排水瀝青路面空隙率較大，路表結構層內部有相互連通的空隙，使路表降水不僅能從路表水平向排走，還能將滲入的雨水直接通過該層橫向連通空隙排走，因而具有良好的排水能力，改善雨天路面的抗滑能力，提高行車安全性。盡管各國均提出了不同的排水瀝青混合料配合比設計方法，但現有的設計方法中還存在一些不足，其中最突出的問題是礦料組成設計沒有統一的設計指標。排水瀝青混合料粗集料多，細集料少，是典型的開級配骨架空隙結構，其設計空隙率主要依靠粗集料的級配組成實現。目前的級配設計方法主要適用于密級配或骨架密實結構，而排水瀝青混合料與普通密級配瀝青混合料的結構組成與強度形成原理不同，所用的結合料種類及用量、集料性質與級配等方面也存在差異，因此針對普通瀝青混合料的一些材料技術指標可能并不適用于排水瀝青混合料。

在排水瀝青混合料的配合比設計中，最主要的技術是各檔粒徑粗集料之間的組成設計，只有當粗、細集料本身都具有合理的組成結構，同時取得合理搭配時，才能形成嵌擠穩定的礦料骨架結構和理想的空隙率，既滿足混合料理想性能的要求，同時又滿足結構的排水需要，其設計原理與粗骨料空隙填空法(CAVF)的設計理念非常符合。基于此，本文根據排水瀝青混合料的結構特點，把粗骨料空隙填充法(CAVF)設計方法引入到排水瀝青混合料的組成設計當中，以便更好地協調排水瀝青混合料的耐久性與排水性之間的矛盾。

粗骨料空隙填空法(CAVF)是張肖寧教授于20世紀90年代提出的，其設計思路是實測主骨架礦料的空隙率，計算其空隙體積，使細集料體積、瀝青體積、礦粉體積及瀝青混合料最終設計空隙體積之總和等于主骨架空隙體積，從而確定細集料用量與瀝青用量，也即細集料和瀝青所組成的膠漿是作為填充料以填充主骨架的空隙，因此不會發生膠漿干涉。為了避免集料的干涉，細集料顆粒不能太大，相對連續級配用量較少。按此方法設計的瀝青混合料，既保證了骨料的充分嵌擠，又使瀝青膠漿充分填充了主骨架間隙，把嵌擠原則和填充原則有機地結合起來，從而全面提高瀝青混合料的性能。

隨后為考慮混合料的礦料間隙率VMA及集料吸收瀝青對混合料性能的影響，葛折圣對CAVF法進行改進，引用干涉系數α=1.0～1.2來表示對粗骨料骨架的干涉程度，提出了新的粗集料骨架形成標準VCAmix≤αVCAmin。本文按改進的CAVF法進行設計。

瀝青采用高黏度改性瀝青。集料采用閃長巖，礦粉為普通石灰巖礦粉，各項指標均符合高等級道路石料技術指標要求。

考慮到排水性路面厚度的問題，混合料的最大粒徑為13.2。已有研究表明:粗骨料的含量對空隙率影響最顯著，粗集料含量每增加5%空隙率約增大3%，其次是4.75～9.5mm粒徑的粗集料含量，當4.75mm篩孔通過率等于或小于15%時，瀝青混合料中的集料存在石與石間的接觸，這能提高瀝青混合料中的連通空隙率。2.36mm篩孔是影響排水瀝青混合料空隙率的關鍵因素，排水瀝青混合料的空隙率和連通空隙率隨著2.36mm篩孔通過率的增加而降低，當設計空隙率為20%～22%時，2.36mm的通過率為12%～15.4%，考慮到粉塵的堵塞，盡量取上限值。空隙分布的均勻性受粗集料分配比例的影響，當4.75～9.5mm的集料含量較多并且合適時，形成的空隙尺寸較小但數量較多，細集料可以均勻地填充在這些較小的空隙中，使空隙和集料都能比較均勻地分布，這有利于黏聚力和嵌擠力的形成。據此，本研究選取目標空隙率為22%，設計3組不同的級配，其中2.36mm通過率分別為11%，13%和15.5%。初試瀝青用量4%。根據參考文獻初步擬定集料加熱溫度為190℃，瀝青加熱溫度170℃，制作馬歇爾試件的拌和溫度為175℃，干涉系數α=1.1。

可知，級配1的空隙率最接近目標空隙率，因此本文選取級配1進行研究，其中粗細集料含量分別為86%與10%，礦粉含量4%。最佳油石比以析漏試驗確定的瀝青混合料不致產生流淌的瀝青用量作為上限，以飛散試驗檢驗瀝青混合料在通車后粒料不致松散、脫落、飛散時的瀝青用量為下限，結合馬歇爾試驗結果確定最佳瀝青含量，擬定3.6%，4%，4.4%，4.8%和5.2%共5組油石比進行試驗。

試驗過程中發現，油石比為3.6%時，集料表面比較干燥，在成型馬歇爾試件時，混合料基本能全部裝入馬歇爾試模中，粘在攪拌鍋上的混合料極少。隨著油石比的增大，集料表面變得越來越濕潤，當油石比超過4.4%時，攪拌完成后鍋底可以明顯觀察到流動狀的膠漿，這時成型馬歇爾試件也變得很困難，盡管非常仔細還是無法將攪拌鍋中的集料全部裝入馬歇爾試模中，總有一些流動狀的膠漿粘在攪拌鍋中，這將對試驗結果造成一定的影響。

由上述試驗結果可知，滿足析漏損失的油石比為3.7%～4.8%，滿足分散損失的油石比為4%～5.2%，5組油石比下的混合料馬歇爾穩定度均滿足規范要求。因此根據試驗過程中觀察到的現象及最終的試驗結果，最終確定最佳油石比為4.1%。

拌和與壓實溫度是控制排水瀝青混合料配合比設計結果的重要因素，直接影響排水瀝青混合料的路用性能。目前，對于排水瀝青混合料所用的高黏改性瀝青，其拌和溫度尚無較好的確定方法，絕大多數都是依靠經驗確定的。客觀上來說，瀝青應該既能夠在合理的拌和溫度下提供足夠的潤滑，易于包裹集料，又能在合適的壓實溫度下提供足夠的膠結作用，容易密實成型，獲得最佳的壓實效果，在此同時又不會對瀝青的性能產生不利影響。基于此，本文通過混合料擊實試驗，探討確定排水瀝青混合料拌和溫度的合理方法，在不同的拌和與壓實溫度下成型馬歇爾試件，用體積法測定馬歇爾試件的毛體積相對密度，以壓實試件達到最大毛體積相對密度時的溫度作為最佳壓實溫度。

本文研究中取集料的加熱溫度為190℃，瀝青加熱溫度為170℃，取170，175，180，185℃和190℃共5種不同的拌和溫度拌和混合料，分別在160，165，170，175℃和180℃共5種溫度下壓實成型馬歇爾試件，試驗中除拌和與壓實溫度不同，其他所有的變量都保持不變。測定試件的毛體積相對密度與空隙率。

可知，毛體積相對密度并未隨著壓實溫度的增加而單調遞增，在其關系圖中存在一峰值，在某一溫度前，毛體積相對密度隨壓實溫度的增大而增大，在一定溫度下，毛體積相對密度達到峰值，然后隨著壓實溫度的增大而減少。高黏改性瀝青黏度隨溫度改變的特征是引起這種現象的原因。隨著溫度的增大改性瀝青的黏度逐漸減少，達到某一特定溫度后，變化速率會逐漸降低，最終趨于平緩。

影響瀝青混合料壓實效果的主要因素是瀝青結合料的黏結作用與潤滑作用。黏結作用使瀝青混合料不會發生松散而易于成型，潤滑作用可減少集料顆粒間的摩擦作用而使集料顆粒易于移動。在某一溫度前，瀝青結合料表現出較好的黏結作用與潤滑作用，這時集料之間的摩擦力較小，同時又具有較好的黏結作用，使瀝青混合料能達到較高的密實度。但是當溫度增加到一定的程度后，瀝青黏度隨溫度增大而減少的幅度很小，潤滑作用基本無變化，而另一方面，因為溫度過高，瀝青膠漿黏度下降過大，流淌損失，最終導致了壓實成型時不容易壓實，因而密度下降。

綜合上述分析表明:采用最大毛體積相對密度對應的壓實溫度作為最佳壓實溫度是合理的。圖3中最大毛體積相對密度對應的壓實溫度為170℃，對應拌和溫度180℃，因此確定本文研究的排水瀝青混合料的拌和溫度為180℃，壓實溫度為170℃。下文研究中的瀝青混合料都是在此溫度下成型的。

進行各種使用性能的檢驗以判別配合比設計是否合適，不符合要求的還需重新進行配合比設計，直到滿足要求為止。本文設計的排水瀝青混合料主要應用范圍為華南地區，華南地區高溫多雨，夏季炎熱，冬季溫暖，夏季高溫天氣持續時間長，極端最高氣溫達42℃，路面內部極端高溫可達70℃，最冷月份為1月，平均氣溫約10℃。因此本文研究對排水瀝青混合料的性能評價主要針對水穩定性、高溫穩定性、滲水性。

水損害是我國瀝青路面主要的早期損壞形式之一，排水性瀝青路面的主要功能是排水，通常修建在降雨量較多的地方，其路表雨水不僅通過路表排走，還通過混合料內部的連通空隙從結構內部橫向排走。相比于其他路面，排水性瀝青路面受環境影響更嚴重，受水侵蝕的可能性也更大，因此水穩定性是排水瀝青混合料設計的一個非常重要的指標。

目前我國規范主要采用浸水馬歇爾試驗與凍融劈裂試驗檢驗瀝青混合料的水穩定性，但實踐證明，一般情況下瀝青混合料的浸水馬歇爾試驗殘留穩定度都能達到規范標準的要求，為此新版規范又提出了真空飽水馬歇爾試驗。該方法讓試件先經真空飽水后再在60℃的恒溫水槽中浸水48h，由于該試驗中的試件先浸入冷水且浸的水量較多，故浸入熱水后膨脹嚴重，穩定度損失較大，更能反映瀝青混合料抗水侵蝕的穩定性。因此本文進行浸水馬歇爾試驗、真空飽水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗檢驗排水瀝青混合料的水穩定性。

試驗結果可知，3個評價指標均達到了90%以上，說明該設計混合料具有很好的水穩定性，這主要是因為采用了高黏改性瀝青。另外，在試驗過程中發現，有個別試件浸水48h后的穩定度反而比浸水0.5h的試件大;飽水后試件的殘留穩定度與凍融劈裂強度下降不明顯。究其原因:第一，由于高黏改性瀝青的強度高，浸水、飽水與凍融的破壞作用與瀝青的高強度比較起來微不足道;第二，排水瀝青混合料空隙率大且連通空隙率高，空隙率無法飽水，因此進行真空飽水產生的效果不明顯。

針對華南地區的氣溫特點，本文除進行規范規定的60℃標準車轍試驗外，還采用了70℃車轍試驗進行對比研究，試驗車輪每分鐘往返行駛42次，輪壓0.7MPa，試件尺寸300mm×300mm×50mm。

可知，排水瀝青混合料的高溫穩定性滿足規范要求，動穩定度隨溫度的增大而明顯下降，70℃的動穩定度下降為60℃動穩定度的53.4%，60min的變形量是60℃時的2.34倍，由此可知高溫對瀝青路面車轍形成的貢獻非常大。華南地區氣溫高，應把高溫穩定性作為一個非常重要的設計指標。盡管溫度從60℃升高到70℃時動穩定度下降量較大，但是瀝青混合料在70℃下仍然表現出較好的高溫穩定性，動穩定度達到3913次/mm，這與排水瀝青混合料具有良好的骨架嵌擠結構，使用的改性瀝青黏度高有關。

排水瀝青混合料的主要功能是排水性，其功能的發揮與排水瀝青混合料的滲水性密切相關，通常用滲透系數來衡量瀝青混合料的滲水能力。目前國內外測量滲透系數的方法主要有常水頭和變水頭方法。變水頭方法適用于測量滲透性差、流量小的材料，滲透系數通常小于0.01cm/s;常水頭方法適用于測量滲透系數較大的材料，滲透系數通常大于0.1cm/s。排水瀝青混合料是典型的多孔介質，滲透能力較強，因此本研究選取常水頭法測定，參照文獻的方法，直接使用不脫模的標準馬歇爾試件進行滲透系數測試。

可知，混合料的連通空隙率較高，滲透系數大，說明排水瀝青混合料具有較強的滲水能力，能及時排除一定量的路表積水，在多雨地區修建排水性路面可以明顯地改善行車條件，提高行車安全性。

以鋪砂法測量的構造深度和擺式摩擦儀測量的擺值來評價排水瀝青混合料的抗滑性。

可知，排水瀝青混合料的構造深度與摩擦系數都遠遠超過規范要求，說明設計的排水瀝青混合料具有良好的宏觀表面特性，抗滑能力強。

綜合上面的分析可知，設計的排水瀝青混合料各項性能指標均遠遠超過規范要求，表現出良好的綜合性能，從另外一個角度來說，這也證明了采用CAVF設計方法設計骨架嵌擠結構瀝青混合料的優越性。

結論

為更好地協調排水瀝青混合料的耐久性與排水性之間的矛盾，對現有的設計方法與級配進行改進與完善，把粗骨料空隙填充法(CAVF)設計方法引入到排水瀝青混合料的組成設計當中，主要得到以下結論:

(1)針對目前主要依靠經驗確定排水瀝青混合料拌和與壓實溫度的現狀，提出以壓實試件達到最大毛體積相對密度時的溫度作為最佳壓實溫度，試驗表明以此方法確定的壓實溫度是合理的。

(2)采用CAVF法對排水瀝青混合料進行設計，設計的排水瀝青混合料的水穩定性、高溫穩定性、滲水性與抗滑性能均遠遠超過規范要求，即使在70℃的高溫條件下也能表現出良好的穩定性，證明了采用CAVF設計方法設計骨架嵌擠結構瀝青混合料的優越性。該方法也為排水瀝青混合料的設計提供了一種新的思路。