摘 要：排水性沥青混合料作为一种集料嵌锁的混合料，其中的粗集料占比达到80%以上。骨料的性质、形状(尤其是针片状含量)会对混合料的性能产生很大影响。因此，通过室内试验，对粗集料性能及其与排水性沥青混合料强度、结构稳定性、渗水能力和抗滑性能的相关性进行分析，结果表明粗集料的压碎值和针片状含量对排水性沥青混合料的性能影响显著。压碎值越大，动稳定度越小，抗车辙能力越差，抗飞散能力越差;针片状含量越低，抗压强度和抗劈裂强度越大，渗水能力和抗滑能力越强。因此必须选择高强度、优质的粗集料以满足排水性沥青混合料强度、稳定性、渗水能力、抗滑性能的要求。
关键词：粗集料;排水性;强度;稳定性;渗水能力;抗滑性能;
基金：云南省交通运输厅科技项目(云交科2017(A)01);云南省交通运输厅科技项目(云交科2017(A)15);
1 前言随着我国交通强国建设目标的提出，加强交通运输行业生态环境保护，进行绿色交通基础设施建设也不断被强化和促进。排水性沥青路面作为一种生态、环保型路面，具有抗滑性能高、噪声低、抑制水雾、防止水漂、减轻眩光等特征，已经成为未来我国道路工程革新、提升道路安全功能和服务品质的主要技术趋势之一。排水性沥青路面使用先进的“体内排水”，采用类似“沙琪玛”的多孔结构，使水从路面体内排走，而不是从路面上流过。因此，即使是雨天，路面也是“干燥”的，行车的安全性和舒适性得到极大提高。
排水性沥青混合料作为一种集料嵌锁的混合料，其中的粗集料占比达到80%以上。与常规密级配沥青混凝土相比，由于石石接触，接触点间的应力大幅提高。因此，骨料的性质、形状(尤其是针片状含量)会对混合料的性能产生很大影响，必须选择高强度、优质的粗集料以满足排水性沥青混合料强度、稳定性、渗水能力、抗滑性能的要求。
2 粗集料性能笔者所属的科研团队采用玄武岩和石灰岩作为排水性沥青混合料中的集料，根据《公路沥青路面施工技术规范》(JTG E40-2004)和《公路工程集料试验规程》(JTG E42-2005)对试验所用集料进行了主要指标测试，如表1所示。
表1 石灰岩和玄武岩粗集料性质 下载原图
图1 5～10mm两种石料性能比较 下载原图
图2 6～15mm两种石料性能比较 下载原图
根据粗集料形状指标(针片状含量)和力学性能指标(软弱颗粒、洛杉矶磨耗损失、石料压碎值、坚固性、磨光值)可知，对于公称最大粒径而言，石灰岩针片状含量高于玄武岩，而大量的研究已经表明，针片状含量越高，集料越容易破碎，对应的力学性能越差，因此石灰岩集料较为脆弱，玄武岩集料岩性较为坚硬。对于大孔隙排水性沥青混合料而言，由于石石嵌挤结构，粗集料在其中起到充当骨架的作用，力学性能尤为重要。
3 粗集料性能对排水性沥青混合料性能的影响3.1 粗集料性能对混合料强度的影响集料性能对混合料强度的影响主要体现在抗车辙、抗压和抗劈裂能力上。三者分别体现了混合料抵抗表面经反复轮碾、抗压缩和抗剪切的能力，对混合料强度产生影响的集料性能主要是粗集料自身强度和外形特征，即压碎值和针片状含量。粗集料作为排水性沥青混合料石-石嵌挤结构中的主要承载体系，若颗粒形状差，则在施工和使用过程中易发生破碎，导致压碎值高，级配发生变化，产生新的无沥青膜的断裂面，从而使得混合料局部强度下降，容易变形。石灰岩和玄武岩排水性沥青混合料性能与粗集料性能关系见图3。
图3 粗集料性能和混合料强度性能关系 下载原图
图3显示，石灰岩粗集料的压碎值高出玄武岩9.4%，针片状微小于玄武岩，对应的排水性沥青混合料的动稳定度小于玄武岩，抗压强度和抗劈裂强度微大于玄武岩。可知，压碎值对排水性沥青混合料的动稳定度起到主导作用，强度不足的石灰岩粗集料无法在混合料中承载反复碾压的压力，动稳定度小于玄武岩;而针片状显著影响抗压强度和劈裂强度，这是因为对于抗压强度试验和劈裂强度试验使用的试件为圆柱形马歇尔试件，当试件圆柱体上表面受压和侧面受压时，混合料内部受到压应力、拉应力和剪应力的综合作用，其变形程度和粗集料与沥青的粘附力密切相关，对于针片状数量小的石灰岩，既可以和沥青良好地粘附，又可以更好地形成形状良好的嵌挤结构，更能抵抗压力和剪力。
3.2 粗集料性能对结构稳定性的影响粗集料对于混合料结构稳定性的影响，主要体现在自身强度和形状对抗松散性能上。由于排水性沥青混合料的大孔隙特征，水侵入沥青和矿料的界面，降低了二者之间的粘附作用。同时，本身在施工碾压和行车过程中因为受力而导致石-石和油-石之间粘附强度和约束力不足以抵抗所承受的应力而断裂，从而导致集料颗粒飞散。
图4 粗集料性能与混合料抗飞散能力的关系 下载原图
图4显示，石灰岩排水性沥青混合料飞散损失大于玄武岩，集料压碎值大于玄武岩，针片状略小于玄武岩。由此可知，石灰岩较软的岩性导致混合料强度不高，在施工过程中碾压时容易破碎，在路面使用过程中，车轮碾压易带走破碎的颗粒，使得飞散现象较为明显。
3.3 粗集料性能对渗水能力的影响粗集料针片状含量对排水性沥青路面的渗水能力有较大的影响。颗粒形状作为一项加工特性，受石料加工工艺水平影响巨大。扁平和细长的颗粒容易架桥，导致孔隙被填充，有效孔隙减少，连通孔隙率降低。同时，针片状颗粒相对于接近正方体颗粒而言受力后更易破碎，由此产生的颗粒甚至粉尘，进一步堵塞孔隙，从而使得渗水能力降低。
图5 粗集料性能和混合料渗水能力的关系 下载原图
图5显示，石灰岩排水性沥青混合料渗水系数大于玄武岩，石灰岩粗集料的针片状含量小于玄武岩。由此可知，玄武岩较高含量的针片状颗粒显著影响了混合料渗水能力，在沥青混合料搅拌、成型过程中，针片状颗粒被压碎，形成小颗粒或者粉尘，影响了混合料内部连通孔隙率，使得渗水能力下降。
3.4 粗集料性能对抗滑能力的影响粗集料针片状含量对排水性沥青路面的摩擦能力的影响，主要体现为对摩擦系数和构造深度的影响。表面微观纹理和宏观纹理较好的粗集料，表面粗糙、形状良好、分布均匀，使得表面构造深度大，在降雨情况下可以有效排水，从而保证摩擦系数不降低。
图6显示，石灰岩排水性沥青混合料的摩擦系数和构造深度均大于玄武岩，石灰岩针片状含量低于玄武岩。由此可知，石灰岩针片状颗粒少，形状良好，与沥青粘附性好，可以在混合料整体中分布均匀，从而使得表面构造深度大，连通空隙率得到保证，在路表面存在积水时能有效、快速排水，从而使得摩擦系数不降低。
图6 粗集料性能和混合料抗滑能力的关系 下载原图
4 结论(1)粗集料的压碎值显著影响排水性沥青混合料的抗车辙能力。压碎值越大，动稳定度越小，抗车辙能力越差。粗集料的针片状含量显著影响排水性沥青混合料抗压强度和抗劈裂强度，针片状含量越低，抗压强度和抗劈裂强度越大。
(2)粗集料的压碎值和针片状综合影响排水性沥青混合料结构稳定性，影响抗飞散能力，其中压碎值占主要影响地位，压碎值越大，抗飞散能力越差。
(3)粗集料的针片状含量影响排水性沥青混合料渗水能力，针片状含量越小，渗水系数越大，渗水能力越强。
(4)粗集料的针片状含量影响排水性沥青混合料抗滑能力，针片状含量越小，构造深度和摩擦系数越大，抗滑能力越强。
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