大空隙瀝青混合料最佳瀝青用量確定★

朱 琪 易 文 劉 威 張治強(qiáng) 譚 利

(中南林業(yè)科技大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院，湖南 長沙 410004)

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大空隙瀝青混合料最佳瀝青用量確定★

朱 琪 易 文 劉 威 張治強(qiáng) 譚 利

(中南林業(yè)科技大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院，湖南 長沙 410004)

以集料表面積和瀝青膜厚度預(yù)估了排水式大空隙瀝青混合料(OGFC)的瀝青用量，根據(jù)肯塔堡飛散試驗(yàn)、謝倫堡析漏試驗(yàn)，分析了集料間的粘結(jié)力，并結(jié)合馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果確定了最佳瀝青用量，有利于提高OGFC瀝青路面的耐久性。

OGFC，瀝青用量，級配設(shè)計，馬歇爾試驗(yàn)

1 概述

OGFC作為路面的表層材料，往往表面構(gòu)造深度大，粗集料外露，孔隙中經(jīng)常充滿了水，在交通荷載的反復(fù)作用下，若瀝青用量過少，則會因?yàn)榧吓c瀝青的粘結(jié)力不足而影響路面的耐久性。若混合料瀝青用量過多，容易產(chǎn)生析漏、高溫車轍、泛油等病害，影響路面的高溫穩(wěn)定性。在瀝青路面設(shè)計中，空隙率和瀝青用量是非常重要的兩大指標(biāo)。因此采取合理的方法來確定瀝青用量是大空隙防滑降噪瀝青混合料的關(guān)鍵。目前，最佳瀝青用量的確定方法有很多種，我國最常用的方法是馬歇爾試驗(yàn)方法。

本文以長沙S103(瀏陽段)1 km防滑降噪瀝青路面試驗(yàn)段實(shí)體工程為依托，通過室內(nèi)試驗(yàn)，利用飛散、析漏試驗(yàn)和馬歇爾試驗(yàn)來確定最佳瀝青用量，對促進(jìn)防滑降噪瀝青路面在南方地區(qū)推廣以及對于OGFC瀝青路面耐久性不足和空隙閉塞等問題的后續(xù)研究具有非常重要的意義。

2 材料及級配設(shè)計

2.1 主要材料及技術(shù)性質(zhì)

1)瀝青。

本試驗(yàn)采用瀝青為中國石化東海牌高粘改性瀝青，對該瀝青進(jìn)行了針入度、軟化點(diǎn)、延度三項(xiàng)試驗(yàn)，結(jié)果見表1。

2)集料。

集料采用江西與瀏陽交界處的石料廠提供的0 mm～2.36 mm，2.36 mm～4.75 mm，4.75 mm～9.5 mm，9.5 mm～13.2 mm四檔輝綠巖集料，四種規(guī)格集料的技術(shù)性質(zhì)見表2。

2.2 級配設(shè)計

表1 所選瀝青的技術(shù)要求和檢測結(jié)果

表2 集料技術(shù)性質(zhì)

初擬目標(biāo)級配見表3。

表3 初擬目標(biāo)級配

3 初始瀝青用量預(yù)估

根據(jù)集料表面積和瀝青膜厚度確定初擬目標(biāo)級配的初始瀝青用量，通常情況下，OGFC的瀝青膜厚度h宜為14 μm。

A=(2+∑ai)/48.74

(1)

Pb=h×A

(2)

其中，A為集料總的表面積；ai為篩孔對應(yīng)計算系數(shù)；Pb為預(yù)估瀝青用量。OGFC集料比表面積計算參數(shù)見表4。

表4 OGFC集料比表面積計算參數(shù)

根據(jù)表4計算參數(shù)及式(1)，式(2)可得OGFC混合料設(shè)計級配預(yù)估瀝青用量為4.98%。

4 肯塔堡飛散試驗(yàn)、謝倫堡析漏試驗(yàn)確定瀝青用量

肯塔堡飛散試驗(yàn)用以確定在交通荷載作用下，路面集料不至脫落而散失的最少瀝青用量。謝倫堡析漏試驗(yàn)用來確定瀝青結(jié)合料在高溫狀態(tài)下從瀝青混合料中析出多余的自由瀝青數(shù)量，從而確定最大的瀝青使用量。謝倫堡析漏試驗(yàn)與肯塔堡飛散試驗(yàn)相結(jié)合可以得出一個合理的瀝青用量范圍。原則上以析漏損失—瀝青用量關(guān)系曲線上對應(yīng)于拐點(diǎn)處的瀝青用量(即最大瀝青用量)作為排水性瀝青混合料的最佳瀝青用量,然后通過性能試驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)。

試驗(yàn)路段瀝青膠結(jié)料為東海牌高粘瀝青，目標(biāo)級配初試油石比為5.0%，故選擇4.0%，4.5%，5.0%，5.5%，6.0%五組油石比對混合料進(jìn)行飛散、析漏(燒杯法)試驗(yàn)，結(jié)果見表5，飛散、析漏損失與油石比關(guān)系曲線見圖1。

表5 飛散及析漏損失試驗(yàn)結(jié)果 %

由圖1可知，瀝青的析漏量隨著瀝青用量的增大而逐漸增大，當(dāng)超過某臨界點(diǎn)時，瀝青的析漏損失突然增大，表明該拐點(diǎn)處所設(shè)計的混合料自由瀝青含量明顯增加，析漏損失曲線的拐點(diǎn)處相應(yīng)的瀝青用量為5.2%，對應(yīng)析漏量上限0.3%的瀝青用量為4.67%。

《公路工程瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》規(guī)定析漏損失的平均值應(yīng)小于0.3%，由圖1可知，若析漏損失要小于0.3%，則油石比要小于4.6%，那么其對應(yīng)的飛散損失將會增加，結(jié)合以往工程的經(jīng)驗(yàn)，該油石比不利于混合料的耐久性能。并且一些學(xué)者通過試驗(yàn)研究也提出現(xiàn)行的規(guī)范要求析漏損失小于0.3%是不合理的，排水瀝青混合料的析漏損失控制標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)小于0.8%。經(jīng)過室內(nèi)試驗(yàn)驗(yàn)證，為防止析漏損失過大，導(dǎo)致路面出現(xiàn)泛油，析漏損失控制指標(biāo)要求小于0.5%。

5 瀝青用量馬歇爾試驗(yàn)驗(yàn)證

馬歇爾試驗(yàn)是國內(nèi)常用的一種確定密級配瀝青混合料最佳油石比的試驗(yàn)方法，但是密級配瀝青混合料與排水性大空隙瀝青混合料在級配組成上差別較大，所以不能直接根據(jù)馬歇爾試驗(yàn)來確定排水性大空隙瀝青混合料的最佳瀝青用量。在本試驗(yàn)過程中，將馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果作為確定最佳瀝青用量的一個參考。馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果見表6，根據(jù)表6繪出毛體積密度、空隙率、飽和度、穩(wěn)定度與油石比的關(guān)系圖，見圖2。

表6 馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

油石比/%毛體積密度/g·cm-3空隙率/%飽和度/%穩(wěn)定度/kN流值/mm4.02.11522.316.211.23.364.52.14220.918.913.53.685.02.15119.820.814.43.745.52.15218.823.414.24.236.02.15018.124.713.84.42

由圖2可知，綜合考慮馬歇爾穩(wěn)定度、空隙率、飽和度以及毛體積密度與油石比的關(guān)系，滿足要求的瀝青油石比范圍為4.5%～5.5%。由表5和表6可知取飛散、析漏損失及馬歇爾穩(wěn)定度共同范圍的瀝青油石比為4.7%～5.3%。為了增強(qiáng)瀝青與集料之間的粘附力，盡可能趨近瀝青用量范圍的上限來確定最佳瀝青用量。因此初定最佳油石比為5.0%，所對應(yīng)的最佳瀝青用量為4.8%。

6 結(jié)語

試驗(yàn)根據(jù)空隙率與2.36 mm篩孔通過率的關(guān)系確定了初擬目標(biāo)級配，結(jié)合謝倫堡析漏試驗(yàn)、肯塔堡飛散和馬歇爾試驗(yàn)確定最佳瀝青用量為4.8%，并且提出析漏損失控制指標(biāo)要求小于0.5%的標(biāo)準(zhǔn)。

[1] JTJ F40—2004，公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2] 楊 軍,郭 勇,尹朝恩，等.排水性瀝青混合料析漏損失控制標(biāo)準(zhǔn)[J].交通運(yùn)輸工程學(xué)報，2007(5):33-36.

[3] 王曉磊,肖 維.瀝青混合料最佳油石比確定方法試驗(yàn)研究[J].中南公路工程,2007,32(1):74-77.

[4] 嚴(yán) 軍,葉 奮,王小生，等.排水面層瀝青混合料組成設(shè)計的研究[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報,2003,31(3):300-302.

On identification of optimal asphalt content of spacing asphalt mixture★

Zhu Qi Yi Wen Liu Wei Zhang Zhiqiang Tan Li

(CollegeofCivilEngineeringandMechanics,SouthCentralForestryScienceandTechnologyUniversity,Changsha410004,China)

The paper estimates the asphalt volume from the aggregated surface area and asphalt film thickness for the drainage spacing asphalt mixture, analyzes the adhesion stress according to Cantabro stripping test and Schellenberg drain-down test, and identifies the optimal asphalt content by combining with Marshall test, so as to improve the durability of OGFC asphalt roadbed.

OGFC, asphalt dosage, grading design, Marshall test

1009-6825(2016)24-0115-03

2016-06-14★:土木工程應(yīng)用技術(shù)湖南省研究生創(chuàng)新基地資助項(xiàng)目

朱 琪(1993- )，女，在讀碩士

U214.75

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