洪压力。有研究表明[3], 透水砖在使用2年后仍有良好的透水效果, 能够满足30年一遇的60 min降雨的渗水需求;透水砖铺装地面的渗透效果随着使用期限的加长而有所减弱。这一方面是由于在长期使用过程中, 汽车、行人的碾压造成垫层密度变大, 减小了垫层的透水系数, 另一方面是由于灰尘、垃圾等杂质在透水砖面上的长期堆积堵塞了透水砖表面的孔隙, 影响了透水砖的雨水瞬时下渗速度。作为交通干道的透水砖路面的透水性能的减弱程度比非交通干道的要快。在人行道、居民小区等处使用的透水砖在初始铺装时透水效果明显, 且在使用2年后仍能维持较佳的透水效果, 能满足日常的降雨透水需求。
2 净化水功能
随着城市不透水面积的大幅增加, 在暴雨的淋洗冲刷作用下, 大气、地面和地下的污染物进入周围的江河、湖泊、水库和海洋等水体造成污染。透水性混凝土孔隙率大、透水性好且吸附力强, 可以用于污水的净化。若透水性混凝土采用本身具有特殊大孔结构的骨料, 骨料本身具有吸附性, 同时也增大了混凝土的内表面积。这样不仅增大了混凝土与水接触的表面积, 而且可以大大增加混凝土自身的吸附性能[4]。因此, 具有一定污染负荷的污水, 经过透水性混凝土的吸附和过滤后, 可以得到初步的物理净化。物理净化一般可作为污水的初期处理, 进一步处理还有赖于化学净化。混凝土中的水泥在水化过程中, 及浸泡在水中都会不断溶解出Ca (OH) 2, 产生混凝土絮凝沉淀, 从而起到净化水的作用。陈志山等[5]研究表明, 通过在生态混凝土中掺加缓凝性的净水材料或铝离子和镁离子, 都可以去除污水中氮、磷等营养物质, 进一步提高净水效果。经过化学净化后, 污水中的悬浮物会有明显的降低, 但是可溶性营养物质的浓度降低不明显。这就需要进一步进行生物净化。透水性混凝土的天然孔隙是诸多生物的理想栖息地, 巨大的表面积为生物提供了广阔的生存空间。日本大成建设 (株) 技术研究所[6]将大孔混凝土作为生物载体投放在水质污浊的小河中, 研究发现, 不论大孔混凝土的外壁面和中心部的内壁面均有大量的生物种群栖息, 形成了生物膜。这些生物种群在生长的同时, 吸收并分解了污水的有机物 (BOD) 和营养物质氮磷等, 从而降低了污水的污染负荷。另外, 作为生物载体, 透水性混凝土不会导致生物变异, 所以也可通过接种经过筛选和驯化的微生物, 来提高其净化效果。
目前存在的主要问题[4]是: (1) 污水中含有大量的固体颗粒物, 很容易堵塞生态混凝土的孔隙, 使其净水功能降低。解决这一问题可采用设置前置沉淀池或反冲洗装置的方法, 或可以在混凝土表面增加一层透水性良好小粒径材料。 (2) 混凝土在流动的水中钙离子容易大量流失, 使水泥的水化产物分解, 从而可以造成混凝土强度的降低。解决方法是可采用加入镁、铝离子或其他外加防水剂, 来延缓钙离子的溶出, 且镁、铝离子本身具有很好的净水作用。城市污水中都不同程度的含有硫酸盐, 在缺氧条件下, 污水中的硫酸盐在硫酸盐还原菌和硫氧化菌的作用下会使混凝土石膏化, 从而使混凝土逐步崩裂破坏。另外, 污水中的各种有机物在好氧菌的作用下, 会生成许多有机酸, 从而降低了混凝土的碱度和强度。如何解决这一问题还需要做进一步研究。
3 减轻城市热岛效应
透水砖使得雨水能够迅速地渗入地表, 还原成地下水, 使地下水资源得到及时补充, 提高地表的透水、透气性, 保持土壤湿度, 改善城市地表生态平衡。由于透水性铺装自身一系列与外部空气及下部透水垫层相连通的多孔构造, 雨过天晴以后, 透水性铺装内部及下垫层中的水分在太阳辐照作用下, 吸收的能量使地砖内部水分变为水汽, 水汽通过地砖表面的直接蒸发和地砖中的空隙扩散逸出地砖表面。水分蒸发要吸收大量的热量, 因而使得地砖表面温度和近地层空气温度均得到降低。地表温度的减小会明显降低地表对外界的长波辐射作用从而减轻夏季地面铺装对行人的烘烤感, 改善夏季城市热环境, 消除热岛效应。观测数据显示, 在高温季节, 透水路面的地表温度比不透水路面要低2℃~5℃;在干燥季节, 透水路面的地表湿度比不透水路面要高1%~3%。2004年天津大学建筑学院博士后流动站王波等[7]模拟太阳辐照及自然风的作用开展对不同孔隙率透水性地砖含水蒸发的相关试验研究, 探讨了孔隙率、材质及表面颜色对透水地砖蒸发强度及表面温度的影响。结果表明, 就同种材料的透水砖而言, 孔隙率直接影响透水地砖的表面温度及其变化, 孔隙率越大, 单位体积的含水量越大, 蓄热能力越强, 表面温度随时间升高的速率越小, 最终的温度越低;对于孔隙率相近的混凝土透水砖、粉煤灰透水砖和陶瓷透水砖而言, 其表面温度变化趋势基本一致, 但前期陶瓷透水砖表面温度较低, 但其升温速率大于粉煤灰透水砖和混凝土透水砖, 其表面温度在4.5 h后逐渐超过粉煤灰砖, 6 h后超过混凝土透水砖;孔隙率越大, 单位体积的含水量越大, 初期的蒸发强度越大, 随着辐射时间的增加, 蒸发强度曲线总体呈下降趋势, 最后趋于一致;混凝土透水砖的蒸发强度曲线下降很快, 陶瓷透水砖前期的蒸发强度曲线基本保持平直随后下降并与混凝土透水砖蒸发强度趋同, 而粉煤灰透水砖蒸发强度始终低于陶瓷透水砖, 其内部水分不易蒸发, 存留的水增加了粉煤灰透水砖的蓄热能力, 因此, 其表面温度不易升高。
4 消除噪声
透水性混凝土具有密集的“蜂窝”状结构。当声波打在透水性铺装表面上时, 声波引起透水性铺装内部小孔或间隙的空气运动, 紧靠孔壁表面的空气运动速度较慢, 由于摩擦和空气运动的黏滞阻力, 一部分声能就转变为热能, 从而使声波衰减;同时, 小孔中空气和孔壁的热交换引起的热损失, 也能使声能衰减[8]。由于城市高层建筑以及高架道路的不断增多, 再加上穿过市区的飞机噪声, 这些声源较高的噪声, 从城市上空投射到透水性铺装表面上, 根据上述原理, 透水性铺装依靠其特有的吸声降噪机理对城市声环境起到明显的改善作用。普通的非透水性硬化广场地面只能将声波重新反射, 起不到吸声降噪的作用。另一方面, 透水性铺装的多孔结构能使在其上行驶车辆的轮胎噪声降低, 进而对降低交通噪声也是有利的。通过改变骨料、胶结材料的性能和产品的厚度及施工工艺, 能进一步提高透水性混凝土的消音特性。
从地面铺装入手, 利用多孔透水性混凝土铺装材料的多孔结构吸声降噪, 此举为噪声控制提供了新的思路。西安公路交通大学曾对多孔沥青混凝土路面的吸声性能进行了相关研究, 1996年以来, 我国先后在杭州-金华段高速公路和320国道上铺设多孔透水性沥青试验路面, 使用及测试证明该种路面在降低交通环境噪声方面具有明显的优势。研究表明, 多孔混凝土试样的吸声系数与材料的孔隙率及频率有关;孔隙率是影响材料吸声性能的首要因素;随着孔隙率的增大, 多孔混凝土试样的吸声系数的峰值增大, 峰值对应的共振频率向高频扩展;吸声系数的峰值往往出现在500 Hz~800 Hz范围内, 1 250 Hz附近吸声系数曲线出现低谷, 随后吸声系数又有上升的趋势;不同孔隙率多孔混凝土试样的吸声系数低频差别不大, 差异主要体现在中高频段[9]。王波等研究得出多孔混凝土吸声性能随着孔隙率及频率而变的规律及经验公式, 为治理不同频率环境噪声、选择不同孔隙率规格的多孔混凝土提供借鉴。综合考虑吸声效果和路用性能要求, 多孔混凝土孔隙率推荐选用15%~20%。
多孔混凝土的研究和应用在我国是新生事物。该材料属于刚性颗粒状多孔吸声材料, 与传统柔性纤维状吸声材料相比, 多孔混凝土材料力学性能良好, 不易变形, 抗腐蚀耐候性强, 适于户外露天使用。多孔混凝土除了用于传统硬化路面的铺装外, 还可以尝试作为公路声屏障以及室内声学设计方面的吸声选材。
5 改善光环境
透水性铺装表面由于孔隙的存在使得投射到表面上的光线产生扩散反射, 因而避免了光滑地砖或石材常出现的由定向反射而造成的眩光, 雨天不透水地面聚集的水面同样会产生眩光, 这种眩光在夜间的车灯照耀下特别严重, 这是造成夜晚雨天行车交通事故多的重要原因之一。透水性铺装由于及时消除表面积水, 因而克服了行车“漂滑”、“飞溅”、“夜间眩光”等不透水地面所带来的缺陷, 对城市交通安全也是有利的。
6 结束语
在GB/T 50378-2006《绿色建筑评价标准》对场地的铺装要求中, 明确地提出要推广透水材料:公共建筑方面“室外透水地面面积比大于等于40%”, 在住宅区“室外透水地面面积比大于等于45%”。增强地面透水能力, 对储留地下水、滋养草木、降尘、防噪、净化空气、调节气候等都起着十分积极的作用。在目前的城市化建设中, 透水性路面已在大型城市得到推广应用, 而在中小型城市还没有得到充分重视, 还需要进一步加大推广力度, 从而为改善我国的生态环境做出一定贡献。
摘要：介绍了透水性混凝土路面的透水机理, 对粗骨料级配、骨灰比、水灰比、细集料用量、搅拌工艺及铺装工艺等因素对透水性能的影响进行分析。 并在此基础上介绍了透水性混凝土在净化水质、减轻城市热导效应、消除噪声污染和改善光环境方面的作用, 为高质量透水性混凝土地砖的研发和进一步推广应用提供一些参考。
关键词：透水性混凝土,透水性,净化水质,城市热岛效应,消除噪声
参考文献
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透水沥青路面 篇6
1 城市人行道透水路面技术的优势
1.1 地下水资源得到补充
人行道透水路面技术的应用, 充分利用自然资源的雨雪降水, 增加了水流量, 增大地表湿度, 从而补充了城市逐渐枯竭的地下水资源。地下水资源得到补充使得土壤里的微生物、地表的植物等都有了赖以生存的条件, 对于维持生态平衡和发展生物多样性具有重要的作用和意义。
1.2 减轻地下排水负担
人行道透水路面技术的应用, 在大量的雨水降临后就不会产生雨水顺势按地面径流流畅的现象, 避免水流大面积朝同一方向流淌, 减轻地势较低的地下排水系统的压力, 防止出现洪涝现象, 从而降低了路面污水对环境的污染程度, 避免污水及垃圾造成堵塞, 也提升了城市建设的防洪功能, 水流不易堆积, 很好的渗入到地下, 通过净化、过滤、沉积, 成为循环利用资源。
1.3 减少粉尘污染
人行道透水路面技术的应用, 透水面砖的大量空隙对于吸收粉尘、污染物作用明显, 可以进一步减少空气中粉尘的污染现象。由于工业化、城市化建设, 城市内环境受到严重污染, 大量的颗粒粉尘混合着空气, 被人们直接吸入到肺部, 给人们的身体健康带来严重威胁。而透水路面技术的应用, 能够促进粉尘沉淀下降吸附在路面缝隙中, 减少空气中粉尘的承载量, 在一定程度上起到了空气净化的作用。
1.4 改善城市环境
人行道透水路面技术的应用, 可以增加城市的透气、透水面积, 降低地表温度, 调节城市气候, 从而缓解城市“热岛现象”。城市环境的改善也符合我国城市化建设可持续发展要求, 为城市化建设中规划与美化城市的目标提供促进作用。城市环境的改善, 也一定程度上提升了人们的生活质量, 满足经济的快速发展而产生的人们对生活水平要求。
1.5 改善人们生活水平
人行道透水路面技术的应用, 在暴雨或暴雪降临的同时, 不会造成路面积水或积雪现象, 不会影响人们的日常出行, 进而能够避免因路面湿滑而引发的交通事故发生率, 改善了人们生活的水平, 保障了人们的人身安全。同时, 道路透水路面技术还可以吸收房屋建设或车辆行驶的噪音, 为人们安静、舒适的生活环境创造了条件。
2 城市人行道透水路面技术应用的不同设计
2.1 人行道透水路面厚度设计
人行道透水路面要满足人行道的功能外, 还要满足透水的要求, 而透水要求的满足, 主要是根据路面的厚度来决定。路面的厚度主要看透水路面的贮水能力和结构层承载能力。对同一透水路面来说, 透水贮水能力与路面厚度呈正比, 路面的厚度越厚, 透水性功能越好, 使降水可以在路面结构贮存。另一个因素就是结构层承载能力, 透水性路面在满足贮水能力的条件下, 具有与人行道相近的承载能力。所以设计路面结构时, 基层与面层强度都应有严格控制, 不能小于规范的强度。透水性路面被降雨冲刷后, 承载力与强度变化还应维持在规定范围内, 保证路面的功能性稳定。所以, 人行道透水路面技术的应用应根据当地的不同位置与环境, 对于人行道透水路面厚度进行相适应的设计。
2.2 人行道透水路面关于土基的要求
人行道透水路面技术的应用其土基要满足以下三个要求, 一是土基的渗透性好;二是饱水时冻胀小;三是饱水且承载力满足后, 承载力损失小。想要达到以上三点要求, 主要就是控制土基的含砂量。含砂量的多少决定了土基的渗透性、承载能力、冻胀程度, 严重影响人行道透水性路面技术的应用。同时, 也可以通过加土工布来提升土基的承载力。如果土基是不透水的黏土, 人行道透水路面建设可以采取更换路下方一定深度的土基。同时, 更换深度要根据地区降雨强度和换土的渗透系数等计算来确定。
3 结语
综上所述, 人行道透水路面技术的应用具有一定优势, 对于城市建设、环境改善都有重要意义。根据环境和位置的差异要进行不同的设计, 才能更好的达到透水路面技术的作用和优势。人行道透水路面技术的正确应用, 可以为城市建设的发展提供充分的地下水资源, 维护生态平衡, 促进自然环境与人们的生活和谐发展。同时, 对于人们生活水平的提高和环境的改善也提供了巨大作用, 让人们的身心得到了健康发展。
摘要：随着社会经济的普遍发展, 城市化进程速度不断加快, 随之而来的基础设施建设也日趋完善。城市路面道路中, 地表覆盖多以混凝土、沥青等阻水材料混合, 通过硬化压实而形成, 被称之为“人造沙漠”, 是城市生态环境中最具破坏力的影响因素。近些年来, 我国城市内涝现象严重, 造成该现象的主要原因是城市路面多采用不透水技术。暴雨突发时, 雨水多而湍急, 而阻水路面自然渗透能力较差, 排水管道泄水能力有限, 进而导致路面迅速积水, 引发洪涝灾害。因此, 开展城市人行道透水路面技术的研究十分必要, 其对生态环境的保护以及人们居住生活的安全意义重大。
关键词：城市化进程,透水路面技术,城市路面,研究
参考文献
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[2]牛长辉.透水人行道结构特性研究与拓展设计[D].青岛:青岛理工大学, 2011.
透水沥青路面 篇7
目前国内对大粒径排水沥青混合料也有了一定的研究, 取得一定的成果, 并铺筑相应的试验路进行性能的验证。尽管如此, 由于该沥青混合料的粒径较大, 在混合料设计和成型时, 仍然缺乏相应的设计方法和权威的成型技术, 同时也缺乏相关的研究对其透水性能进行深入研究。
基于此, 本项目开展大粒径排水沥青混合料的成型方法对比研究和透水性能的试验。本次研究的成果对大粒径排水沥青混合料的研究和应用提供一定的参考意义, 也为排水沥青混合料的推广提供了一定的基础。
1 试验所用材料
本文采用的沥青为SBS改性沥青, 其25℃ 针入度为79 ( 0. 1mm) 、针入度指数为0. 19、5℃ 延度为33cm、软化点为75℃ 、60℃ 运动粘度为27000Pa. s。在沥青混合料设计时采用的集料为玄武岩洁净集料, 压碎值为14. 3% 、磨耗值为21. 2% 、吸水率为1. 31% , 与沥青粘附等级为5级, 坚固性为3. 2% 、细长扁平含量为4. 7% 、磨光值为45、冲击值为13% 、软石含量为1. 7% 。 矿粉为磨细石灰粉, 矿粉de视密度为2. 721g / cm3、含水量为0. 211% 、亲水系数为0. 35% 。所用集料和矿粉均符合现有规范的要求。
2 混合料级配选择
对于排水沥青混合料而言, 其级配的选择和优化直接影响了沥青混合料的性能, 目前国内外常用的级配设计方法主要有NCHRP Report386 推荐的线性规划求解方法和贝雷设计法。根据已有的成果, 本文推荐的级配为: 31. 5mm筛孔通过率为100% 、26. 5mm筛孔通过率为87. 4% 、19mm筛孔通过率为60. 4% 、16mm筛孔通过率为46. 1% 、13. 2mm筛孔通过率为38. 5% 、9. 5mm筛孔通过率为30. 5% 、4. 75mm筛孔通过率为14. 3% 、2. 36mm筛孔通过率为8. 1% 、1. 18mm筛孔通过率为6% 、0. 6mm筛孔通过率为5. 2% 、0. 3mm筛孔通过率为4% 、0. 15mm筛孔通过率为3. 1% 、0. 075mm筛孔通过率为1. 9%
3 成型方法的选择
我国多年以来一直采用标准马歇尔试验进行沥青混合料的设计和研究, 由于大粒径沥青混合料最大粒径较大 ( 通常> 26. 5mm) , 根据混合料最大工程粒径与试件尺寸的关系, 显然标准马歇尔法不适用于大粒径沥青混合料。根据目前国内外对成型方法的研究基础, 可以采用的方法有大型马歇尔法、振动成型法和旋转压实仪体积法设计等。在这些方法中, 马歇尔方法在我国的应用较为广泛, 相关操作也较为容易, 但由于采用大粒径后沥青混合料集料尺寸变大, 标准的马歇尔难以很好的击实, 同时大马歇尔的击实功提高, 有可能破碎集料。旋转压实成型方法也是目前应用较为广泛的方法, 但其应用面较少, 一般的施工单位不具备此种功能。但为了更好的研究大粒径排水沥青混合料的性能, 本文在试验室内对比了两种方法, 在空隙率、压实密度的基础上, 选择和推荐相对较好的成型方法。
对大马歇尔法研究不同击实次数下试件空隙率的变化情况, 同时观察集料的破碎情况; 对旋转压实仪法考虑到路面的实际受力情况, 以及目前所采用的重型压路机, 压实轴向荷载仍采用为600Kpa, 研究不同压实次数下的空隙率变化。两种成型方法采用同一级配与沥青含量。研究中对于排水型大粒径沥青混合料的密度测定采用Core Lok法, 理论最大相对密度采用计算法, 具体数据如下: 对于马歇尔击实方法, 其击实75 次时毛体积密度为2. 078g/cm3, 空隙率为19. 9% 、击实97 次时毛体积密度为2. 141g / cm3, 空隙率为17. 5% 、击实112 次时毛体积密度为2. 198g/cm3, 空隙率为15. 3% 、击实127 次时毛体积密度为2. 195g/cm3, 空隙率为15. 4% ; 对于旋转压实方法, 其旋转20 次时毛体积密度为2. 043g/cm3, 空隙率为21. 2% 、旋转50 次时毛体积密度为2. 101g/cm3, 空隙率为19. 0% 、旋转75 次时毛体积密度为2. 152g/cm3, 空隙率为17. 3% 、旋转100 次时毛体积密度为2. 163g/cm3, 空隙率为16. 6% 、旋转160 次时毛体积密度为2. 180g/cm3, 空隙率为15. 6% 。
由上述试验可以看出击实次数小于112 次时, 随击实次数的增加, 空隙率不断减小, 密度不断增加。在该过程中, 沥青混合料在外界击实功的作用下, 集料颗粒之间的距离不断减小, 沥青混合料处于压密的过程。击实次数大于112 次时, 由于沥青混合料已达到最佳的密实状态, 再施加外界压实功, 相当于给沥青混合料施加了外部挠动, 同时, 击实功过大, 石料部分被压碎, 导致空隙率增大, 密度减小。同时对集料的破碎状况进行观察发现, 当击实次数达到112 次时开始有集料破碎, 当达到127 次时粗集料破碎已经比较严重了。因此, 击实次数112 次可作为大型马歇尔击实成型的标准击实次数。由上述试验可知对于旋转压实仪可以看出随压实次数的增加试件的密度一直在增加, 但增加的幅度逐渐减小, 这说明混合料已经逐渐被压实, 根据Superpave采用压实次数的标准采用100 次作为设计压实次数是可行的。
4 渗水性能
排水型沥青混合料的主要性能是能迅速将渗入路面中的水迅速排出, 因此, 渗水性能是评价排水性沥青混合料最为关键的指标之一。渗水性能常用渗透系数表示, 但目前我国尚没有标准试验方法测定排水型沥青混合料的渗透系数。本次试验采用美国ASTM试验设备—无测向渗水仪, 测定压实沥青混合料的渗透性, 设备及试验方法满足ASTM规范要求。无侧向渗水仪的基本原理是让量筒里的水渗透饱水沥青混合料并记录达到预先设定水头落差位置的时间间隔, 然后用达西定理计算沥青混合料的渗水系数。
采用上面两种成型方法试件进行渗透性试验, 以研究两种成型方法对渗透性能的影响, 对空隙率与渗水系数的关系进行分析, 根据试验结构发现空隙率与渗水系数呈现为二次曲线关系。为了更好的比较排水型大粒径沥青混合料的渗水性能, 采用了常规沥青混合料 ( AC - 25、AC - 20、AK - 13 与OGFC和本次大粒径混合料) 进行渗水系数分析, 其结果如下: AC - 25 的空隙率为15. 5% 、渗透系数为8. 6* 10- 5cm / s;AC - 20 的空隙率为8. 45% 、渗透系数为3. 7* 10- 5cm / s; AK - 13 的空隙率为9. 5% 、渗透系数为3. 3* 10- 6cm / s; OGFC空隙率为22% 、渗透系数为0. 079cm/s; 大粒径混合料空隙率为15. 5% 、渗透系数为0. 230cm / s。
从上述试验结果可知, 密级配沥青混合料的渗水系数和空隙率都比较小, 尽管OGFC混合料的孔隙率很大, 但渗透系数也相对不大, 而大粒径沥青混合料的渗水系数相对较大。
当然由于成型方法的不同, 也使得沥青混合料的渗水性能相差较大, 当保证空隙率相同或相近时, 采用旋转压实的试件其渗水系数相对较小, 这主意是旋转成型造成集料颗粒的重新排列, 相比击实成型而言, 其连通的孔隙率相对较少, 故旋转压实成型后的渗水性能会与降低。这也为后面的施工有了提示, 即由于不同的压实工艺会影响沥青混合料的渗水性能, 因此, 需要制定合适的施工工艺以保证渗水能力的要求。
5 结论
通过对排水型大粒径沥青混合料成型方法以及渗水性能的比较研究, 可以得到以下初步结论:
( 1) 排水型大粒径沥青混合料可以采用大马歇尔法与旋转压实仪法进行成型, 对应于大马歇尔法采用双面击实各112 次, 旋转压实仪法采用600KPa、100 次压实是可行的;
( 2) 不同的体积指标测定方法对两种成型方法得到的试件体积指标关系是不一样的, 不同测定方法对大马歇尔法的影响更大;
( 3) 通过对渗透性能的分析, 在空隙率为14 - 18% 之间时空隙率与渗水系数存在一定的关系, 在此范围之外还需要进行进一步研究, 另外, 由于旋转压实仪法为搓揉成型, 在相同空隙率下其渗水系数较大马歇尔法小;
( 4) 通过比较不同混合料的渗水系数, 可以得到不同混合料类型即使空隙率相同渗水系数也相差很大。
摘要：排水型大粒径沥青混合料由于其具有良好的高温稳定性与排水性能, 本文通过采用大型马歇尔击实成型与旋转压实成型比较不同成型方法的差异, 并通过不同的击实与压实次数来确定合适的成型标准。同时进行了渗水试验, 比较了不同成型方法对渗水性能的影响。
关键词：排水沥青混合料,成型方法,渗水性能
参考文献
[1]张铭铭, 郝培文.排水性沥青混合料体积参数特性[J].长安大学学报:自然科学版, 2011 (6) :6-10.
[2]郝培文, 徐金枝, 周怀治.应用贝雷法进行级配组成设计的关键技术[J].长安大学学报:自然科学版, 2004, 24 (6) :1-6.