透水沥青混合料(Permeable Asphalt Mixture，简称PAM)具有抑制水雾、防止水漂、增加路面-轮胎间的附着力、减轻眩光和疲劳、降低噪音等重要作用，可减少雨天交通事故率的50%以上，降低噪音3~8分贝，在国外有顶级功能路面的称号^[1-3]。然而其内部空隙在实现排水功能的同时，车辆行人携带的泥块、砂粒、汽车轮胎碎屑等也容易进入路面内部并堵塞内部空隙，致使路面渗水性能严重衰减，这已成为制约多孔沥青路面发展的一个关键问题^[4-6]。针对这一问题，国内外专家学者做了大量工作，如文献[7]开发一种与电导率测量相结合的创新连续渗透率测量系统，通过使用该系统进行室内模拟测试，试验发现，孔隙堵塞过程一般包括3个阶段，即快速堵塞、暂时缓解堵塞和渐进堵塞。文献[8]使用废弃砖制成透水混凝土试件，通过小型和大型模型试验进行室内试验，探索各种设计变量对堵塞模式的影响。文献[8]使用废弃砖制成透水混凝土试件，通过小型和大型模型试验进行室内试验，探索各种设计变量对堵塞模式的影响。文献[9]采用干法与湿法相组合的方式对透水沥青混合料试样进行模拟堵塞试验，研究分析得到了3种透水沥青路面清理节点方法。文献[10]研发了一种竖向渗透系数试验装置，用于测试沥青混合料试样的渗透系数。文献[11]通过对堵塞后的透水混凝土路面采用高压水冲、真空抽吸及清扫方式，研究了不同养护措施对恢复透水混凝土路面透水功能性的有效性。文献[12]对比了高压水冲和真空抽吸对透水混凝土堵塞后的恢复效果，发现高压水冲方式比真空抽吸更有效，原因是在某些情况下真空抽吸无法清除和提取堵塞材料。综上，已有的研究内容偏重对透水沥青混合料的堵塞，针对其抗堵塞性能和堵塞后采用什么样的方式疏通的相关研究有限。因此，本研究自行设计了透水沥青混合料抗堵塞试验方案，基于PA-13型透水沥青混合料试件，通过分批次堵塞、堵塞条件下的分次浸水轮碾试验和高压水冲试验，模拟透水混凝土路面通车运行后受杂物、水-荷耦合作用下的服役情况，并分析其透水损失和残留透水能力指标的变化情况，开展透水沥青混合料在颗粒堵塞及水-荷耦合作用下的堵塞性能及透水功能恢复性能的研究，以期对透水沥青混凝土路面设计、养护及管理提供指导和参考。

采用高黏改性沥青(Highly Viscous Modified Asphalt，简称HVMA)，HVMA由SBS改性沥青添加高黏度改性添加剂(HVA)按照湿法工艺制备而成，HVA掺量为12%，HVMA相关技术检测指标如表 1所示。

粗集料选用玄武岩，细集料选用石灰岩，填料为石灰岩矿粉，各项技术指标检测结果如表 2~4所示，满足规范要求。

混合料设计时，考虑到国内透水沥青路面结构形式多以PA-13为主，且经济性较高，故采用PA-13级配。根据国内外研究^[13-14]表明，确定22%±0.5%为PA-13的目标空隙率，该空隙率下的透水沥青混合料可以达到较好的排水效果和力学性能。参考日本《排水性路面技术指南》混合料配合比设计方法，首先根据规范给出的PA-13级配范围，初拟了3组级配^[15]；其次通过空隙率与级配的关系找出空隙率为目标空隙率时的级配，空隙率通过体积法测定得到，各级配组成与空隙率如表 5所示。由表 5可知，2^#级配由于2.36筛孔的细集料含量过多，空隙率不满足规范要求(不小于18%)，透水能力不达标。1^#和3^#级配空隙率满足规范要求，通过沥青混合料析漏试验和飞散试验，可以得到沥青用量的最大和最小限值^[16]，选取中值为最佳沥青用量，最后确定1^#和3^#级配的最佳沥青用量分别为4.8%和4.5%。级配曲线图如图 1所示。

图 1 PA-13型透水沥青混合料级配曲线图 Fig. 1 Gradation curves of PA-13 permeable asphalt mixture

图选项

按照上述材料组成开展透水混合料基本路用性能、抗堵塞性能和透水功能恢复效果的研究。由于2^#级配平均空隙率远低于规范要求的技术指标，故以下研究只针对1^#和3^#级配。

对1^#，3^#级配混合料试件的路用性能进行了测试，均按照规范^[17]要求的试验方法执行(试验方法不赘述)。其路用性能试验结果如表 6所示。

分析表 6可知，在高温稳定性方面，1^#，3^#级配的动稳定度均满足规范要求，其中3^#级配动稳定度比1^#级配高出346次/mm，动稳定度越大高温稳定性越好，因此3^#级配具有较好的高温稳定性。

在低温稳定性方面，1^#，3^#两种级配的低温弯曲试验最大弯拉应变均满足规范要求，说明采用的高黏改性沥青在低温下的黏结力很好，能够抵御混合料因为温度变化产生体积收缩而导致的开裂。

在水稳定性方面，采用了浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验和浸水飞散试验3种试验方法对两种级配试样水稳定性进行了研究。1^#，3^#两种级配混合料试样的MS、冻融劈裂残留强度比和浸水飞散损失均满足规范要求，二者都表现出良好的水稳定性。这说明高黏改性沥青透水混合料具有很强的黏附性，形成的沥青膜与集料间的黏结强度高，能抵御水的侵蚀，有效地提升其抗水损坏能力。同时对比发现，3种测试方法中，浸水飞散试验的测试结果区分度较大, 敏感性更高，建议采用浸水飞散试验评价透水沥青混合料的水稳定性更为合理。

渗水性能方面，1^#，3^#两种级配均满足规范要求，两种级配混合料试样的渗水性能良好。1^#级配的渗透系数大于3^#级配，这是因为1^#级配的空隙率大于3^#级配，说明空隙率大的混合料具有较好的透水性。

实际应用中，堵塞是PAM的常见问题，由于透水沥青路面直接暴露于环境中，容易受到人类活动和气候条件的影响。砂土、轮胎碎屑等如果进入路面内部，会导致PAM空隙堵塞，严重影响其排水能力。本研究通过自行设计的透水沥青混合料抗堵塞试验方案，基于PA-13型透水沥青混合料试件，通过分批次堵塞及堵塞条件下的分次浸水轮碾试验，模拟透水沥青路面通车运行后受杂物, 水-荷耦合作用下的服役情况，并分析其透水损失和残留透水能力指标的变化情况，开展PAM在水-荷载耦合作用下的抗堵塞性能研究。为更直观地评价两种级配沥青混合料的抗堵塞性能，采用残留透水能力^[18]指标，用于评价PAM的抗堵塞性能，公式如式(1)所示。

(1)

式中，γ为残留透水能力值，值越大抗堵塞性能越强；C_n为堵塞或碾压后的渗透系数；C₀为初始渗透系数。

试验方案见表 7。堵塞材料采用河砂，根据文献[19]的研究，采用全级配标准砂级配，级配如表 8所示。PAM受水-荷耦合作用通过常温浸水轮碾试验实现。

透水沥青混合料常温浸水轮辗试验采用标准车辙板试件(长300 mm×宽300 mm×厚50 mm)，试验温度(25±0.5) ℃，轮压0.7 MPa，碾压速度42次/min。按体积法对试样的空隙率进行复核，渗水试验测点选取为试件待测表面居中位置。

(1) 首先对试样的渗透系数进行检测，采用T0730标准试验方法。

(2) 然后对试样渗透系数测定位置进行堵塞，堵塞物为全级配标准砂，堵塞次数分2次，堵塞物质量均为15 g/次。堵塞后需在堵塞位置缓慢洒水200 mL，这可以使堵塞物更好地分布在试样上，并测定渗透系数。

(3) 最后借助沥青混合料车辙试验仪，对两次堵塞后的PAM试样进行常温浸水轮辗试验。透水沥青混合料试样按(2)步骤堵塞处理后，置于车辙试验机水槽中泡水。试样碾压前需在试验舱中浸泡1 h，水温为25 ℃左右；浸泡完成后，对试样进行第1次碾压，碾压时间设置为1 h，第1次碾压结束后立即测定其渗透系数；之后对试样进行第2次碾压，碾压时间设置为1 h，第2次碾压结束后，再次取出试样并对其渗透系数进行测定。

PAM堵塞试验结果图 2所示。由图 2(a)可知，先后两次的堵塞导致各配渗透系数有不同程度的降低，以各级配渗透系数初始值为基准，第1次堵塞后，1^#级配的渗透系数下降了9.6%，3^#级配的渗透系数下降了23.2%；第2次堵塞后，1^#级配的渗透系数下降了21.0%，3^#级配的渗透系数下降了48.2%。可以看出3^#级配下降幅度远大于1^#，这是因为1^#级配具有更大的空隙率(平均空隙率为24.5%)，相较于3^#级配(平均空隙率为22.5%)具有更多的连通空隙，在相同质量的堵塞物作用下，大空隙率试样的连通空隙被堵塞的情况更少，因此下降幅度没有3^#级配高，这也表明具有大空隙率的PAM抗堵塞性能更好。由图 2(b)可知，通过对比γ的大小，可以发现1^#级配两次堵塞后的γ值均大于3^#，γ为残留透水能力值，值越大抗堵塞性能越强，因此可以得到1^#级配的抗堵塞性更好的结论。

图 2 透水沥青混合料堵塞试验结果 Fig. 2 Clogging test result of permeable asphalt mixture

图选项

两级配PAM试样在经历两次堵塞后常温浸水轮碾试验结果如图 3所示。由图 3(a)可知，对经历两次堵塞后各级配试样进行浸水碾压作用，模拟实际透水沥青路面受水-荷载耦合的作用，在第1次碾压后，1^#，3^#级配PAM试样的渗透系数有不同程度的恢复，以各级配渗透系数初始值为基准，较第2次堵塞后，1^#级配试样的渗透系数恢复了14.9%，3^#级配试样的渗透系数恢复了13.3%。根据相关研究表明，车辆在雨天行驶时，轮胎会将前方的雨水挤压进路面结构，轮胎驶过后又会将雨水吸出，形成挤压-抽吸循环作用^[20]。两级配在轮碾时受抽吸的作用将堵塞物吸出，因此渗透系数有一定程度的恢复。其中值得注意的是第2次碾压后两级配的渗透系数基本不发生改变，可能是因为在经历1次碾压后混合料内部可以被吸出的堵塞物已经被完全排出导致的^[21]。由图 3(b)可知，1^#级配的γ值大于3^#，故认为1^#级配较3^#级配抗堵塞性能更好。

图 3 堵塞条件下常温浸水轮碾试验结果 Fig. 3 Test result of normal temperature immersion wheel mill under clogging conditions

图选项

综上所述，通过对两种级配透水沥青混合料基本路用性能研究可得：1^#，3^#两种级配透水沥青混合料试样的基本路用性能均能满足规范的要求；1^#级配的渗水性能要略高于3^#级配，抗堵塞性能1^#级配优于3^#级配。建议在雨水较多，交通量偏小的地方，可选择1^#级配；在雨水较少，交通量偏大的地方，可选择3^#级配。

为更好地分析PA-13型透水沥青混合料的堵塞敏感粒径和冲刷水压，选取抗堵塞性相对较差的PA-13型透水沥青混合料3^#级配进行透水功能恢复研究。

采用3种不同级配的河砂作为堵塞物对透水沥青混合料进行堵塞，堵塞物级配见表 9，并利用HDSS-3型沥青路面渗水试验仪测定其渗透系数，堵塞物原材料如图 4所示。将堵塞后的车辙试件采用指南车高压清洗机进行高压水冲试验，试样在进行高压水冲试验时，试件底部与地面接触。参考GYPJH2000型排水性路面机能恢复车^[22]的水压力，选择试验冲水水压10，15 MPa和20 MPa，冲水时间1 min，水枪距离试件表面高度约为40 cm。同样采用残留透水能力γ评价混合料的抗堵塞能力。

图 4 不同粒径河砂 Fig. 4 River sand with different particle sizes

图选项

不同级配堵塞物堵塞后的残留透水能力如图 5所示。分析图 5可得，细砂的残留透水能力最小，其次是全级配砂，最后是粗砂。这表明对于透水沥青混凝土路面，细砂对其堵塞效果最好，粗砂最差，0.15~0.3 mm和0.3~0.6 mm粒径范围内的杂物是造成透水沥青混合料堵塞的关键粒径。这就要求对于透水沥青路面的日常保养，应多注意对粉尘、砂砾等细颗粒的清扫。

图 5 不同级配堵塞物堵塞后的残留透水能力 Fig. 5 Residual water permeability after clogging with different graded plugs

图选项

高压水冲试验结果如图 6所示。被3种级配堵塞物堵塞后的透水沥青混合料试件，其经高压水冲后的残留透水能力受水压的影响也较大。(1)对于粗砂和全级配砂堵塞的情况，采用高压水冲进行养护，能恢复到初始渗透系数的90%以上。对于细砂堵塞的情况，采用高压水冲进行养护，其恢复效果也能达到初始状态的80%以上，说明采用高压水冲的养护效果较好。(2)当水压为15 MPa时，其残留透水能力最大，说明15 MPa水压为采用高压水冲方法进行养护时养护效果最佳的水压。此水压下，采用细砂、粗砂和全集配砂进行堵塞的透水沥青混合料试件的残留透水能力分别为0.87，0.97和0.94。对透水沥青路面的日常保养，推荐路面清扫车采用15 MPa的水压。

图 6 高压水冲试验结果 Fig. 6 High pressure water impact test result

图选项

(1) 对于PA-13型透水沥青混合料试件，在经过分批次堵塞和分次浸水轮碾试验后，在全级配砂的堵塞作用下，每15 g堵塞材料将造成9.6%~23.2%的透水损失，试件第2次堵塞造成的透水损失较为严重，第1次轮碾后试件的渗透系数有所增大，车轮的初次泵吸作用有助于透水性能局部恢复，但其后变化不大。

(2) 两种PA-13型级配透水沥青混合料的高温、低温、水稳和渗水性能均满足规范要求。但1^#级配的渗水性能要略高于3^#级配，抗堵塞性能1^#级配优于3^#级配；建议在雨水较多, 交通量偏小的地方，可选择1^#级配；在雨水较少，交通量偏大的地方，可选择3^#级配。

(3) 不同级配堵塞物对透水沥青混合料的堵塞效果不同，其堵塞效果的优劣排序为细砂>全级配砂>粗砂，0.15~0.3 mm和0.3~0.6 mm粒径范围内的杂物是造成透水沥青混合料堵塞的关键粒径。建议对于透水沥青路面的日常保养，应多注意对粉尘、砂砾等细颗粒的清扫。

(4) 采用高压水冲养护方式对透水沥青混合料的透水功能恢复较好，对于粗砂和全级配砂堵塞的情况，恢复效果能达到初始状态的90%以上，对于细砂堵塞的情况，恢复效果能达到初始状态的80%以上。当水压为15 MPa时，透水沥青混合料残留透水能力最大，能达到较佳的混合料透水功能恢复效果，推荐路面清扫车日常保养时选择此参数。