半柔性路面基體瀝青混合料級配設(shè)計(jì)方法研究

彭 霞 梁遐意

(1.廣東能達(dá)高等級公路維護(hù)有限公司，廣東 廣州 510030； 2.北京艾施姆科技有限公司，北京 100005)

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半柔性路面基體瀝青混合料級配設(shè)計(jì)方法研究

彭 霞1梁遐意2

(1.廣東能達(dá)高等級公路維護(hù)有限公司，廣東 廣州 510030； 2.北京艾施姆科技有限公司，北京 100005)

結(jié)合分級摻配法和CAVF主骨料空隙填充法，根據(jù)基體混合料的目標(biāo)孔隙率要求，確定了每檔集料的比例，精確設(shè)計(jì)了基體混合料的級配，經(jīng)試驗(yàn)表明，根據(jù)設(shè)計(jì)級配制作的基體瀝青混合料的各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足要求。

半柔性路面，級配設(shè)計(jì)，分級摻配法，CAVF法

0 引言

半柔性路面是指在使用開級配的瀝青混合料大孔隙基體路面中，填充灌入滿足一定性能的水泥基砂漿而后形成的一種新型復(fù)合式路面材料。這種路面材料具備瀝青路面與水泥混凝土路面的雙重優(yōu)勢，其高溫性能和低溫性能都優(yōu)于普通瀝青混合料，而且具有抗滑、抗疲勞和景觀裝飾等功能，是一種性能優(yōu)異的路面材料。

半柔性路面是骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)，為保證水泥基砂漿的充分灌入，其基體材料采用骨架空隙結(jié)構(gòu)，較大的空隙率和足夠的連通空隙能夠保證水泥膠漿灌入和填充，而這也是影響半柔性路面材料性能的重要因素。

早在20世紀(jì)法國、日本等國家對半柔性路面進(jìn)行了較為深入的研究并申請了相關(guān)的專利，且在半柔性路面材料方面發(fā)表了多篇論文和報(bào)告，并制定了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對半柔性路面材料進(jìn)行應(yīng)用推廣。我國對半柔性路面材料的研究起步較晚，目前研究主要基體混合料配合比設(shè)計(jì)和灌漿材料方面。如俞增煌采用正交試驗(yàn)分析方法，研究基體瀝青混合料的配比，并從微觀角度分析了半柔性路面材料的強(qiáng)度機(jī)理。郝培文等研究在普通水泥膠漿中摻入聚合物樹脂，可明顯改善半柔性路面混合料的低溫抗裂性和水穩(wěn)定性。

文章擬結(jié)合分級摻配法和CAVF主骨料空隙填充法提出一種新的半柔性路面基體混合料的配合比設(shè)計(jì)方法，以期對半柔性路面材料的研究提供參考。

1 原材料介紹

集料采用廣東省惠州市生產(chǎn)的凝灰?guī)r石料，對石料進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)檢測后，其性質(zhì)檢測結(jié)果均滿足規(guī)范要求?；|(zhì)瀝青采用中海泰州70號基質(zhì)瀝青，瀝青的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)、測試指標(biāo)滿足規(guī)范要求。礦粉采用普通石灰?guī)r礦粉，采用廣州市區(qū)的自來水。

2 基體混合料的級配設(shè)計(jì)

半柔性路面基體瀝青混合料屬于骨架—空隙結(jié)構(gòu)，為保證水泥砂漿的順利灌入，形成的骨架空隙率至少需不小于20%，目前國內(nèi)多采用集料體積法來設(shè)計(jì)半柔性路面基體瀝青混合料，主要是通過多年的試驗(yàn)積累的經(jīng)驗(yàn)。本文在半柔性路面基體混合料級配設(shè)計(jì)中，首先采用分級摻配法得到粗細(xì)集料的摻配比例，再采用CAVF主骨料空隙填充法確定混合料中粗細(xì)集料的比例，最后得到滿足要求的基體瀝青混合料級配。

2.1 分級摻配法和主骨料空隙法

1)分級摻配法。

分級摻配法是以使混合料達(dá)到最大密實(shí)度為設(shè)計(jì)目標(biāo)，通過對各檔集料的摻配，得出集料孔隙率最小時(shí)各檔集料的最佳比例，以此確定集料的級配。實(shí)際使用中，研究人員發(fā)現(xiàn)由于集料粒徑的差異，直接摻配法得出的瀝青混合料的孔隙率不能滿足瀝青路面的路用性能要求。通過研究，潘艷珠、王端宜等將分級摻配法進(jìn)行改進(jìn)，把粗細(xì)集料分別進(jìn)行摻配，粗集料形成骨架，細(xì)集料填充空隙，這種方法稱為改進(jìn)型摻配法。根據(jù)貝雷法級配設(shè)計(jì)方法的劃分標(biāo)準(zhǔn)，將集料的最大公稱粒徑的0.22倍對應(yīng)的尺寸作為粗細(xì)集料的劃分點(diǎn)。而盧亮通過對多種摻配方式進(jìn)行對比，最終推薦采用干搗實(shí)法測量集料的空隙率。本試驗(yàn)擬采用改進(jìn)型摻配法分別對粗細(xì)集料進(jìn)行摻配，并采用干搗實(shí)法測量集料的空隙率。

2)主骨料空隙法。

主骨料空隙填充法[7]是一種間斷級配的設(shè)計(jì)方法，通過去掉某一檔細(xì)集料，盡量降低細(xì)集料對主骨架粗集料的干涉，使粗集料相互之間充分發(fā)揮嵌擠能力。其設(shè)計(jì)方法是首先通過干搗法實(shí)測粗集料骨架空隙率，再通過方程式計(jì)算得到瀝青混合料各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)。粗集料、細(xì)集料、礦粉以及瀝青用量的質(zhì)量百分率qc，qf，qp，qa與粗集料空隙率及瀝青混合料設(shè)計(jì)空隙率VCADRC，Vvs之間具有如下的組成關(guān)系：

(1)編碼：根據(jù)實(shí)際線路的站臺數(shù)，將列車在各站的停站時(shí)間序列D=[D1,D2,D3,…,Di,…，DN]和發(fā)車間隔H=

qc+qf+qp=100

(1)

(2)

其中，ρtf和ρtp分別為細(xì)集料和礦粉的表觀相對密度，g/cm3；ρa(bǔ)為瀝青的密度，g/cm3。材料的密度和粗集料孔隙率VCADRC可以通過試驗(yàn)測定得到，5個(gè)變量中，一般會(huì)將qc，qf當(dāng)作未知的變量進(jìn)行設(shè)計(jì)，其他變量會(huì)預(yù)先確定。

2.2 粗集料與細(xì)集料的級配設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用的集料最大公稱粒徑為19 mm，根據(jù)貝雷法的劃分標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算得到4.75 mm為基體瀝青混合料粗細(xì)集料最近分界點(diǎn)，所以去掉位于5 mm～10 mm檔的集料，并將剩余各檔集料分別進(jìn)行摻配，使基體混合料達(dá)到最密實(shí)的狀態(tài)。

本文以粗集料的分級摻配為例介紹集料摻配方法，試驗(yàn)中對大于9.5 mm的集料分級進(jìn)行摻配，并測定其不同比例下的干搗實(shí)密度和礦料間隙率，將礦料間隙率與粗集料比例進(jìn)行高斯峰值Gauss peak擬合，孔隙率最小的點(diǎn)就是集料排列最緊密時(shí)的比例，擬合結(jié)果如圖1，圖2所示。

從圖1可以看出1級摻配最緊密時(shí)的比例為56.86∶43.14，此時(shí)礦料間隙率為42.37%，模型相關(guān)系數(shù)0.993。從圖2中可以看出2級摻配比例為55.40∶44.60時(shí)，集料最為緊密，此時(shí)礦料間隙率為41.45%，擬合模型的相關(guān)系數(shù)為0.988。

根據(jù)粗集料的摻配結(jié)果，得到粗集料摻配比例如圖3所示，此時(shí)，粗集料的空隙率為42.45%，試驗(yàn)測得的合成干搗實(shí)密度為1.524 g/cm3。同理可以得到細(xì)集料經(jīng)過5級摻配后的結(jié)果，如圖4所示，此時(shí)細(xì)集料的空隙率為31.20%，合成干搗實(shí)密度為2.60 g/cm3。

2.3 粗集料和細(xì)集料的比例確定

2.4 基體混合料最佳油石比確定

因半柔性路面材料的基體瀝青混合料的結(jié)構(gòu)關(guān)系，即在形成主骨架的同時(shí)必須提供足夠大的空隙，這一點(diǎn)與普通瀝青混合料不同卻與開級配瀝青磨耗層OGFC相類似。因此，文章設(shè)計(jì)采用謝倫堡瀝青析漏試驗(yàn)和肯塔堡飛散試驗(yàn)來確定最佳瀝青用量。

本試驗(yàn)仍以設(shè)計(jì)空隙率24%為例，采用5種不同的油石比，制備基體瀝青混合料，成型馬歇爾試件，試驗(yàn)結(jié)果如圖6，圖7所示。

圖6為飛散損失與油石比的曲線圖，在曲線拐點(diǎn)處做前后兩條曲線的切線得到最小油石比3.75%，此為飛散試驗(yàn)確定的最小瀝青用量。

圖7為析漏量與油石比曲線圖，做曲線拐點(diǎn)的兩條曲線切線得到最大油石比量為3.95%。取兩者的平均值，得到目標(biāo)空隙率的最佳油石比為3.9%。

同理，按照以上試驗(yàn)方法，試驗(yàn)得到24%，28%，32%三種空隙率下的最大油石比和相應(yīng)的級配，見圖8。

2.5 混合料試驗(yàn)

基體瀝青混合料級配設(shè)計(jì)完成后，根據(jù)級配制作出混合料馬歇爾試件，試驗(yàn)測定其實(shí)測空隙率、穩(wěn)定度、流值等相關(guān)試驗(yàn)指標(biāo)，結(jié)果見表1。

表1 三種目標(biāo)空隙率下基體瀝青混合料性能指標(biāo)

由表1可知，根據(jù)設(shè)計(jì)級配制作的基體瀝青混合料馬歇爾試件，其實(shí)測空隙率與設(shè)計(jì)空隙率相差較小，且穩(wěn)定度、流值等指標(biāo)符合規(guī)范要求，說明采用分級摻配法和主骨料空隙填充法這兩種相結(jié)合的方法是可行的。

3 結(jié)語

我國對半柔性路面的研究尚處于起步階段，隨著我國公路建設(shè)的不斷完善，開展有關(guān)半柔性路面技術(shù)研究，規(guī)范其設(shè)計(jì)方法和施工工藝，建立質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等是推廣這種新材料的關(guān)鍵問題。文章結(jié)合改進(jìn)型分級摻配法和CAVF法，設(shè)計(jì)了3種不同空隙率的半柔性路面大空隙基體瀝青混合料，其實(shí)測空隙率與設(shè)計(jì)空隙率非常接近，且試驗(yàn)檢測出的指標(biāo)亦達(dá)到設(shè)計(jì)要求，說明這種兩者方案結(jié)合的方法是可行的。

[1] 潘大林,張肖寧,王樹森.半柔性路面基體瀝青混合料的設(shè)計(jì)方法[J].中南公路工程,2000(1):22-23.

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[4] 胡玲玲,劉祖國,張大可,等.半柔性復(fù)合路面基體瀝青混合料設(shè)計(jì)方法[J].重慶交通學(xué)院學(xué)報(bào),2006(5):49-53.

[5] 潘艷珠,王端宜,張肖寧.開級配混合料設(shè)計(jì)方法研究[J].公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版),2007(8):67-71.

[6] 盧 亮.功能型瀝青混合料及其設(shè)計(jì)方法研究[D].廣州：華南理工大學(xué)博士論文，2009.

[7] 張肖寧,王紹懷,吳曠懷,等.瀝青混合料組成設(shè)計(jì)的CAVF法[J].公路,2001(12):17-21.

Research on asphalt mixture gradation design method of semi flexible pavement matrix

Peng Xia1Liang Xiayi2

(1.GuangdongNengdaHighGradeHighwayMaintenanceLimitedCompany,Guangzhou510030,China;2.BeijingAishimuTechnologyLimitedCompany,Beijing100005,China)

Combining the multilevel mixing method and CAVF main aggregate void filling method, according to the target porosity requirements of matrix mixture, this paper determined the ratio of each set aggregate, precise designed the matrix mixture gradation, the experiments showed that each performance index of matrix asphalt mixture according to gradation design met the requirements.

semi flexible pavement, gradation design, graded blending method, CAVF method

1009-6825(2016)20-0101-03

2016-05-03

彭 霞(1987- )，女，碩士，助理工程師； 梁遐意(1988- )，男，碩士，助理工程師

U414

A