史 宇 王穎慧 鄭樂(lè)樂(lè) 何 敏 樊惠彬 馬麗虹

（1.晉中市交通運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司，山西 晉中 030082；2.長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院，陜西 西安 710064）

0 引言

透水瀝青混凝土路面是一種允許地表徑流下滲的環(huán)保型鋪裝，其多孔結(jié)構(gòu)具有削減地表徑流、過(guò)濾污染物、抗滑、降噪、融化冰雪和調(diào)節(jié)地表溫濕度等功能，由于路面上的固體顆粒不斷積累，下滲的雨水?dāng)y帶固體顆粒堵塞了路面空隙，大大降低了透水路面的滲水功能，甚至使透水路面逐漸演變成不透水路面，入滲到道路內(nèi)部的水分不能及時(shí)排出，使路面處于飽和狀態(tài)，降低了瀝青與集料之間的粘附力，導(dǎo)致路面的強(qiáng)度和穩(wěn)定性下降。

本文從透水瀝青路面的堵塞物顆粒，室內(nèi)模擬堵塞試驗(yàn)，空隙堵塞的評(píng)價(jià)方法、關(guān)鍵粒徑、影響因素及空隙清理方法等方面，綜述透水瀝青路面空隙堵塞的研究成果，為透水瀝青路面的空隙養(yǎng)護(hù)提供參考。

1 透水瀝青路面堵塞物顆粒研究

1.1 堵塞物顆粒來(lái)源

（1）瀝青路面材料自身的磨損，如剝落的集料、石屑等。

（2）輪胎與路面之間磨損產(chǎn)生的橡膠顆粒。

（3）路面上的粉塵、砂土、黏土等固體顆粒。

（4）道路使用或行車(chē)過(guò)程中產(chǎn)生的廢物，如冬季融雪劑的使用、車(chē)輛機(jī)油泄露、土方車(chē)拋灑等。

（5）道路旁邊的綠化帶產(chǎn)生的廢棄物，如落葉、草屑、油脂等[1-3]。

1.2 堵塞物顆粒收集方式

（1）利用排水路面功能恢復(fù)車(chē)進(jìn)行清洗和收集堵塞物。這種方式收集堵塞物較為省力，但容易將粒徑較小的顆粒沖洗進(jìn)路面空隙深處，使收集到的堵塞物粒徑不全，影響后期對(duì)堵塞物顆粒粒徑的分析。

（2）采用人工清掃的方式進(jìn)行收集，如用毛刷從四周向中心清掃，用鑷子取出大塊紙屑、煙頭等垃圾。這種方式較為費(fèi)力，但收集到的堵塞物顆粒粒徑較為全面[4-6]。

1.3 堵塞物顆粒粒徑分析

不同地域的透水瀝青路面，其堵塞物顆粒粒徑分布差異較大。根據(jù)以往研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，堵塞物顆粒在經(jīng)過(guò)烘干、篩分后，平均粒徑介于0~4.75mm 之間，其中平均43%的堵塞物顆粒能透過(guò)0.75mm 孔徑篩，80%以上的堵塞物粒徑在0.5mm 以下[5-7]。粒徑在1.18~2.36mm 和0.3~0.6mm 之間的堵塞物對(duì)路面透水能力影響較大，粒徑在0.6~1.18mm 和0.15~0.3mm 之間的堵塞物對(duì)路面透水能力影響較小[8]。

2 透水瀝青路面堵塞的模擬試驗(yàn)方法

在室內(nèi)進(jìn)行透水瀝青路面堵塞的模擬試驗(yàn)可以定量分析各個(gè)因素對(duì)堵塞的影響程度。

2.1 試件類(lèi)型

堵塞試驗(yàn)所用的試件主要有單層車(chē)轍板試件、單層小馬歇爾試件、單層大馬歇爾試件和雙層車(chē)轍板試件、雙層小馬歇爾試件、雙層大馬歇爾試件，試件的混合料類(lèi)型多為PAC-10、PAC-13 和PAC-20。其中，車(chē)轍板試件的表面面積比馬歇爾試件表面面積大，與路面實(shí)際狀況更為接近，但在撒布堵塞物顆粒時(shí)難以在整個(gè)面積中撒勻，對(duì)堵塞后的滲透效果的測(cè)定有一定的影響；馬歇爾試件表面面積較小，更容易均勻撒布堵塞物顆粒，常常與研究者自行設(shè)計(jì)的堵塞模擬裝置配套使用，能夠較為方便地測(cè)定多孔瀝青混合料堵塞前后的滲透效果[5][9-10]。

單層試件模擬的是只有一層面層的多孔瀝青路面，而雙層試件模擬的是具有上、下面層多孔瀝青路面[11]，通常下面層多孔瀝青路面混合料的最大公稱(chēng)粒徑大于上面層多孔瀝青路面混合料的最大公稱(chēng)粒徑。

2.2 堵塞物材料的選擇

研究發(fā)現(xiàn)粒徑超過(guò)4.75mm的堵塞物不易進(jìn)入透水瀝青路面的空隙中，因此堵塞物材料的粒徑通常選擇在0~4.75mm 之間。駱輝采用細(xì)砂（0.015~0.6mm）、粗砂（0.6~2.36mm）及全級(jí)配砂（0.15~2.36mm）作為堵塞物[1]；李波采用篩分后的0~0.2mm 的雜土進(jìn)行堵塞試驗(yàn)[7]；鄢陽(yáng)將不同比例的砂土和黏土配制成高黏聚力土、中黏聚力土、無(wú)黏聚力土作為堵塞劑[12]；蔣瑋采用粒徑在0~0.3mm 的細(xì)砂顆粒作為堵塞物[13]；吳立報(bào)采用粒徑為4.75~2.36mm、2.36~0.6mm、0.6~0.3mm 和0.3~0mm 共4檔集料模擬顆粒堵塞物[14]；周明剛采用粒徑大于0.75mm的砂性土和粒徑小于0.75mm的黏性土作為堵塞物[15]；朱云奇采用0.75~2.36mm 的標(biāo)準(zhǔn)砂作為堵塞物[16]；王若宇采用粒徑小于0.075mm 的黃土和粒徑大于0.075mm 的砂作為堵塞物[17]；王元采用粒徑分別為1.18~2.36mm、0.6~1.18mm、0.3~0.6mm、0.15~0.3mm、0.075~0.15mm 以及小于0.075mm的單一級(jí)配堵塞物和混合級(jí)配堵塞物[3]。

2.3 灑水方式

在多孔瀝青混合料試件上撒布堵塞物顆粒后，需要噴灑水分來(lái)模擬降雨沖刷狀態(tài)，灑水方式主要有人工灑水模擬降雨、自行設(shè)計(jì)的降雨裝置模擬降雨和動(dòng)水沖刷儀模擬降雨[1][7][12][18]。其中，人工灑水方式較為簡(jiǎn)易，但與實(shí)際降雨?duì)顟B(tài)差距較大。自行設(shè)計(jì)的降雨模擬裝置包括降雨噴頭、裝試件的套筒和流速傳感器，通過(guò)調(diào)節(jié)噴頭流速的大小來(lái)模擬不同降雨強(qiáng)度，較為方便和準(zhǔn)確。動(dòng)水沖刷儀主要模擬的是水分入滲至透水瀝青路面的空隙中，在行車(chē)荷載的作用下產(chǎn)生反復(fù)動(dòng)水沖刷的情況。

2.4 堵塞方法

在多孔瀝青混合料上撒布堵塞顆粒的方法主要有濕堵法和干堵法。濕堵法又叫蝕液加灌法，即將堵塞材料與水按比例配制成蝕液，用撒水壺均勻加灌。干堵法又叫干土堵塞法，即將配制好的干土樣分次均勻撒在板件表面，再用少量水潤(rùn)濕[7][12]。

濕堵法由于蝕液流動(dòng)性較大，造成的堵塞深度比干堵法大，更接近實(shí)際的透水瀝青路面堵塞情況，但濕堵法在短時(shí)間內(nèi)不能充分堵塞試件，不能滿足堵塞試驗(yàn)過(guò)程中不同堵塞程度的要求。干堵法模擬出的試件堵塞狀態(tài)與實(shí)際路面堵塞狀態(tài)差距較大，堵塞物顆粒大部分只堵塞在試件表面，難以進(jìn)入試件底部。因此，李波[7]改進(jìn)了堵塞方法，采用雙面堵塞的干堵法，即用較大顆粒堵塞試件正面，用小顆粒堵塞試件背面，這種方法模擬出的試件堵塞狀態(tài)和真實(shí)路面狀態(tài)比較接近。

3 透水瀝青路面空隙堵塞程度的評(píng)價(jià)方法及關(guān)鍵粒徑

3.1 評(píng)價(jià)方法

評(píng)價(jià)透水路面空隙堵塞程度的方法主要有滲透系數(shù)法、電阻率法、CT掃描法和噪聲法[1][6][9][18]。

滲透系數(shù)主要通過(guò)常水頭或變水頭滲透儀來(lái)測(cè)量，通過(guò)直接對(duì)比堵塞前板件的初始滲透系數(shù)和堵塞后的滲透系數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)多孔瀝青混合料的堵塞程度[26]。滲透系數(shù)的測(cè)量?jī)x器簡(jiǎn)單，可用于室內(nèi)堵塞試驗(yàn)和室外實(shí)際道路檢測(cè)，因此，使用滲透系數(shù)評(píng)價(jià)空隙堵塞程度的研究者較多，但由于試驗(yàn)過(guò)程中人工操作誤差較大，需要多次測(cè)量取平均值。

電阻率法是利用堵塞程度高的地方離子濃度低的規(guī)律來(lái)表征試件空隙的堵塞情況，該方法操作簡(jiǎn)單，但只能在室內(nèi)進(jìn)行模擬，無(wú)法用于室外道路的測(cè)量。

CT 掃描法是指使用CT 設(shè)備掃描做完堵塞試驗(yàn)的試件或在透水瀝青路面中鉆芯取樣得到的樣品，通過(guò)圖像處理技術(shù)得到試件內(nèi)部的空隙堵塞狀態(tài)。CT 掃描法具有良好的精確度和直觀性，但是方法測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)，不夠便捷。

噪聲大小受路面的堵塞程度的影響，隨著透水瀝青路面的堵塞狀態(tài)劣化，路面噪聲逐漸增大。測(cè)量路面噪聲大小能夠評(píng)價(jià)路面空隙堵塞程度，但每條透水路面的噪聲情況不同，不能用同一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)所有路面。

3.2 關(guān)鍵粒徑

研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于PAC-13 而言，0.15~2.36mm 是造成混合料堵塞的關(guān)鍵粒徑，其中粒徑為1.18mm 的堵塞物主要堵塞路表面的空隙，而粒徑為0.15mm 的顆粒主要進(jìn)入空隙內(nèi)部，是造成內(nèi)部連通空隙堵塞的關(guān)鍵粒徑；對(duì)于PAC-10 和PAC-20 而言，0.3~0.6mm 是堵塞混合料的關(guān)鍵粒徑；對(duì)于PAC-16 而言，0.6~1.18mm 是堵塞混合料的關(guān)鍵粒徑[12-13][19-21]。多孔瀝青混合料顆粒堵塞空隙情況如圖1所示。

圖1 多孔瀝青混合料顆粒堵塞空隙

4 影響透水瀝青路面堵塞程度的因素

透水瀝青路面堵塞程度的影響因素主要有降雨強(qiáng)度、堵塞物級(jí)配、路面空隙率和溫度[5][7][9][22]。

4.1 降雨強(qiáng)度

降雨強(qiáng)度越大，雨后殘留在透水瀝青路面表面的細(xì)砂總質(zhì)量越少，研究發(fā)現(xiàn)，降雨過(guò)后，0.3~0.6mm粒徑范圍內(nèi)的堵塞物明顯減少，這是因?yàn)榻涤陱?qiáng)度較小時(shí)，大顆粒聚集于空隙通道口附近，阻礙了小顆粒的移動(dòng)；而降雨強(qiáng)度較大時(shí)，小顆粒物質(zhì)在水流沖擊下，能夠強(qiáng)行穿過(guò)大顆粒進(jìn)行移動(dòng)[12]。

4.2 堵塞物級(jí)配

比起單一級(jí)配，連續(xù)級(jí)配的堵塞物造成瀝青路面堵塞的程度更大，如圖2 所示，在全級(jí)配堵塞物情況下，大顆粒在堵塞了較大空隙后，小顆粒填充進(jìn)了小空隙，使水分透過(guò)的空間大大減小。且同樣情況下，偏細(xì)型級(jí)配比偏粗型級(jí)配更容易導(dǎo)致空隙的堵塞[12-14][23-24]。

圖2 不同級(jí)配砂堵塞狀態(tài)示意圖

4.3 路面空隙率

研究發(fā)現(xiàn)路面空隙率過(guò)大或者過(guò)小都容易造成空隙堵塞，當(dāng)路面空隙率較大時(shí)，路面內(nèi)部空隙數(shù)量多、尺寸大，小顆粒會(huì)隨著水分進(jìn)入到路面內(nèi)部，增大了小顆粒在空隙中聚集的可能性；而當(dāng)路面空隙率較小時(shí)，空隙尺寸小，連通空隙率低，進(jìn)入路面的小顆粒容易堵塞內(nèi)部通道[10][15][19][25]。

4.4 溫度

隨著路面溫度的升高，細(xì)顆粒堵塞物更容易集中堵塞在路面表面形成封層，原因是多孔瀝青混合料的瀝青軟化后容易粘附細(xì)小的顆粒物，引起空隙率的衰變，加重空隙堵塞情況[14]。

5 透水瀝青路面空隙清理方法

透水瀝青路面的空隙清理方法主要有預(yù)防性養(yǎng)護(hù)法、人工掃刷法、真空抽吸塵式清理法、壓力水沖洗式清理法[19][26][27]。

預(yù)防性養(yǎng)護(hù)法是通過(guò)清洗液與超聲波發(fā)生空化作用使空隙內(nèi)堵塞物脫落，這種方法適用于路面使用時(shí)間不長(zhǎng)，堵塞程度較輕的情況。

人工掃刷法只能清除路表面的堵塞顆粒，清除的深度最小，效果極為有限。

真空抽吸塵式清理法是利用真空抽吸作用，將空隙中的堵塞物吸出。由于吸力受到限制，對(duì)于使用年限較長(zhǎng)、堵塞情況較重的路面難以起到顯著效果，因此適用于小空隙淺層堵塞的路面。

壓力水沖洗式清理法是利用高壓水使空隙中的堵塞物向路面內(nèi)部移動(dòng)，從而恢復(fù)面層的透水能力，且水壓越大，對(duì)于路面的清洗深度越大，清洗效果最為明顯，適用于被粉質(zhì)土堵塞的透水瀝青路面。閆玉奎提出了一種以高壓水為工作介質(zhì)、基于空洞現(xiàn)象和氣穴效應(yīng)的排水性路面機(jī)能恢復(fù)設(shè)備，經(jīng)過(guò)該設(shè)備數(shù)次清洗，路面滲透系數(shù)能夠恢復(fù)到初始滲透系數(shù)的60%~70%[28]。白子玉設(shè)計(jì)了2 種設(shè)備組合模擬現(xiàn)有清孔設(shè)備中高壓噴水及負(fù)壓軸功能，確定清孔的最佳方案，對(duì)恢復(fù)路面滲水性能有顯著效果[29]。

研究發(fā)現(xiàn)透水瀝青路面的堵塞經(jīng)過(guò)路面空隙清理后，路面的滲透系數(shù)能恢復(fù)到初始滲透系數(shù)的65%左右，且空隙清理效果與清理時(shí)機(jī)關(guān)系密切。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜合上述研究，得到以下結(jié)論：

（1）堵塞物收集方式宜采用人工毛刷收集，且由于堵塞物顆粒來(lái)源廣泛，不同地域的堵塞物粒徑存在差距，但大多堵塞物的粒徑在0~4.75mm之間。

（2）堵塞試驗(yàn)宜采用雙面干堵的方式，較大粒徑的堵塞顆粒撒布在試件正面，較小粒徑的堵塞顆粒撒布在試件背面，這種方法模擬出的試件堵塞狀態(tài)和真實(shí)路面狀態(tài)比較接近。

（3）評(píng)價(jià)透水路面空隙堵塞試驗(yàn)方法中，相較于電阻率法、CT 掃描法、噪聲法，滲透系數(shù)法更適合用于室內(nèi)堵塞試驗(yàn)和室外實(shí)際道路檢測(cè)，因此推薦使用滲透系數(shù)法。

（4）影響堵塞程度的因素中，降雨強(qiáng)度越大，空隙中的顆粒物越容易被沖入到路面內(nèi)部，路面的堵塞程度越低；堵塞物組成級(jí)配越良好，路面越容易堵塞；路面空隙率太大或太小，路面均容易堵塞；環(huán)境溫度越高，路面越易堵塞。

（5）在各種空隙清理方式中，高壓水沖洗對(duì)路面滲透能力的恢復(fù)效果最為明顯，在高壓水沖洗之后，路面滲透系數(shù)可以恢復(fù)到初始滲透系數(shù)的60%~70%。