透水性沥青混凝土路面的材料与配合比设计

【摘  要】基于不透水路面的种种弊端，考虑选择一种生态效益良好的透水性路面来应用于城市道路中。 透水性铺装的生态环境效益主要表现在：（1）透水性铺装对于城市地下水资源保护的作用；（2）透水性铺装在改善城市声、光环境方面的作用；（3）透水性地面在缓解“热岛效应”；（4）透水性铺装对于铺装地表土壤生态环境的改善作用；（5）透水性铺装对于城市防涝的作用；（6）透水性铺装在水体净化及减少地表径流方面的作用。

【关键词】透水性路面;沥青混凝土;材料配合比

0 引言

我国虽然在透水铺装上有所研究，比如透水沥青的研究取得了一 定的成果，但对透水性混凝土的研究和应用还处在起步阶段，与国外 相比还有很大的差距。   从研究的角度来看，开展透水性棍凝土的研究有利于缩短我们与发达国家混凝土研究水平的差距，有利于拓宽我国 混凝土的应用前景；从环境保护的角度看，有利于改善城市的环境和 维护生态平衡，符合世界发展的趋势。由此可见，开展透水性混凝土路面铺装材料的研究有重大的现实意义。

1   透水性沥青混合料的原材料选择

透水性沥青混合料的强度主要取决于原材料的选择和混合料的级配。  原材料的选择直接影响强度及耐久性，优良的原材料可提高路用性能；混合料的配合比决定了混合料的骨架结构，对混合料的强度有着直接的影响。

1.1  沥青

沥青应满足以下几点要求：

1.1.1应与集料表面有较好的粘附性。

1.1.2具有较小的针人度和较高的软化点。

1.1.3应有较好的抗裂性，避免沥青面层低温开裂。

透水性沥青混合料对沥青有较高的要求，经对有关沥青性能对比 分析，建议采用“壳牌克裂平改性沥青”作为透水性沥青混合料的结合料。

1.2  集料

透水性沥青混合料由于孔隙率较大，因此主要以粗集料为主。

1.2.1粗集料 （5~15mm）， 选用有较大磨光值的砂岩， 其压碎值≤

20%，洛杉矶磨耗值≤10%，磨光值≥47。

1.2.2细集料（0~5mm），采用石灰石，其含泥量≤1%。

1.2.3矿粉， 采用石灰石研磨成的粉料， 其亲水系数<0.9， 小于0.075mm 的含量>85%，水分≤0.5%。

1.3  木质素纤维

透水性沥青混合料属骨架-空隙结构，木质素纤维能够有效地吸附沥青，使沥青用量增加，沥青膜变厚，进而增加集料间粘聚力，提高混合料的耐久性。

此外，纤维能在网状的多孔路面结构中起到架桥的作用，提高路面结构的整体强度。

目前，木质素纤维有两类：一类是松散的絮状木质素纤维；另一类为颗粒状的木质素纤维。现在，国内外普遍认为，絮状木质素纤维在拌和时若拌和机未完全封闭，纤维容易在拌和过程中飘散，不便于添加 及机械化生产；颗粒状的木质素纤维在拌和过程中便于投放，不会飘 散，卫生条件好，目前大多数国家采用这类纤维。

此外，还可选用聚合物纤维，它也能很大程度的提高混凝土的抗拉强度但由于其成本较高，所以应用还不太广泛，目前较多采用的还是木质素纤维。

1.4  抗剥落剂

为提高沥青与石料的粘附性能，掺用高等级公路抗滑层常用的表面活化剂，其掺量为 0.3-0.6%左右。 由于大孔隙沥青路面的抗拉强度主要是由沥青胶浆的内聚力和沥青与骨料间的粘结力决定的，故改善沥青混凝土强度的一个重要手段就是加强沥青与集料间的粘结力，而  加入抗剥落剂能增强沥青与粒料间的物理吸附。 机械咬合和化学作用，从而提高了大孔隙混凝土的强度。

2  配合比设计

透水性混凝土的配合比设计，到目前为止还没有成熟的计算方法，特别是针对强度能运用于路面结构中的透水混凝土的配合比设计 方法，更不系统，作者试着提出了一种透水沥青混凝土配合比设计方法。

2.1  设计思路

首先说明透水沥青混凝土路面和普通沥青混凝土路面在配合比设计上的不同之处：

2.1.1   透水混凝土一般是采用单一粒径的粗骨料，几乎不掺或掺很少 的细集料，所以设计时就没必要考虑砂率的问题。  集料的用量基本只要考虑集料的紧装密度就行。

2.1.2   由于透水棍凝土的强度受油石比影响很大，所以配合比设计的 设计关键是确定沥青的用量和油石比值。

2.1.3   配合比设计时，要兼顾强度和孔隙率，也即混凝土的透水性能。根据透水性混凝土所要求的孔隙率和结构特征，可以认为 1m³ 混凝土的表观体积由骨料堆积而成。因此配合比设计的原则是将骨料颗粒表面用沥青胶浆包裹，并将骨料颗粒互相粘结起来，形成一个整体， 具有一定的强度。而不需要将骨料之间的空隙填充密实。lm3 透水性混凝土的重量应为骨料的紧密堆积密度和单方沥青胶浆用量之和，根据  这个原则，可以初步确定透水性混凝土的配比。

2.2  设计流程

2.2.1 配比参数的确定

透水性混凝土配合比参数有强度、目标孔隙率、油石比。

透水性混凝土的强度受多种因素的影响，有原材料的性能（如沥青品种与性能。 集料品种与级配.外加剂性能等）油石比。 孔隙率。 成型方法和养护条件等方面的影响。  在实际应用中，根据透水性混凝土路面等级的不同对强度有不同的要求。 因此，在配合比设计时，根据实际情况选择合适的强度标准。

目标孔隙率要考虑到应用中的需要，综合考虑孔隙率对强度的影 响。   对地表径流的减小作用以及降温降噪等生态环境效益的作用，来确定最合适的孔隙率范围。

油石比对混合料的性能有着重要影响，油石比过大，即沥青用量过多，则沥青和集料之间容易发生离析，沥青胶浆聚积在混合料的底部，不利于混合料中连通孔隙的形成，从而严重影响混合料的透水性能；油石比过小，即沥青用量过少，则沥青和集料很难有机的结合在一起，混合料也很难被压实，容易发生混合料的松散破损。 可通过试验的方法确定油石比与抗压/抗拉强度。     

实际孔隙率或透水系数之间的关系，再按实际要求确定最佳的油石比。

2.2.2  配合比设计流程

由于目前还没有标准的大孔隙混凝土路面设计方法，下面探讨一 下基于强度的配合比设计法。

沥青混凝土路面没有直接的配合比强度公式，故可考虑用试验的 方法来进行配合设计。 设计一组正交试验，测试配比参数如沥青用量、沥青粘稠度、油石比、粗细集料比、外加剂含量等与大孔隙混凝土试件抗压强度与抗拉强度之间的关系，正交试验要在以上各因素的多个水 平下进行，况且尽量多安排试验组件的数量，以尽可能精确的得到以上配合比参数对强度的影响情况，最后可利用回归分析等数学方法建 立强度与以上配合比参数的定量关系，从而根据要达到的强度目标确 定合适的配合比参数，然后进行详细配合比计算。  最后检验试件的透水性和抗变形能力是否满足要求。

由于大孔隙沥青混凝土路面对透水性的要求， 其内部含有大量的连通孔隙，所以其本身的孔隙率是透水混凝土配合 设计的决定性因素，故也可将孔隙率作为透水性混凝土的设计基准。

以透水混凝土的孔隙率作为配合设计基准，也即采用体积设计法。先根据透水路面要达到的结构要求及功能指标要求，综合考虑确定透水路面的目标孔隙率，  然后根据单位体积透水性混凝土的组成，参考马歇尔试验规范要求以及透水性沥青混合料配制的特殊要求，分  别确定单位体积混凝土各组成部分的含量。最后再对配合好的透水混  凝土进行强度和抗变形能力（如车辙等）检验。

3  结束语

由于城市不透水路面带来的种种交通和环境方面的问题，如不能通透雨水，使得雨水对地下水的补给被阻断，从而造成地下水位不断下降，造成城市地面的下沉塌陷；雨水在地面汇集和径流，既影响了行车安全，又加重了径流污染；同时不透水路面还会带来严重的生态环境污染，促使城市热岛的形成。 针对不透水路面带来的种种危害，建议把城市道路大量改铺为透水路面，以改善路面行车条件及生态环境效益。