陈波宇
中铁二十五局第一工程有限公司 广州 广东 510010
摘要：本文研究了排水沥青路面空隙堵塞对渗排水能力的影响,，并对其颗粒组成进行了分析，制定了七组不同粒径范围的堵塞物。制作了三组不同空隙率水平的车辙板试件，分析了连通空隙率与空隙率的关系、侧向渗水系数与空隙率的关系、侧向渗水系数与连通空隙率的关系。对不同空隙车辙板试件加入了不同级配级的堵塞物，以渗水能力为评价指标，研究了堵塞物级配、堵塞物剂量对车辙板渗排水性能的影响。并得出在空隙率分别为19.23%、21.21%、23.5%、左右的排水沥青试件中，不同粒径堵塞物对透水程度的影响。
关键词：排水规律；沥青；堵塞物；渗水
前言
目前大部分的研究及试验都是研究排水路面的竖向透水能力随空隙堵塞的变化，但是实际道路中，是雨水流入透水上面层通过空隙通道流到防水粘层表面，随着横坡排出路面，在这过程中排水路面的侧向排水能力起着重要的作用[1-3]。本文研究排水路面在空隙堵塞之后，其侧向和竖向渗水系数的变化情况。通过试验分析不同空隙率路面使用过程中，空隙被颗粒物堵塞导致渗水系数衰减，进而得出最容易堵塞该空隙率路面的堵塞物粒径范围。
1、路面堵塞物分析
排水路面的渗透能力随使用时间的增长而衰减，渗透能力衰减最为重要的原因是空隙被颗粒物所堵塞，通过总结分析，我们最终确定7种粒径范围的堵塞物如表1所示。其中合成级配为机动车道路面的堵塞物。
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侧向排水沥青车辙板试件一共21块，PAC13排水沥青车辙板平均空隙率为19.23%的PAC13-I、21.21%的PAC13-II、23.49%的PAC13-III共三组试件，每组试件共七块排水沥青试件，每块试件分别对应一组堵塞物。
2、透水车辙板侧向渗水试验及准备过程
2.1 车辙板试件底面封水处理
将制备完成的车辙板试件进行底面封水处理。先在试件底部均匀涂抹防水涂料，再在涂料上部贴放聚酯布，最后在聚酯布上涂抹第二遍防水涂料，放置待防水涂料全部凝固[4]。
2.2 试件初始侧向渗水系数的测定
进行排水沥青试件渗水系数的测定，首先用橡皮泥在渗水仪底圈周围进行密封，然后将沥青试件水平放置，再将透水仪放置到排水沥青试件的中央位置然后进行测定。
2.3 试件加入堵塞物后侧向渗水系数的测定
实验步骤为将已经进行底面封水处理的试件放到试验的指定地方，先测量初始渗水系数，初始渗水系数记为Cw0。然后称取相应的4g堵塞物，均匀的铺洒在以排水沥青车辙板中央为圆心，半径为 7cm 的区域内，再洒一定的水进行湿润，测量其渗水系数Cw1。测量完成后再次加入4g堵塞物测量其侧向渗水系数Cw2，重复进行试验多次测量Cw3、Cw4...Cwn，直至渗水系数几乎没有改变为止。
3、堵塞物粒径对排水沥青试件侧向渗水能力的影响
3.1 平均空隙率为19.23%试件排水堵塞规律
排水沥青试件的平均空隙率为19.23%时，添加堵塞物的次数越多试件的侧向渗水系数越低，且刚开始添加堵塞物一到两次的时候，渗水系数下降程度很快，之后继续添加堵塞物所引起渗水系数的变化越来越小，最终渗水系数几乎不发生变化[5-6]。
通过分析研究发现，当排水沥青试件的平均空隙率为19.23%时，添加不同堵塞物后透水车辙板试件的侧向渗透系数变化趋势大致相同，但在渗水系数变化范围及变化快慢等方面还是有很多的不同之处。
加入1.18mm～2.36mm的堵塞物的PAC13- I -1的残余渗水系数γ9是最小的，即1.18mm～2.36mm的堵塞物对空隙率为19.23%左右的排水沥青试件侧向渗水系数的影响是最大的。0.3mm～0.6mm的堵塞物的γ9也非常小，表明0.3mm～0.6mm堵塞物对空隙率为19.23%左右的排水沥青试件的侧向渗水系数影响也是比较大的。而加入0.6mm～1.18mm的堵塞物残余渗水系数γ9是最大的，说明 0.6mm～1.18mm的堵塞物对空隙率为 19.23%左右的排水沥青试件侧向渗水系数衰减全过程的影响是比较小的。
3.2 平均空隙率为21.21% 排水堵塞规律研究
排水沥青试件的平均空隙率为21.29%左右时，通过数据分析，我们发现 PAC13-II的残余渗水系数γ1从小到大的顺序为PAC13-Ⅱ-4、PAC13-Ⅱ-2、PAC13-Ⅱ-5、PAC13-Ⅱ-3、PAC13-Ⅱ-7、PAC13-Ⅱ-6、PAC13-Ⅱ-1。其中 PAC13-Ⅱ-4 排水沥青试件的残余渗水系数γ1最小为 0.4950，所添加堵塞物粒径范围是0.15mm～0.3mm，说明添加少量即4g该粒径范围的堵塞物，能很快的衰减空隙率在 21.29%左右排水沥青试件侧向渗水能力。而 PAC13-Ⅱ-1与PAC13-Ⅱ-6排水沥青试件的残余渗水系数γ1相对于其他试件来说比较大，分析认为添加少量即4g粒径为 1.18mm～2.36mm、<0.075mm的堵塞物，对空隙率在 21.29%左右排水沥青试件侧向渗水性能衰减的影响较小。
经过对残余渗水系数γ9的对比分析，数据显示PAC13-Ⅱ-3与PAC13-Ⅱ-4排水沥青试件的残余渗水系数γ9都比较小，说明在所有排水沥青试件堵塞的过程中，这两个试件的渗水能力变化是最大的，即添加0.15mm～0.3mm与0.3mm～0.6mm范围的堵塞物，能最大程度的削弱排水沥青试件的侧向渗水功能。
而PAC13-Ⅱ-1与PAC13-Ⅱ-6 排水沥青试件的残余渗水系数γ9同γ1一样，在七个试件中还是最小的两个数据，推断出1.18mm～2.36mm、<0.075mm的堵塞物相对于其他范围的堵塞物，对空隙率在21.29%左右排水沥青试件侧向渗水功能的减弱影响不大。
3.3 平均空隙率为23.49%排水堵塞规律研究
对平均空隙率为23.49%的数据分析发现PAC13-Ⅲ-6试件的残余渗水系数γ1相比其余排水沥青试件是小得多，说明粒径小于0.075mm 的堵塞物对空隙率在23.5%%左右排水沥青试件侧向渗水系数减小是影响很大的，经过多次实验发现，小粒径的堵塞物在试验过程中，会有一部分在空隙内部随着水流涌动流出试件，但是仍有很多聚结成团聚粘在排水沥青试件表面和空隙中，且堵塞物粒径越小聚粘现象越明显，堵塞物粒径在0.3mm以上时，基本颗粒和颗粒之间不会聚团在一起而成松散状。
而PAC13-Ⅲ-1与PAC13-Ⅲ-3排水沥青试件的残余渗水系数γ1比较大，分析认为堵塞物粒径范围在1.18mm～2.36mm、0.3mm～0.6mm的堵塞物在添加少量堵塞物情况下影响23.5%左右空隙率试件侧向渗水性能退化的能力比较低。
通过对相同空隙率试件添加不同堵塞后侧向渗水系数的变化得出，空隙率基本在19.23%左右的排水沥青试件，粒径范围在1.18mm～2.36mm的堵塞物在堵塞全过程能最大程度的衰减排水沥青试件的侧向渗水能力；空隙率基本在21.21%左右的排水沥青试件，0.15mm～0.3mm与0.3mm～0.6mm范围的堵塞物，能在堵塞全过程中最大程度的削弱排水沥青试件的侧向渗水功能；空隙率在23.5%左右的排水沥青试件，0.3mm～0.6mm的堵塞物在加载次数较多的情况下对试验全过程渗水系数的衰减的影响最大。
4、空隙率对排水沥青试件侧向渗水能力的影响
空隙率对于试件的渗水系数起到关键性的作用，我们将对于同样添加机动车堵塞物的试件进行分析比较。
空隙率为19.19%的试件试验所添加的堵塞物粒径及试件的空隙率与连通空隙率见表2。合成级配为机动车道的表面堵塞物。
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图1 添加机动车道上堵塞物后侧向渗水系数对比曲线
通过折线图我们发现 PAC13-Ⅲ-7试件的最终侧向渗水系数大约是空隙率为21.21%的 PAC13-Ⅱ-7试件的2.85倍，其初始侧向渗水系数是空隙率为21.21%初始侧向渗水系数的1.91倍，足以见得机动车上真实的堵塞物对在对三组不同空隙率试件堵塞过之后，虽然三组试件渗水系数的下降程度都很大，但是空隙率为23.42%的 PAC13-Ⅲ-7试件仍有较高渗水系数。
5、排水沥青试件竖向渗水堵塞试验
5.1 排水沥青试件的侧向封水处理
先对试件侧面进行封水处理，在试件侧面均匀涂抹防水涂料，再在试件侧面贴放聚酯布，最后在聚酯布上涂抹第二遍防水涂料，晾干之后即可完成，竖向竖向排水沥青试件。
5.2 透水车辙板试每次加入堵塞物侧向竖向系数的测定
试验过程为将已经进行侧面封水处理的试件放到试验的指定地方，并将排水沥青试件底面的四个角用等高的混凝土试件踮起来。先测量最初渗水记为Cw0，然后称取相应的堵塞物4g，均匀的铺洒在以排水沥青车辙板中央为圆心，半径为7cm的区域内，再洒一定的水进行湿润，测量其竖向渗水系数Cw1，再加入堵塞物4g测量其竖向渗水系数Cw2，重复进行试验多次测量Cw3、Cw4...Cwn，直至渗水系数几乎没有改变为止。
6、竖向及侧向渗水试块堵塞后渗水能力对比
6.1 空隙率为19.7%左右试件堵塞后侧向及竖向渗水系数对比
将排水沥青试件最初的渗水系数Cw0与第n次测量得到的渗水系数 Cwn的差值定义为第n次测量得到的渗水系数与最初渗水系数之差，其计算公式如下：
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分析得出，侧向渗水系数的初始衰减比例及衰减数值明显于竖向渗水系数。分析残余渗水系数γ9与β9，侧向渗水系数的最终渗水系数Cw9较最初Cw0相比，接近最初的24%左右，而竖向渗水的最终数值Cw9较最初数值Cw0相比仍约70%，由此可见在空隙率为19.5%左右的试件，在加载堵塞物之后1.18mm～2.36mm，侧向渗水功能衰减严重，而竖向渗水功能变化相对较小。
6.2 空隙率为23%左右试件堵塞后侧向及竖向渗水系数对比
通过试验发现空隙率为23.13%的竖向渗水试件的初始渗水系数明显大于空隙率为23.42%的侧向渗水系数。但是随着不断加载机动车道的堵塞物之后发现，在加载第6次堵塞物之后竖向渗水系数开始比侧向渗水系数低，但是此时透水试件上堵塞物的量是0.12g/cm2，量是非常大的，道路上正常养护及清洗情况下是达不到这种堵塞程度的。空隙率为23.5%左右试件添加机动车道堵塞物后竖向及侧向渗水。通过对数据的分析，竖向渗水试件的PAC13-Ⅲ8的残余渗水系数γ1与γ9均比侧向渗水的PAC13-Ⅲ-3的残余渗水系数γ1与γ9，其中PAC13-Ⅲ8的残余渗水系数γ9是0.1320明显小于PAC13-Ⅲ-3的残余渗水系数γ9，说明空隙率在23.3%左右竖向渗水在添加机动车车道堵塞物之后的渗水系数最初还是全过程衰减幅度是很大的。该空隙率的竖向初始渗水系数虽然比侧向初始渗水系数，但是随着加载堵塞物量的增加，竖向渗水系数会急剧下降，最终低于侧向渗水系数。
结论：
空隙率基本在19.23%左右的排水沥青试件，添加7种不同颗粒粒径的堵塞物后得出添加粒径范围在1.18mm～2.36mm的堵塞物可以大幅度的衰减排水沥青试件的侧向渗水能力，而0.6mm～1.18mm的堵塞物对渗水系数减弱的影响是最小的。
空隙率基本在21.21%左右的排水沥青试件，添加7种不同颗粒粒径的堵塞物后得出0.15mm～0.3mm与0.3mm～0.6mm范围的堵塞物，能最大程度的削弱排水沥青试件的侧向渗水功能，其中添加少量0.15mm～0.3mm粒径范围的堵塞物便能很大程度的减弱试件的侧向渗水能力，而1.18mm～2.36mm、<0.075mm的堵塞物对空隙率在21.29%左右排水沥青试件侧向渗水功能的改变影响不大。
空隙率在23.5%左右的排水沥青试件，添加7种不同颗粒粒径的堵塞物后得出0.3mm～0.6mm的堵塞物在加载次数较少的情况下渗水系减弱的程度较小，添加少量<0.075mm堵塞物对渗水系数的衰减程度较大。随着堵塞物加载量的增加，添加0.3mm～0.6mm的堵塞物在试验全过程对透水程度的衰减最明显，<0.075mm粒径的堵塞物次之。而0.6mm～1.18mm、1.18mm～2.36mm对该空隙率范围下侧向渗水系数的衰减不明显。
空隙率为19.19%、21.21%、23.42%试件加载机动车道上颗粒堵塞物，空隙率为23.42%初始侧向渗水系数是空隙率为21.21%初始侧向渗水系数的1.91倍，其最终侧向渗水系数大约是空隙率为21.21%试件的2.85倍，足以见得机动车上的堵塞物对在对三组不同空隙率试件堵塞过之后，虽然三组试件渗水系数的下降程度都很大，但是空隙率为23.42%试件仍有较高侧向渗水系数。
参考文献：
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作者简介： 陈波宇，1987年4月，男，满族，本科学历，工程师职称.目前工作于中铁二十五局集团第一工程有限公司，从事项目技术管理、经济管理工作.研究方向：交通工程。