OGFC 瀝青混合料的組成設(shè)計(jì)及施工要點(diǎn)分析

■陳建鋒

（福建一建集團(tuán)有限公司， 三明 365001）

在城市化建設(shè)進(jìn)程加快的背景下， 土地硬化面積比例逐年提高， 給城市防洪排水帶來較大壓力。OGFC 瀝青混合料（即排水瀝青路面）有著良好的排水效果，還兼具抗滑、降噪的特性，在易積水公路段有著良好的應(yīng)用前景，得到了業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注。

國內(nèi)外專家學(xué)者在OGFC 瀝青混合料的設(shè)計(jì)方法方面還未形成統(tǒng)一定論，大量研究者對其設(shè)計(jì)過程仍嘗試著優(yōu)化改進(jìn)[1-2]。張肖寧等[3]提出了CAVF瀝青混合料設(shè)計(jì)方法， 即粗骨料空隙填充法，與OGFC 瀝青混合料依托粗集料嵌擠作用形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)和排水效果的基本理念高度符合；后續(xù)多位研究者基于CAVF 瀝青混合料設(shè)計(jì)方法展開進(jìn)一步驗(yàn)證[4-5]，大量數(shù)據(jù)表明CAVF 法能保障設(shè)計(jì)出的OGFC瀝青混合料可充分滿足路用性能使用要求，在對其設(shè)計(jì)方面有著良好的指導(dǎo)作用。

OGFC 瀝青混合料屬于典型的開級配骨架空隙結(jié)構(gòu)，空隙率在很大程度上直接決定了其路用性能表現(xiàn)。 而目前較為常見的設(shè)計(jì)方法均是在預(yù)設(shè)目標(biāo)空隙率后開展級配設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)成果路用性能滿足規(guī)范要求即可，這一定程度上能夠確?；旌狭下酚眯阅艿囊?guī)范性，但從另一個(gè)角度也限制了OGFC 瀝青路面性能的充分發(fā)揮。 因此，探尋一種能夠科學(xué)、準(zhǔn)確挖掘OGFC 瀝青混合料最佳目標(biāo)空隙率及對應(yīng)級配的方法顯得尤為重要。 因此本研究依托高速公路OGFC 瀝青路面施工項(xiàng)目，在CAVF 設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)多組OGFC 瀝青混合料目標(biāo)空隙率并分別開展級配優(yōu)化設(shè)計(jì)，探究各組瀝青混合料路用性能變化規(guī)律，從而推薦最佳的OGFC 瀝青混合料目標(biāo)空隙率及對應(yīng)級配，并重點(diǎn)論述了OGFC 瀝青混合料的施工要點(diǎn)。

1 原材料與級配設(shè)計(jì)

1.1 原材料

1.1.1 粗集料

粗集料選取采石場干燥、除雜、無風(fēng)化的潔凈輝綠巖碎石，其指標(biāo)檢測數(shù)據(jù)見表1。

表1 粗集料指標(biāo)檢測結(jié)果

1.1.2 細(xì)集料

細(xì)集料是以粒徑范圍20～40 mm 的潔凈輝綠巖碎石為原材料，以制砂機(jī)械加工獲取，其檢測指標(biāo)數(shù)據(jù)見表2。

表2 細(xì)集料指標(biāo)檢測結(jié)果

1.1.3 高黏復(fù)合改性瀝青

黏結(jié)料選用福建省生產(chǎn)的高黏復(fù)合改性瀝青，其檢測指標(biāo)數(shù)據(jù)見表3。

表3 高黏復(fù)合改性瀝青性能指標(biāo)檢測結(jié)果

1.2 級配設(shè)計(jì)

1.2.1 CAVF 法設(shè)計(jì)原理介紹

CAVF 法旨在控制瀝青混合料中粗集料間形成的骨架空隙，與礦粉、瀝青粘結(jié)料、細(xì)集料及目標(biāo)空隙間的總體積相等。 考慮到集料顆粒間可能會發(fā)生的干涉問題， 可對細(xì)集料的粒徑上限加以控制，常規(guī)做法是在設(shè)計(jì)過程中在2.36～4.75 mm 處設(shè)置間斷點(diǎn)，從而確保混合料中粗集料間能夠形成骨架嵌擠效果，CAVF 法設(shè)計(jì)原理見公式1。

其中，組成材料中的各組分相對密度及干搗狀態(tài)粗集料松裝間隙率能夠測定獲取， 因此上述公式1、2 中還有粗、細(xì)集料及礦粉質(zhì)量占比、油石比及設(shè)計(jì)空隙率5 個(gè)未知量。在設(shè)計(jì)過程中擬定其中3 項(xiàng)變量即可求取所有參數(shù)。

1.2.2 不同目標(biāo)空隙率級配設(shè)計(jì)

現(xiàn)有工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)及大量研究成果表明，為確保OGFC 瀝青混合料具備足夠的排水降噪能力、耐久性和路用性能， 常選用的空隙率設(shè)計(jì)范圍為15.0%～25.0%。 為對比不同預(yù)設(shè)目標(biāo)空隙率對應(yīng)級配設(shè)計(jì)結(jié)果對試件路用性能的影響規(guī)律，本研究在CAVF 設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)上， 設(shè)計(jì)了3 組OGFC 瀝青混合料目標(biāo)空隙率，分別為16%、20%、24%，開展級配優(yōu)化設(shè)計(jì)， 探究各組瀝青混合料路用性能變化規(guī)律，從而推薦最佳的OGFC 瀝青混合料目標(biāo)空隙率及對應(yīng)級配。 其中16%目標(biāo)空隙率代表低空隙率OGFC 瀝青混合料路用性能表現(xiàn)，20%目標(biāo)空隙率代表一般空隙率對應(yīng)路用性能表現(xiàn)，24%目標(biāo)空隙率則代表了高空隙率對應(yīng)路用性能表現(xiàn)。

在每組目標(biāo)空隙率進(jìn)行級配設(shè)計(jì)時(shí)均分別設(shè)定了3 種2.36 mm 通過率的初定級配，成型試件后對比得到最佳級配。 在各組目標(biāo)空隙率對應(yīng)最佳級配基礎(chǔ)上接著通過飛散試驗(yàn)及析漏試驗(yàn)，結(jié)合馬歇爾試驗(yàn)得出目標(biāo)空隙率試驗(yàn)對應(yīng)的最佳油石比。 其中16%、20%、24%目標(biāo)空隙率試件組得出的最佳級配曲線見圖1， 對應(yīng)的最佳油石比分別為5.1%、4.9%、4.7%。

圖1 16%、20%及24%空隙率最佳級配曲線

2 路用性能分析

2.1 排水性能

OGFC 瀝青混合料最為顯著的特征是能實(shí)現(xiàn)快速排水功能，因此利用CAVF 法進(jìn)行OGFC 瀝青混合料設(shè)計(jì)要對其排水性能進(jìn)行驗(yàn)證。 按照配合比設(shè)計(jì)結(jié)果以輪碾法制備車轍試件，測試其滲透系數(shù)變化情況。 由圖2 可知，隨著空隙率的提升，各組試件的滲透系數(shù)呈現(xiàn)顯著上升趨勢，由3 454 mL/min 提升至4 474 mL/min，其中20%空隙率試件組與24%空隙率試件組差距相對較小，且3 種空隙率對應(yīng)滲透系數(shù)均可滿足排水使用要求。

圖2 OGFC 滲透系數(shù)變化

2.2 高溫穩(wěn)定性

以動穩(wěn)定度指標(biāo)表征OGFC 瀝青混合料試件的高溫穩(wěn)定性。 由圖3 可知，隨著空隙率從16%提升至24%，試件動穩(wěn)定度從10 534 次/mm 下降至9 354 次/mm，直至6 482 次/mm。 這表明OGFC 瀝青混合料在3 種目標(biāo)空隙率設(shè)定條件下均可得到集料穩(wěn)定嵌擠的骨架空隙結(jié)構(gòu)體系，均有著相對較高的高溫穩(wěn)定性，但隨著空隙率增長，粗集料占比逐漸增大，細(xì)集料占比相對降低，瀝青膠結(jié)材料的黏結(jié)及裹覆作用隨之減弱，從而引起宏觀上高溫穩(wěn)定性的降低。

圖3 OGFC 動穩(wěn)定度變化圖

2.3 抗滑性能

以摩擦系數(shù)及構(gòu)造深度表征OGFC 瀝青混合料試件的抗滑性能。由表4 可知，OGFC 試件的構(gòu)造深度在16%空隙率時(shí)表現(xiàn)為2.0 mm， 而20%、24%空隙率則均為2.2 mm。 其構(gòu)造深度表現(xiàn)為20%空隙率試件組最大，24%空隙率試件組次之，16%空隙率試件組最小。 總體來說，20%空隙率試件組抗滑性能最佳。

表4 OGFC 抗滑性能數(shù)據(jù)表

2.4 水穩(wěn)定性

OGFC 瀝青混合料透水性強(qiáng)， 但較大的空隙率同時(shí)也易造成水損壞，本研究以浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度比表征試件水穩(wěn)定性。 由圖4 可知，隨著空隙率從16%提升至24%，試件浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度比從90.4%下降至88.2%，直至84.2%。

圖4 OGFC 浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度比變化

綜合考慮排水性能、高溫穩(wěn)定性、抗滑性能及水穩(wěn)定性變化規(guī)律， 其中當(dāng)空隙率從16%提升到20%時(shí)，滲透系數(shù)顯著增大了22.3%，動穩(wěn)定度降低11.2%，且抗滑性能提升至峰值性。當(dāng)空隙率進(jìn)一步提升至24%，滲透系數(shù)僅增加了6.0%，但高溫穩(wěn)定性、抗滑性能及水穩(wěn)定性則有了相對較為明顯的削減，因此推薦并應(yīng)用了20%目標(biāo)空隙率試件組對應(yīng)的OGFC 瀝青混合料級配及配合比設(shè)計(jì)結(jié)果。

3 施工要點(diǎn)分析

3.1 黏油層撒布

鋪筑OGFC 瀝青混合料前要首先徹底清潔下承層，并在鋪裝前24 h 撒布防水黏油層，撒布時(shí)確保均勻，避免出現(xiàn)堆積及漏涂等現(xiàn)象，嚴(yán)格控制撒布量。

3.2 排水槽施工

OGFC 瀝青混合料路面在雨水下滲后， 將通過路面橫坡匯集至兩側(cè)，因此須設(shè)置對應(yīng)位置的排水槽。 需要注意的是，排水槽的施工應(yīng)在面層鋪筑前完成， 槽內(nèi)以大空隙OGFC 瀝青混合料填平并碾壓，從而確保其排水能力，見圖5。

圖5 排水槽施工

3.3 混合料拌合及運(yùn)輸

OGFC 瀝青混合料施工在拌合過程中應(yīng)嚴(yán)格控制各環(huán)節(jié)混合料溫度， 應(yīng)控制為：（200±10）℃集料加熱溫度、170℃瀝青黏結(jié)料加熱溫度、（185±5）℃瀝青混合料出料溫度。 應(yīng)在拌合過程中控制干拌時(shí)間15 s、濕拌時(shí)間45 s，以確保OGFC 瀝青混合料的均勻拌合。

OGFC 瀝青混合料因粗集料占比較高， 易發(fā)生離析現(xiàn)象，因此在運(yùn)輸裝料過程中應(yīng)呈“品”型，分3 次裝料；運(yùn)輸過程中以帆布或棉被等介質(zhì)覆蓋，防止失溫過快；在運(yùn)輸卸料過程中應(yīng)嚴(yán)格卸料口高度，以低為優(yōu)，最高不得超過車廂側(cè)板下方50 cm。

3.4 混合料攤鋪及碾壓

OGFC 瀝青混合料攤鋪時(shí)應(yīng)控制攤鋪溫度為（170±5）℃，攤鋪前對攤鋪機(jī)各部件做好預(yù)熱。 提前計(jì)算拌合樓出料速度、運(yùn)能、運(yùn)距、攤鋪碾壓速度，以防出現(xiàn)停機(jī)待料。瀝青混合料到場后應(yīng)于60 min內(nèi)完成攤鋪。

OGFC 瀝青混合料的碾壓應(yīng)遵循“低幅、高頻、慢壓”的原則，初壓為160℃以上溫度條件振壓3 次→復(fù)壓為140℃以上溫度條件靜壓3 次→終壓為100℃以上溫度條件靜壓2 次。

3.5 排水性能檢測

根據(jù)JTG3450-2019 《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》，通過瀝青路面滲透系數(shù)測定儀，對施工完成的OGFC 瀝青混合料面層排水性能進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果顯示其滲透系數(shù)可達(dá)4 528 mL/min，可有效實(shí)現(xiàn)快速排出路表徑流雨水的目的。

現(xiàn)場實(shí)測構(gòu)造深度為2.1 mm，取芯浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度比為85%，與室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果相吻合。

4 結(jié)語

本研究在CAVF 設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)上， 設(shè)計(jì)了16%、20%、24%OGFC 瀝青混合料目標(biāo)空隙率并分別開展級配優(yōu)化設(shè)計(jì)，探究各組瀝青混合料路用性能變化規(guī)律，通過對比排水性能、高溫穩(wěn)定性、抗滑性能及水穩(wěn)定性總體表現(xiàn)，推薦了最佳的20%目標(biāo)空隙率及對應(yīng)級配和配合比設(shè)計(jì)結(jié)果，并對其施工要點(diǎn)控制展開了論述。 本研究成果可為OGFC 瀝青混合料的設(shè)計(jì)及施工全過程控制提供一定的借鑒。