探討市政排水瀝青路面混合料設(shè)計及施工技術(shù)

文／黃澍 長沙交通投資控股集團有限公司 湖南長沙 410000

引言：

瀝青路面如具備良好的降噪、排水以及抗滑性能，能有效保證雨雪氣候條件下的路面行車安全。大空隙瀝青路面由于其自身特點,可以有效地滲透降水，能夠降低公路表面積水，使得雨天道路行車更加安全；因此文章研究大空隙瀝青路面混合料設(shè)計方法和對路面性能進行論證，具有十分重要的實踐意義。

1、原材料技術(shù)標準

1.1 瀝青膠結(jié)料

大空隙路面最重要的作用是排水能力，以避免雨水沖刷導(dǎo)致骨料流失，為此大空隙瀝青路面采用粘性較強的瀝青,以增加混合料的粘結(jié)力。

1.2 粗集料

大空隙降噪排水瀝青混合料是典型的骨架空隙結(jié)構(gòu)，粗集料的嵌擠是強度形成的主要來源。因此，粗集料必須具有足夠的強度，才能為大空隙瀝青路面提供足夠的力學(xué)性能。本文所用粗集料為玄武巖，經(jīng)試驗檢測，技術(shù)指標滿足設(shè)計要求；

1.3 細集料

大空隙瀝青路面中的細集料用量較少，在雨水長期沖刷作用下，主要依靠細集料的粘結(jié)力抵抗雨水沖刷；細集料應(yīng)具有質(zhì)地堅硬、棱角分明，表面潔凈、耐磨、抗滑的特性；本文選擇人工破碎的機制砂作為細集料，經(jīng)檢測細集料的技術(shù)指標完全滿足技術(shù)規(guī)范要求；

1.4 填料

大空隙瀝青路面填料的作用主要是增大瀝青與石料的粘結(jié)力，本文采用石灰?guī)r磨細礦粉作為填料，經(jīng)檢測填料的技術(shù)指標完全滿足技術(shù)規(guī)范要求。

2、排水瀝青路面混合料設(shè)計

2.1 確定礦料級配

（1）在設(shè)計瀝青混合料配合比時,基于工程實踐經(jīng)驗設(shè)定合理的級配孔徑通過率閾值，根據(jù)閾值設(shè)置多個合理級配，再按照施工設(shè)計規(guī)定的空隙率，最終選定最優(yōu)級配。根據(jù)瀝青路面施工相關(guān)技術(shù)規(guī)范可知，瀝青混合料空隙率應(yīng)在18%-22%之間，本研究選定空隙率為20%，并根據(jù)施工技術(shù)規(guī)范及工程實踐經(jīng)驗等確定級配范圍，礦料目標級配范圍見表1：

表1 礦料目標級配范圍

（2）級配范圍明確的前提下需進一步確定最佳空隙率，根據(jù)級配范圍對初選空隙率進行調(diào)整，首先調(diào)節(jié)主要篩孔2.36mm 的通過率，然后在級配范圍內(nèi)，選擇三個主要篩孔通過率差異明顯的級配；通過試驗測量空隙率數(shù)值，得到通過率、空隙率之間的關(guān)系曲線，根據(jù)曲線確定設(shè)計空隙率對應(yīng)的篩孔通過率，從而得到最佳級配；

（3）上述方法的基本原理是將篩孔孔徑4.75mm 作為劃分粗集料、細集料的分界點，粗集料作為混合料的骨架，孔徑在2.36mm-4.75mm 之間的集料用量較少，大部分為間斷，孔徑不超過2.36mm 的集料和礦粉、瀝青混合形成瑪蹄脂，以填充骨架間隙。通過調(diào)整2.36mm篩孔通過率，可控制瑪蹄脂總量，最終達到調(diào)整空隙率的目的。

2.2 瀝青用量估算

最優(yōu)瀝青用量的確定，基于已經(jīng)確定的最優(yōu)級配，以及根據(jù)工程實踐經(jīng)驗確定的瀝青膜厚度可大致估算出瀝青用量，計算公式為“估算瀝青用量=擬定膜厚×擬定級配集料表面積”；根據(jù)工程施工實際情況及類似工程實踐經(jīng)驗，初步確定瀝青膜厚12μm?；谏鲜龉焦浪愠?2μm 瀝青膜厚度估算瀝青用量見表2。

表2 12μm 瀝青膜厚度估算瀝青用量

2.3 目標級配確定

基于確定的最佳級配及瀝青用量開展馬歇爾試驗；各級配對應(yīng)的2.36mm 篩孔通過率差異顯著，由此可得出各級配對應(yīng)的試件空隙率、2.36mm 篩孔通過率的關(guān)系曲線如圖1 所示，按照初步擬定的20%空隙率選定合適的級配；

圖1 2.36mm 篩孔通過率與混合料試件空隙率關(guān)系曲線

根據(jù)圖1 可知，通過率為11.2%時，試件空隙率約為20%，和設(shè)計空隙率匹配，對比三種級配，最終確定級配B 為最佳級配。

2.4 最佳瀝青用量的確定

（1）最佳瀝青用量確定方法：1）以級配B 以及通過計算得到的±0.5%、±1.0%最佳瀝青用量為變量,開展析漏、飛散試驗；分別測定瀝青用量閾值，并通過馬歇爾試驗確定瀝青的穩(wěn)定度，從而確定最佳瀝青用量；2）基于析漏、飛散試驗數(shù)據(jù)繪制瀝青析漏、飛散和油石比之間的關(guān)系曲線，曲線拐點處對應(yīng)的油石比則為瀝青用量取值范圍；

（2）馬歇爾試驗：1）基于前文確定的最佳級配和油石比制作試件并開展馬歇爾試驗，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)選定最合理的油石比，具體試驗數(shù)據(jù)見表3；2）馬歇爾試驗結(jié)果可知，當空隙率為20% 左右時對應(yīng)的油石比為4.4%，且隨著油石比的增加，瀝青穩(wěn)定度并未達到峰值，因此不能作為最佳油石比的依據(jù)，只能作為一定的參考。

表3 不同油石比的馬歇爾試驗結(jié)果

（3）謝倫堡瀝青析漏試驗：1）根據(jù)試驗數(shù)據(jù)得到瀝青析漏試驗數(shù)據(jù)和瀝青用量之間的關(guān)系曲線，此時曲線拐點處對應(yīng)的瀝青用量為峰值，如圖2 所示；2）根據(jù)圖2 可以看出，瀝青析漏試驗、油石比關(guān)系曲線的拐點處對應(yīng)的油石比約為4.5%。

圖2 析漏損失結(jié)果與油石比關(guān)系圖

（4）肯塔堡飛散試驗：1）肯塔堡飛散試驗主要目的是根據(jù)瀝青飛散數(shù)值、油石比之間的關(guān)系曲線確定瀝青用量最小值；2）基于飛散試驗數(shù)據(jù),繪制飛散數(shù)值與油石比之間的關(guān)系曲線，見圖3，該曲線的拐點處對應(yīng)的油石比是大空隙瀝青混合料瀝青用量（OAC2）的最小值；3）據(jù)圖可知曲線拐點處對應(yīng)的油石比約為4.1%；

圖3 飛散損失與油石比關(guān)系曲線

（5）根據(jù)圖2、圖3 可以看出，大空隙瀝青混合料的瀝青用量最小值為4.1%，最大值為4.5%，即瀝青用量合理范圍為4.1%-4.5%；結(jié)合馬歇爾試驗確定的瀝青混合料穩(wěn)定度最終得到最佳瀝青用量，即瀝青最佳用量為4.5%，對應(yīng)的大空隙瀝青混合料性能最好。

3、施工技術(shù)要點分析

3.1 工程概況

試驗段屬于舊路處置的一部分，處在某市政道路大范圍積水路段，為改善道路排水能力，加速雨水排出，減少道路表面積水，需重新鋪筑該路段路面，鋪筑材料選用大空隙瀝青混合料。該路段大空隙瀝青混合料的主要組分，如瀝青、集料、礦粉的選用，根據(jù)試驗結(jié)果確定：1）該路段的大空隙瀝青混合料級配根據(jù)表1 選定為級配B，對應(yīng)的設(shè)計空隙率為20%，瀝青用量最優(yōu)值為4.5%；2）由于施工原材料的差異，實際級配可能有少許差異，但大致與試驗確定的級配B 相同。

3.2 性能檢測

（1）排水性能檢測：試驗以該路段三個樁號為試驗區(qū)域，各樁號區(qū)域內(nèi)隨機布設(shè)3 個測點，分別計算出各測點數(shù)據(jù)的平均值，借助滲水儀完成路面排水性能試驗，試驗結(jié)果如表4 所示；基于相關(guān)技術(shù)規(guī)范及工程實踐經(jīng)驗可知，大空隙瀝青路面排水性能檢測中，滲透系數(shù)要求超過800ml/15s，具體排水性能檢測結(jié)果見表4，結(jié)果符合施工設(shè)計要求；

表4 排水性能檢測結(jié)果

（2）降噪性能檢測：1）將檢測工具設(shè)置于道路兩側(cè)，與地面距離約為1m，試驗車輛分別以60km/h、80km/h、100km/h 的行車速度通過檢測區(qū)域；2）檢測結(jié)論：大空隙路面的噪音比密級配普通路面的噪音明顯要小，當時速分別為60km/h、100km/h 時，噪聲分別降低3.8dB、6.5dB，說明車速越快，降噪效果越明顯；

（3）路面彎沉檢測：試驗利用貝克曼梁法檢測路基路面的回彈彎沉值，經(jīng)試驗并計算，該路段平均彎沉值為49，達到道路承載力所需要求；

（4）路面抗滑性能檢測：瀝青路的抗滑性使用擺式儀進行試驗，經(jīng)檢測摩擦系數(shù)均超過0.45，明顯超出施工技術(shù)規(guī)范要求，表明大空隙瀝青路面結(jié)構(gòu)的抗滑能力強；

（5）路面平整度檢測：合格的平整度是確保道路路面性能的關(guān)鍵，通過檢測該路段路面平整度可知，平整度最大值為4mm，滿足平整度不超過5mm的施工設(shè)計要求。

3.3 施工關(guān)鍵技術(shù)

（1）大空隙瀝青混合料的拌和：1）大空隙瀝青混合料的拌合，需采用間歇式拌合設(shè)備；2）為確保大空隙瀝青混合料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，采用粘結(jié)力強的改性瀝青作為瀝青結(jié)合料，拌和時必須嚴格控制材料加熱溫度，以確?；旌狭系陌韬腺|(zhì)量；3）出料溫度直接影響大空隙瀝青路面施工質(zhì)量，如出料溫度超出合理范圍，則必須棄用，并重新拌制；4）根據(jù)拌和試驗確定最佳的拌和時間，確保各集料充分混合，使其被改性瀝青均勻包裹，且無聚集與離析現(xiàn)象；

（2）大空隙瀝青混合料的運輸：1）大空隙瀝青混合料運輸過程應(yīng)嚴格控制溫度，保證運輸途中溫度的要求；2）要滿足攤鋪質(zhì)量，運抵施工現(xiàn)場時的溫度不得小于175℃；3）應(yīng)避免裝運環(huán)節(jié)，集料發(fā)生離析，卸料時需分堆多次卸料；

（3）大空隙瀝青混合料的攤鋪：1）攤鋪大空隙瀝青混合料時，需進行自動找平；2）攤鋪車輛前進速度應(yīng)盡量均勻，合理控制攤鋪時間；3）為避免瀝青混合料離析，需合理控制布料器運行狀態(tài)，確保布料器混合料存量始終大于送料裝置2/3；

（4）大空隙瀝青混合料的碾壓：1）碾壓大空隙瀝青路面，主要選擇空隙率作為碾壓的控制指標；2）碾壓時應(yīng)先進行試驗，根據(jù)試驗結(jié)果合理選用碾壓方案；3）為避免集料壓碎導(dǎo)致空隙率無法滿足施工設(shè)計要求，應(yīng)選用12t 以下的鋼筒式壓路機，禁用振動型壓路機。

結(jié)語：

綜上所述，本研究首先深入分析了大空隙瀝青路面材料、級配、配合比的確定方法，對混合料排水、降噪性能和路用性能進行了驗證，結(jié)合試驗路的工程實踐，取得的主要結(jié)論如下：

（1）大空隙瀝青混合料的各類原材料均應(yīng)符合質(zhì)量性能指標，目標空隙率取20%，根據(jù)對比分析最終選定級配B 為最佳級配；基于析漏試驗、飛散試驗結(jié)果，確定瀝青用量范圍為4.1%-4.5%，并根據(jù)馬歇爾試驗確定最佳瀝青用量為4.5%；

（2）選擇某市政道路積水嚴重的部分區(qū)域作為試驗路，選擇表1 中的礦料級配B、設(shè)計空隙率為20%，4.5%為最佳瀝青用量，采用大空隙瀝青路面方案。經(jīng)試驗檢測排水、降噪性能達到設(shè)計要求，且其它質(zhì)量指標均滿足規(guī)范要求。