LSPM最佳瀝青用量的確定方法探討*

毛國(guó)軍　張　英　李國(guó)芳　劉昌清　孟君遲

(1.荊州市恒通公路橋梁有限責(zé)任公司　荊州　434000；　2.武漢工程大學(xué)交通研究中心　武漢　430073)

LSPM最佳瀝青用量的確定方法探討*

毛國(guó)軍1張英1李國(guó)芳1劉昌清1孟君遲2

(1.荊州市恒通公路橋梁有限責(zé)任公司荊州434000；2.武漢工程大學(xué)交通研究中心武漢430073)

摘要考慮瀝青被集料吸收的比例，提出了以瀝青膜有效厚度和集料比表面積初定瀝青用量的計(jì)算方法。在此基礎(chǔ)上，建立了綜合考慮瀝青膜有效厚度、大型馬歇爾試件體積指標(biāo)，以及析漏和飛散質(zhì)量損失等因素確定LSPM最佳瀝青用量的方法。

關(guān)鍵詞大粒徑透水性瀝青混合料(LSPM)最佳瀝青用量瀝青膜厚度飛散試驗(yàn)析漏試驗(yàn)

大粒徑透水性瀝青混合料(largestoneporousasphaltmixes，LSPM)是指混合料公稱粒徑大于26.5mm，運(yùn)用粗集料嵌擠和細(xì)集料填充為基礎(chǔ)的級(jí)配設(shè)計(jì)方法，采用高粘度且高溫性能良好的瀝青膠結(jié)料，形成空隙率介于13%～18%的單粒徑骨架嵌擠空隙連通型瀝青混合料。在路面結(jié)構(gòu)中，LSPM能起到抑制反射裂縫擴(kuò)展、完善結(jié)構(gòu)內(nèi)部排水的的作用[1]。LSPM是一種新型的瀝青混合料，與傳統(tǒng)的瀝青混合料不相同，常規(guī)的馬歇爾試驗(yàn)方法難以完全確定其最佳瀝青用量。目前，國(guó)內(nèi)外確定混合料瀝青用量時(shí)，多未考慮集料對(duì)瀝青的吸收量，確定的瀝青用量并不是使混合料性能達(dá)到最佳的瀝青用量。筆者考慮瀝青被集料吸收的比例，提出了以瀝青膜有效厚度和集料比表面積初步確定瀝青用量的計(jì)算方法，并綜合馬歇爾試件體積指標(biāo)、析漏與飛散試驗(yàn)來確定LSPM最佳瀝青用量，使混合料具有最佳的綜合性能[2]。

3　結(jié)論

廢膠粉改性瀝青中的膠團(tuán)與廢胎膠粉表面的界面層通過界面過渡層緊緊地結(jié)合為一體。在膠粉表面結(jié)合處(節(jié)點(diǎn))，膠團(tuán)填補(bǔ)了廢胎膠粉的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而形成了廢胎膠粉和瀝青連續(xù)或相互交錯(cuò)的三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高了廢膠粉瀝青結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；廢胎膠粉的脫硫和解聚、瀝青膠體結(jié)構(gòu)的變化、橡膠顆粒中的硫、炭黑、氧化硅、氧化鐵等活性物質(zhì)進(jìn)入瀝青膠體體系這一系列化學(xué)反應(yīng)，在改善瀝青溫度敏感性、低溫性能及耐老化性能方面發(fā)揮了重要作用。

通過對(duì)廢膠粉改性瀝青3大性能指標(biāo)對(duì)比試驗(yàn)，可以看出廢膠粉改性瀝青對(duì)改善瀝青延度指標(biāo)有明顯效果，對(duì)其他2項(xiàng)指標(biāo)有一定的改善作用，當(dāng)廢膠粉摻量在15%左右時(shí)，改善效果最佳。

參考文獻(xiàn)

[1]吳春穎,于明明,劉開瓊.橡膠瀝青再生舊瀝青路面技術(shù)應(yīng)用研究[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2015(1):64-67，77.

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[4]范春華,涂娟,楊漢文,等.廢輪胎胎面膠粉改性瀝青性能研究[J].交通科技,2011(5):80-82.

1　初定瀝青用量

LSPM空隙較大，且需要承受較大的交通荷載，因此應(yīng)采用高粘度改性瀝青。本試驗(yàn)采用SBS類(I-D)改性瀝青，能較好地滿足設(shè)計(jì)要求。大空隙排水性瀝青混合料的瀝青膜厚度通常為12～16μm，考慮到有效瀝青含量及瀝青結(jié)合料被集料吸收的比例，應(yīng)選擇最小瀝青膜有效厚度DA為10μm。由瀝青膜有效厚度和集料比表面積初定瀝青用量的步驟如下。

(1) 計(jì)算礦料的合成毛體積相對(duì)密度dsb和合成表觀相對(duì)密度dsa。本試驗(yàn)計(jì)算合成毛體積相對(duì)密度時(shí)，石屑(0～5mm)用篩出的2.36～4.75mm部分的毛體積相對(duì)密度代替，礦粉采用表觀相對(duì)密度。

(2) 由合成材料的吸水率wx(%)計(jì)算瀝青吸收系數(shù)C。

(1)

(2)

(3) 計(jì)算合成礦料的有效相對(duì)密度dse。對(duì)改性瀝青及SMA等難分散的混合料，有效相對(duì)密度宜直接由礦料的合成毛體積相對(duì)密度與合成表觀相對(duì)密度計(jì)算確定，見式(3)。

(3)

(4) 計(jì)算瀝青結(jié)合料被礦料吸收的比例Pba(%)。

(4)

式中：db為25 ℃瀝青的相對(duì)密度，即db=ρb/0.997 1。

(5) 計(jì)算集料的比表面積SA(m2/kg)。

(5)

(6) 由瀝青膜有效厚度DA、集料比表面積SA、瀝青被礦料吸收的比例Pba等參數(shù)綜合確定瀝青用量Pb(%)。

(6)

(7)

式中：Pbe為有效瀝青含量，%；Ps為各種礦料占瀝青混合料總質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和，%，即Ps=100-Pb；ρb為瀝青25 ℃的密度，g/cm3。

由式(6)，(7)即可確定在該瀝青膜有效厚度下的瀝青含量。

(8)

由以上計(jì)算可得，最小瀝青膜有效厚度為10μm時(shí)，瀝青為2.82%。為了保證混合料的水穩(wěn)定性和耐久性，需要有較厚的瀝青膜。因此選擇2.9%,3.4%和3.9% 3個(gè)瀝青用量對(duì)混合料進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)、析漏試驗(yàn)及飛散試驗(yàn)。

2　確定最佳瀝青用量

馬歇爾試驗(yàn)采用的試件尺寸為直徑×高度=152.4mm×95.3mm，雙面各擊實(shí)112次[3]。制作試件時(shí)瀝青加熱溫度為165 ℃，礦料加熱溫度為185 ℃，混合料拌和溫度為165 ℃，擊實(shí)成型溫度為150～160 ℃[4]。試件脫模后，測(cè)量計(jì)算體積指標(biāo)，其中試件毛體積相對(duì)密度采用真空密封法(CoreLok)測(cè)定；混合料理論最大相對(duì)密度采用計(jì)算法。在上述3種瀝青用量下，LSPM各體積指標(biāo)見表1，瀝青膜有效厚度見表2。

表1　3種瀝青用量下各體積指標(biāo)

表2　3種瀝青用量下瀝青膜厚度與瀝青膜有效厚度

再對(duì)LSPM進(jìn)行析漏試驗(yàn)和飛散試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3　3種瀝青用量下析漏試驗(yàn)與飛散試驗(yàn)結(jié)果

為直觀起見，將上述參數(shù)與瀝青用量的關(guān)系圖進(jìn)行匯總，見圖1。

圖1　LSPM最佳瀝青用量分析圖

綜合以上各指標(biāo)，合適的瀝青用量范圍為3.1%～3.5%。考慮到在滿足析漏損失前提下應(yīng)適當(dāng)加大瀝青膜厚度，本試驗(yàn)最終確定LSPM的最佳瀝青用量為3.4%[5]。通過高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性、滲透性、抗疲勞性能等試驗(yàn)驗(yàn)證，各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTGE20-2011)要求。

3　結(jié)語

LSPM性能試驗(yàn)表明，綜合考慮有效瀝青膜厚度、馬歇爾試件體積指標(biāo)、析漏及飛散質(zhì)量損失等確定LSPM最佳瀝青用量的方法是合理合適的，按此方法確定瀝青用量，LSPM能達(dá)到綜合最佳的性能狀態(tài)。為保證LSPM的水穩(wěn)定性能和耐久性能，在滿足析漏損失的前提下，應(yīng)盡量選擇較大的瀝青膜厚度。

[1]房建果.大粒徑透水性瀝青混合料組成設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究[D]. 上海：同濟(jì)大學(xué),2006.

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收稿日期：2015-03-23

ResearchonAsphalt'sOptimumVolumeofLargeStonePorousAsphaltMixes

Mao Guojun1，ZhangYing1，LiGuofang1，LiuChangqing1，MengJunchi2

(1.JingzhouHengtongRoadandBridgeCorporation,Jingzhou434000,China;

2.TransportationResearchCenter,WuhanInstituteofTechnology,Wuhan430073,China)

Abstract：Considering the proportion of asphalt absorbed by the aggregate, a calculation method based on bitumen membrane effective thickness and specific surface area of aggregate was figured out to determine the initial amount of asphalt. On this basis, a comprehensive consideration of asphalt film effective thickness, large Marshall specimen volume index, "oil stain" and "scatter" factor was established to determine the LSPM's optimum asphalt content.

Key words:LSPM (large stone porous asphalt mixes); optimum of asphalt; asphalt membrane thickness; scatter ; oil stain

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.04.036

*湖北省公路管理局科技項(xiàng)目 (鄂路計(jì)[2012]265號(hào))資助