透水沥青路面研究

研究背景
其次，表面致密的路面在雨 天不能及时排水，形成路表水膜 或路面积水，使行车容易出现水 漂、水雾，给行人和车辆行驶带 来不便，增大了交通事故发生率。
雨天行车
同时，在暴雨时地面径流量 急剧增高，很快出现峰值，加重 了城市排水系统的负担，甚至引 起洪涝灾害。
路面积水
概念
透水沥青路面-指由较大空隙率混合料作为路面结构层、允许 路表水进入路面（或路基）的沥青路面结构的总称。 根据其透水（排水）特点和适用场合等条件，分为三种类型:
2 2
16.4% 17.7% 20.3% 22.4% 24.7%
空隙率越大，混合料的疲 劳性能越差，疲劳寿命的衰减 同空隙率大小线性负相关，且 随着空隙率的增大，应力水平 变化对疲劳寿命的影响总体上 也变得更敏感；
0.4
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
lg σ t
5.0
偏大的油石比和偏小的油 石比都不利于混合料的疲劳性 能。油石比过大，会降低应力 水平变化对疲劳寿命影响的敏 感性，但多余的沥青会发生竖 向流淌，造成混合料沿厚度方 向上的空隙分布不均匀和空隙 堵塞。
24.0 22.0 /％ 空隙率 20.0 18.0 16.0 6.0 11.0 16.0 筛孔通过率 /% 21.0 26.0 y = -1.109x + 33.779 2 R = 0.8744 4.75mm 2.36mm 1.18mm y = -0.6021x + 32.357 2 R = 0.8962
2.1 1.9
透水沥青混凝土 密级配沥青混凝土 0% 5% 10% 15% 20% 25%
PAC热阻性能较好，可 阻止和延缓高温季节道路表 面的高温向路面内部的传 递，从而提高路面的热稳定 性能，增强路面对气温荷载 变化的抵抗能力，有效延长 路面的使用寿命。
1.7 0% 5% 10% 15% 20% 沥青混凝土空隙率 %
y = -4.8634x + 3.9127 2 R = 0.9784
4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 -0.2
y = -4.4204x + 4.0762 2 R = 0.9805 y = -4.3801x + 4.1724 2 R = 0.967 y = -3.4922x + 4.046 2 R = 0.9511 y = -3.8898 x + 3.9747 2 R = 0.9879
最佳沥青用量确定
现行方法是通过析漏和飞散曲线的“拐点”，确定最 佳沥青用量。在分析总结了国外现行方法基础上，针 对性提出了一套确定最佳沥青用量的新方法。
18 飞散损失 /％ 15 12 9 6 4.0 4.5 5.0 5.5 油石比 /％ 6.0 飞散 析漏损失 /％ 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 4.0 4.5 5.0 5.5 油石比 /％ 6.0 析漏
级配碎石透水基层 多孔水泥混凝土基层
多孔水泥稳定碎石透水基层（CTPB） 大空隙沥青稳定碎石透水基层（ATPB） 大粒径透水沥青混合料基层 （LSPM）
透水垫层 /过滤层
通常由粗砂、小颗粒集料或者土工织物构成，具有过 滤功能和足够的透水能力：
•防止土颗粒通过泵吸作用进入基层或底基层； •改善路基温湿特性； •为透水基层和其它层提供稳定的施工平台； •分散传至土基的荷载，使其不产生过量的变形。
4.2% 4.5% 4.8% 5.1% 5.4%
-0.1
0Байду номын сангаас0
0.1
0.2
0.3
lg σ t
疲劳特性
5.0
未浸水
4.5 4.0
y = -4.3801x + 4.1724
3天 浸水10天
3.5 3.0
R = 0.967 y = -4.3939x + 4.1174 R = 0.9746 y = -4.3972x + 4.1298 R = 0.9891
热物性指标 PAC AC
2.3 热导率 W/(m·k)
/ (W⋅( m⋅ k) 1.765 2.199
1500.0 比热容 J/(kg·K) 1000.0 500.0 0.0
热导率 k
−1
)
比热容 c −1 / ( J ⋅( kg⋅ K) ) 853.350 853.333
热扩散率α / ( k×10−6 ( m2 s) ) 0.985 1.097
4.透水沥青混凝土性能研究
水热综合性能评价－Hamburg浸水车辙
最终变形－水热综合性能、耐久性 蠕变斜线－高温性能 剥落斜线－水稳定性
作用次数 0 0 变形深度 /mm -2 -4 -6 -8 -10 PAC-13
/次
作用次数(次) 0 -1 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000 -2 -3 变形深度(mm) -4 -5 -6 -7 -8 -9 -10 -11 -12 SMA AC-13(SK-70基质沥青) ATB-30(SK-70基质沥青) AC-13(SBS改性沥青) SuperPave-13
•透水沥青路面材料组成设计 •透水沥青混凝土配合比设计 •透水沥青混凝土性能研究 •透水沥青路面结构设计 •透水沥青路面透水设计与评价
2.透水沥青路面材料组成研究
透水沥青面层
透水沥青路面面层材料一般采用多孔沥青混合料（Porous Asphalt Concrete, PAC）。PAC是一种典型的骨架－空隙结 构，粗集料用量大，约占集料总质量的85％，集料之间的接触 面积减少了约25％，接触点的应力高。因此，骨料的性质、形 状、粒度及级配等都会对混合料的性能产生很大影响，在进行 沥青混合料设计时，对集料的选择就显的尤为重要。
2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000
材料级配设计合理的PAC在重复荷载作用下的水-高温综合性能良好
疲劳特性
5
y = -3.8194x + 4.4897 R = 0.9787
2
4.5 4 3.5 3 2.5 -0.3
y = -4.2309x + 4.3489 R2 = 0.9782 y = -4.3801x + 4.1724 R = 0.967 y = -4.4638x + 3.8543 R2 = 0.9765 y = -4.2260 x + 3.6850 R = 0.9539
点接触
点接触
透水沥青面层
多孔沥青混合料多采用高粘度沥青作为结合料, 可以通过掺加高粘度改性剂或使用SBS改性沥青掺加 高粘改性剂、SBS改性沥青掺加纤维（木质素或聚酯 纤维）、在沥青或改性沥青中掺加15％～20％废旧 轮胎粉、在沥青中掺加EVA或橡胶等多种提高沥青粘 度的方法。
透水基层
透水性能 承载力 水稳定性 • • • • 足够的渗透能力，尽快排干进入路面结构内的雨水； 足够的稳定性支撑路面的施工操作； 足够的储水能力暂时储存未排出的雨水； 足够的强度以满足路面结构的总体性能。
3.透水沥青混凝土配合比设计
级配设计方法及优化
PAC-10、PAC-13 及PAC-19混合料中，2.36mm筛孔通过率同 混合料的空隙率相关性良好，通过改变2.36mm筛孔的通过率调整 混合料的空隙率。 对于PAC-13，当2.36mm筛孔通过率增大3％时，混合料的空 隙率相应的减小约2％；反之，混合料的空隙率相应的增大约2％。
25 22 空隙率 /% 19
y = -0.7896x + 35.145 R2 = 0.9721
y = -0.6628x + 31.121 16 13 10 6 9 12 15 2.36mm筛孔通过率/% 18 21 线性 (PAC-19) 线性 (PAC-13) 线性 (PAC-10) R = 0.9312 y = -0.987x + 30.699 R = 0.9502
3.5
y = -4.3924x + 4.1239 R = 0.9867
2
3.0 -0.2 -0.1
3.0
lg σ t
0.0
0.1
0.2
lg σ t
0.1
0.2
0.3
-0.2
-0.1
0.0
0.1
0.2
0.3
lg σ t
5.4%油石比
4.8%油石比
4.2%油石比
热物特性
表 PAC、AC的热物性数值计算结果
级配设计方法及优化
细型级配
粗型级配
级配设计方法及优化
相同空隙率、油石比条件下，粗细两种级配的PAC车辙试验结果
混合料 细型级配 粗型级配 指标 DS /mm·次-1 最终变形深度/mm DS /mm·次-1 最终变形深度/mm 试验结果 5546 2.8 7132 1.6
在相同的空隙率和加载条件下，偏粗型级配的PAC结 构中，荷载主要通过骨架结构竖向传递，侧向滑移不显 著，承载能力更高，抵抗局部荷载变形的能力更强，混 合料的骨架结构更稳定。
2 2
y = -0.667x + 31.191 R = 0.9326
2
级配设计方法及优化
在级配设计中，PAC中粗集料含量大，一般都能形成 骨架结构。不同比例的粗集料含量所形成的骨架空隙结构 的力学性能和稳定性差异很大，采用离散单元方法（DEM） 建立数字模型对PAC的粗细级配结构评价。
细型级配
粗型级配
技术指标 油石比 /％ 咸阳机场高速 飞散损 /％ 析漏量 /％ 油石比 /％ 广清高速 （试验段） 飞散损失/％ 析漏量 /％ 油石比 /％ 常澄高速 （试验段） 飞散损失/％ 析漏量 /％ 4.0 22.3 1.9 4.3 10.6 0.17 4.0 16.3 0.06 4.5 15.1 2.0 4.8 7.4 0.21 4.5 12.3 0.11 试验数据 5.0 10.1 4.0 5.3 5.5 0.32 5.0 8.3 0.16 5.5 8.3 8.3 5.8 3.4 0.48 5.5 8.3 0.46 6.0 7.0 11.2 6.3 2.0 0.67 6.0 8.7 1.00 5.0％ 5.0％ 5.1％ 无拐点 5.0％ 5.0％ 无拐点 5.0％ 5.0％ 现行方法确 定的油石比 /％ 新法确定 油石比 /％ 施工采用 油石比 /％
含水率 %
图 空隙率同热导率的关系
热扩散率×10 （m /s）
Ⅱ型-路表水进入路面后由基层（或垫层）排出并引到邻近排水设施 Ⅰ型-路表水进入路面后由面层排出并引到邻近排水设施 Ⅲ型-路表水进入路面后直接进入路基
面层 面层
基层 基层 基层 垫层 路基 路基 路基
封层
封层
溢流口 排水设施
排水设施
排水设施
优点
图 降噪效果
图 水雾对比
透水沥青路面的优点
图 反光对比
研究内容
2
4.5 浸水10d 4.0 3.5 3.0 2.5 -0.1 0.0
未浸水 浸水10d
浸水10d
y = -4.7923x + 3.9935 R = 0.94 y = -4.6946x + 3.6824 R = 0.988
2 2
3.5
y = -4.4141x + 3.9097 R = 0.9771
2
透水沥青路面研究
蒋 玮
长安大学
1. 绪论
存在的问题
绝大多数的城市道路、广场、商业街、步行道、停车场、 小区和公园道路广泛使用密级配沥青混合料、水泥混凝土和花 岗岩、大理石等材料，城市地表逐渐被不透水面层覆盖。
地 面 潜水面
图 城市地下水漏斗
图 华东（苏锡常地区）地下水漏洞
城市地下水位下降
•损害了城市的水平衡 •影响了城市地表植物的生长 •破坏了城市地表的生态平衡 •地层下陷
OACmin 的确定
OACmax的确定
OAC = OACmin + 0.75 ( OACmax − OACmin )
最佳沥青用量确定
该方法避免了现行方法中存在的拐点确定的误差大、人为主观因素对最佳沥青 用量的确定影响大及最佳沥青用量取值不明确等不足，设计时充分考虑了取值的客 观性和PAC沥青膜较厚的特点，提出了最佳沥青用量的具体计算公式。通过在青岛、 太原试验路的应用，以及对已有道路（咸阳机场高速、广清高速和常澄高速）的对 比分析，表明采用新方法确定的最佳沥青用量能够在避免现行方法不足，确定的合 理的最佳沥青用量。
2 2
2
2.5 -0.2 -0.1 -0.1 0.0 0.1 0.1 0.2 0.2 0.3
lg σ t
合适的油石比时，PAC经历3～10 天的浸水后，疲劳性能没有显著降低。
4.5 未浸水 4.0
y = -4.3924x + 3.9441 R = 0.9867
2
4.5 未浸水 4.0
y = -4.3801x + 4.1724 R = 0.967