淺析排水瀝青路面混合料設計及施工要點

朱　健

(中國城市建設研究院有限公司福建分院　福建福州　350002)

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淺析排水瀝青路面混合料設計及施工要點

朱健

(中國城市建設研究院有限公司福建分院福建福州350002)

排水瀝青路面是海綿城市建設的關鍵組成之一。開級配骨架孔隙結構賦予其優(yōu)異的排水降噪優(yōu)勢的同時,也由此導致了一系列材料和施工問題。結合相關工程經(jīng)驗,文章從排水瀝青路面混合料設計和施工方面進行分析闡述,并提出相應建議。認為在進行配合比設計之前,首先要確定適宜的孔隙率;高粘改性瀝青60℃粘度應不小于100 000Pa·s,135℃粘度值不應大于5Pa·s;鑒于排水瀝青路面材料與結構功能特性,應尤其注意施工溫度、碾壓工藝和松鋪系數(shù)等方面。

排水瀝青路面；配合比設計；施工

0　引言

近年來,我國城市建設迅猛,城市道路約占城市面積的1/3～1/2,原有可提供自然下滲的土壤面積被硬質鋪裝層取代,導致了70%-80%的降雨被迫形成路面徑流,帶來城市內澇、水質污染等一系列問題[1]。

為解決上述問題,十三五規(guī)劃后我國各大城市開始了海綿城市建設研究的熱潮。海綿城市在下雨時吸水、蓄水、滲水、凈水,需要時再將蓄存的水“釋放”加以利用,像海綿一樣在適應環(huán)境變化和應對自然災害等方面具有良好的“彈性”[2]。而排水瀝青路面是海綿城市建設中最關鍵的環(huán)節(jié)之一,其采用開級配瀝青混凝土進行鋪筑,路面水可從面層孔隙垂直下滲,進入防水粘層后橫向流向路肩處的雨水收集系統(tǒng)排出路面。研究表明,改用排水瀝青路面可削減40%～90%徑流,比無收集措施時提高約10%,洪峰削減能力在20%～80%[3]。

多孔特性使得排水瀝青路面具有較好的排水降噪功能,但同時也產(chǎn)生一些不利影響。排水瀝青混合料由于采用開級配大粒徑集料,集料之間的石-石嵌擠行為,極易使得路面出現(xiàn)飛散開裂等問題。因此,排水瀝青混合料一般都采用高粘改性瀝青以增強集料間的粘結力,但同時也極易由于過高粘度,帶來施工過程中混合料拌合、攤鋪和碾壓等困難。因此,本文圍繞排水瀝青路面的配合比設計和施工過程中的關鍵技術要點進行闡述說明,為相關工程提供參考。

1　配合比設計

1.1原材料

排水瀝青混凝土為開級配骨架孔隙結構,且由于瀝青用量有限,因此瀝青與集料的粘結是其最薄弱的環(huán)節(jié),如石料含泥量過多將大幅影響其與瀝青的粘結,因此必須選用潔凈、堅硬、耐久的碎石,碎石技術指標如表1所示。膠結料要求選用高粘改性瀝青。60℃動力粘度作為評價多孔排水瀝青混合料高溫性能指標,被認為與飛散性能關系密切,要求60℃粘度指標≥100 000Pa·s；而瀝青混合料的施工和易性采用135℃粘度指標評價,考慮到高粘改性瀝青的高粘度特性,要求135℃粘度值≦5Pa·s。

表1　碎石技術指標

1.2孔隙率

在進行配合比設計之前,首先要確定道路適用的孔隙率。實踐過程中發(fā)現(xiàn),當多孔排水瀝青路面孔隙率越小時,越容易發(fā)生水損害,而孔隙率越大,對瀝青結合料的要求就越高,費用也就越貴。表2為各國對多孔排水瀝青路面孔隙率的要求。我國對多孔排水瀝青混合料目標孔隙率的規(guī)定,大多參考日本,在20%左右。

表2　各國對排水瀝青混合料孔隙率的要求[1]

1.3集料級配

混凝土的孔隙率主要由集料級配來控制,因此,多孔混凝土能否高效透水，主要取決于其粗集料級配是否合理。為獲得較大孔隙，粗集料用量應足夠使骨料形成相互嵌擠，如此便能構成骨料骨架,同時減少次一級的粗骨料避免過多填充骨架孔隙,同時細集料用量必須較少甚至可以不用,以確保足夠大的孔隙率。

不同國家依據(jù)其研究成果和需要,都給出了相應的級配范圍,見表3[4]。不同國家在2.36mm篩孔上有較大差別,美國級配較粗,細集料更少,中國(包括臺灣地區(qū))等國家級配較細,細集料較多。

表3　排水瀝青混合料推薦級配范圍[4]

注：*表示美國佐治亞州采用12.5mm篩孔,-表示不含該檔混合料

1.4最佳油石比

排水瀝青混合料要求較高孔隙率以保障透水效果,因此其瀝青用量較少以避免集料表面油膜過厚壓縮孔隙體積,而瀝青用量過少又將造成粗細集料離析或集料表面瀝青膜包裹不勻,最終導致集料間粘結強度不夠,路面投入使用后出現(xiàn)飛散、開裂等問題。

日本對開級配瀝青混凝土磨耗層的試驗研究表明,礦料表面的瀝青膜平均厚度為12～16mm時,可達到最佳油石比[5]。我國采用日本方法為主來確定油石比,先通過析漏、飛散試驗確定最佳油石比,然后通過馬歇爾試驗進行調整,最后通過路用性能進行驗證。

2　施工要點

2.1溫度控制

混合料溫度過高,易導致瀝青流淌,從而造成骨料間瀝青膜包裹不勻,而溫度過低則施工作業(yè)困難,所以施工溫度控制是否精確與瀝青混凝土路面施工的質量好壞休戚相關。

施工時必須嚴格控制拌和時間和拌和溫度。排水性瀝青混合料要求拌和時的溫度宜保持在170℃～185℃區(qū)間內,拌制時間應通過試拌確定,相比普通瀝青混合料,多孔排水瀝青混合料拌和時間延長了5s～15s。應避免出現(xiàn)拌合溫度過高,時間過長造成瀝青過度老化。

多孔排水瀝青混合料采用自卸車輛運輸,裝料過程中為防止粗細料的離析,應采取分堆卸載；運輸過程中為防止溫度下降,應采用雙重保溫布覆蓋保溫。為了保證現(xiàn)場攤鋪效果,要求運送到現(xiàn)場的混合料溫度不低于175℃(圖1)。

2.2碾壓工藝

密級配路面碾壓時關鍵在于是否達到足夠的壓實度；而依據(jù)排水瀝青路面結構(圖2)，在攤鋪壓實時要考慮面層的目標孔隙率。排水瀝青路面過度壓實時容易導致面層孔隙率與滲透系數(shù)偏小,達不到預期排水降噪功能,而壓實度不夠時骨料間的嵌擠力不足,路面容易飛散開裂,形成車轍,影響路面功能?？偨Y低噪聲排水瀝青路面現(xiàn)場施工和現(xiàn)場試驗,要求嚴格控制孔隙率,低噪聲排水瀝青路面初壓不允許采用振動壓路機,以防止孔隙率下降。

多孔排水瀝青混合料的壓實機械、溫度、速度、遍數(shù)需要通過試驗確定。多孔排水瀝青混合料采用小于12t的鋼筒式壓路機碾壓為宜(圖3),碾壓分為初壓、復壓、終壓。各個碾壓過程溫度要求不同,多孔排水瀝青混合料的壓實溫度普通瀝青混合料高,例如在初壓時要求此時混合料溫度不低于160℃。為了防止粗集料被壓碎,孔隙率下降,碾壓均采用靜壓,不得采用振動這類動態(tài)壓實方法。排水瀝青面層碾壓成型后,當路面溫度低于50℃,且路面達到一定強度后方可通車。

2.3松鋪系數(shù)

為了保證足夠的平整度,要求確定適合的松鋪系數(shù),而松鋪系數(shù)影響因素較多,數(shù)值極其不穩(wěn)定。當松鋪系數(shù)偏大時,此時鋪筑層偏厚,浪費材料費與人工費,并且壓實效果反而下降；當松鋪系數(shù)偏小時,此時鋪筑層厚度偏小,路面的承載能力不足,在該處易形成力學薄弱點,易發(fā)生早期疲勞破壞,最后導致路面使用年限減短。因此,如何控制或減少松鋪系數(shù)的影響因素,是瀝青混凝土路面施工的重要環(huán)節(jié)。松鋪系數(shù)與材料、厚度、攤鋪以及壓實工藝有關。

3　結論

排水瀝青路面的多孔特性在帶來良好的排水降噪功能的同時,也導致路面易飛散和施工過程中的拌合、攤鋪和碾壓等諸多困難。總結相關工程經(jīng)驗,認為主要應注意以下幾點。

(1)在進行配合比設計之前,首先要確定適宜的孔隙率；選用高粘改性瀝青時,要求60℃粘度指標≥100 000Pa·s,135℃粘度值≦5Pa·s；最佳油石比先通過析漏試驗和飛散試驗確定,然后通過馬歇爾試驗進行調整,最后由路用性能進行驗證。

(2)排水瀝青路面的施工工藝與普通熱拌瀝青混合料大致相同,但鑒于排水瀝青路面材料與結構功能上的特性,其在施工時尤其需要注意施工溫度、碾壓工藝和松鋪系數(shù)等方面。

[1]徐斌.排水瀝青路面理論與實踐[M].北京: 人民交通出版社,2011.

[2]車生泉,謝長坤,陳丹,等.海綿城市理論與技術發(fā)展沿革及構建途徑[J].中國園林,2015,31(6): 11- 15.

[3]張園,于冰沁,車生泉.綠色基礎設施和低沖擊開發(fā)的比較及融合[J].中國園林,2014,30(3): 49- 53.

[4]李闖民.開級配瀝青磨耗層(OGFC)的研究[J].公路,2012,57(03): 71- 74.

[5]沈金安.開級配多孔隙排水型瀝青路面[J].中外公路: 長沙,1994,14(06): 15- 20.

Introduction of the key points of drainage asphalt mixture design and construction

ZHUJian

(China Urban Construction Design & Research Institute Co., Ltd. Fujian Branch，F(xiàn)uzhou 350002)

Drainage asphalt pavement is one of the key components of The Sponge City.Owing to the open graded skeleton,it shows great noise reduction and unique drainage properties.However,it also brings about many problems in materials and construction.Combined with the related engineering experience,the mixture design and construction of drainage asphalt concrete were introduced in this paper and the corresponding suggestions were also put forward.Firstly,the appropriate asphalt concrete porosity should be determined before the gradation design,the 60 ℃ dynamic viscosity of the high-viscous asphalt should be higher than 100000Pa·s,and the 135 ℃ viscosity should be not higher than 5 Pa·s.Secondly,due to the characteristics of the drainage asphalt pavement in materials and structural function,it should be paid attention to the construction temperature,rolling technology,and the loose coefficient,especially.

Drainage asphalt pavement; Mixture design; Construction

朱健(1979.10-)，男，工程師。

E-mail:3438526195@qq.com

2016-05-04

U41

A

1004-6135(2016)06-0096-03