排水性沥青稳定碎石配合比设计及性能研究.pdf

2 0 1 3 年 8 月第 8 期 城 市道桥 与防洪 科技研究 3 0 3 排水性沥青稳定碎石配合比设计及性能研究 狄升贯 ， 侯 明业 ， 赵娟娟 。 ， 王新岐 ( 1 天津市市政工程设计研究院， 天津市 3 0 0 0 5 1 ； 2 长安大学 ， 陕西西安 7 1 0 0 6 4 ) 摘要 ： 通过对我国排水基层级配使用情况的调查， 结合我 国沥青路面施工规范中推荐的排水性沥青稳定碎石级配范围， 进行了 排水性沥青稳定碎右配合比设计。并在此设计级配基础上， 系统研究了分别使用普通沥青和S B S 改性沥青时混合料的高温性能、 水稳定性以及渗透性等路用性能 ， 为排水性沥青稳定碎石在我国的应用提供了一定的技术支持和参考依据。 关键词 ： 道路工程； 沥青稳定碎石； 配合 比设计 ； 路用性能 中图分 类号 ： U 4 1 4 文 献标 识码 ： A 文章 编 号 ： 1 0 0 9 7 7 1 6 ( 2 0 1 3) 0 8 - 0 3 0 3 - 0 4 0 引言 目前 ，我国高等级公路的结构形式主要为半 刚性基层沥青混凝土路面，然而半刚性基层沥青 混凝土路面在使用一定年限后会出现诸如裂纹 、 车辙等一 系列病害 l l 。这些裂缝一旦形成 ， 水 就可 以从这些裂纹渗人到路基 ，而现有的路基路面排 水系统 ， 往往重视把地表水排除到公路路界以外， 而不重视排除由于降水通过路面裂缝 、接缝和面 层孔隙下渗到路面结构中而形成的内部滞水2 1 。当 降雨量较大， 填筑路基和路肩的土渗透性较差时， 渗人路面的水分 ， 会长时间积滞在路面结构 内部【 。 这些内部滞水会浸湿路基路面各结构层，不但会 使沥青混凝土路面出现龟裂、 破碎、 凹陷和坑洞等 破 坏 ； 而且会使 水 泥混凝 土路面 出现唧 泥 、 脱空 、 断板 、 错台和破碎等一系列病害 ， 最终将大大降低 整个路面结构的使用性能和使用寿命4 l。因此， 在 沥青路面设计中采取一定的技术措施将积滞在路 面内部 的水 份排出路面变得尤为重要 。沥青稳定 碎石基层混合料由于具有较大的孔隙率 ，可以把 渗人 到基层 的水迅速排除 ，并且可 以减 少路面 的 反射裂缝 ， 从而大大提高道路的使用状况， 在不影 响透水铺装 透水保水功能 的条件下提 高铺 装整体 的承载能力5 1 ， 具有 良好的性能和应用前景。 因此 ， 为进一步完 善我 国沥青路 面排水功能 ， 推进 排水性 稳定 碎石 在我 国多 雨地 区的应用 ， 本 文进行了排水性稳定碎石配合比设计 ，并在此基 础上对其高温稳定性 、低温稳定性和水稳定性等 路用性 能进行 系统研究 。 1 排水性沥青稳定碎石配合比设计 排水性沥青稳定碎石( A T P B ) 层作为基层， 参与 雨水的渗透和存储，因此 A T P B混合料应具有足够 的空隙率。在配合比设计阶段应选择合适的级配组 收稿 日期 ： 2 0 1 3 - 0 3 1 9 作者简介： 狄升贯( 1 9 8 2 一 ) ， 男 ， 山东济宁人 ， 工程师 ， 从事道 路与铁道工程设计工作。 成和油石比以满足基层的路用性能以及排水要求。 1 1 排水性沥青稳定碎石级配范围选择 我国 公路沥青路面设计规范 ( J T G D 5 0 2 0 0 4 ) 中对 A T P B级配范围规定见表 1 。 A T P B已被广泛应用于在我 国公路建设 之 中， 其 良好的路用性能 已得到大量实践的检验。 表 2为 对我国排水基层 A T P B 一 2 5 级配使用情况的调查。 由表 2可见， 我国开级配沥青稳定碎石排水基 层 4 7 5 IT U T I 筛孔多在 1 3 一 1 6 之间， 2 3 6 m m筛 孔通过率在 8 1 5 之间。 其使用情况表明， 该级配 设计， 不仅能满足开级配沥青碎石排水能力， 更能够 兼顾沥青混合料自身性能指标符合道路结构要求。 根据以上分析及关键筛孔通过率同渗透系数 之间的关系， A T P B级配设计可取 4 7 5 m m筛孔通 过 率 为 1 0 1 6 之 间 ， 2 3 6 m m 通 过率 为 7 8 1 5 ， 0 0 7 5 m m筛孔通过率为 3 一 4 。 结合级配设计分析 ，拟合了三条级配设计曲 线 ，确定 了 A、 B、 C三种级配 ，以期对其性能进行 全面对比， 以确定最佳设计级配， 级配及设计曲线 见表 3和图 1 。 图 1 中所用级配范围为我国沥青路面施工规 范中推荐 的 A T P B级配范围。三条设计 曲线其 4 7 5 m m筛孔通过率分别 为 l 7 1 、 1 1 、 2 2 。小 于 0 0 7 5 m ill 筛孔集料通过率级配曲线呈平缓下 降趋势， 而未采取规范中推荐的保持在 O 3 的 水平 。三条级配分别代表 了国 内外典 型开级配沥 青碎石基层的级配取值代表范围。A T P B三种级配 掺配 比例及级配见表 4 。 由掺配比例可见， 三种级配通过率相差不大， 但 掺配比例相差较大，可见配合比设计过程应在确定 级配曲线的过程中， 对掺配比例进行分析， 较小的级 配通过率的变动就能引起掺配 比例的较大调整 。 1 2 油石 比确定 根据设计级配对三种级配进行 比表 面积计 算 ，取沥青薄膜厚度为 1 4 m进行三种级配油石 比预估 ， 见表 5 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 0 4 科技研究 城 市道桥 与防洪 2 0 1 3 年 8 月第 8 期 I - - It- - 上 限 -I I - - 下限 +中值 f I A 级配 - - -I -B 级配 +c 级配l 图 1 AT P B级配设计 曲线 表 4 A TP B目标 配合 比掺配 比例 由预估油石 比可见，由于 B级配 4 7 5 m m筛 孔通过率为 1 1 ，该沥青薄膜厚度下其油石 比仅 为 1 9 。显然若采用我国沥青路面设计规范中推 荐的级配范围， 其沥青用量会更低 ， 这同沥青排水 基层沥青用量不小于 2 5 是矛盾的。 因此 ， 我 国规 范推荐的 A T P B级配范围内部孔隙过大， 该级配范 围所设计混合料油石 比小 于 2 ， 且施工 过程 中对 材料及工艺要求严格 。因此 ， 建议 A T P B级配宜从 拟定的三条设计级配 中选用。 以计算油石 比采用 AH 7 0 #沥青成型大型马歇 尔试验， 对级配性能进行初步验证， 试验结果见表 6 。 表 6 级配初选试验指标 由表 6可见 ， A、 C两种 级配 ，空 隙率均 在 的 1 3 2 2 之间，而 B级配成型马歇尔试件空隙率 明显偏大。 室内6 0 马歇尔试件结果表明， 三种级 配均存在 6 0 C 水浸 1 h 试件散落现象， 而 B级配成 型马歇尔试件全部散落。A 、 c两种级配未散落试 件马歇尔稳定度高值可达 7 5 k N或 8 k N ， 达到了 大型马歇尔的设计标准要求。 试件散落原因， 除试 件制作外， 沥 青粘结性能及级配是重要因素， 可见 混合料采用 S B S改性沥青是有必要 的。 通过 三种级配对 比 ， 考虑排水基层 性能要求 ， 以 A级配为设计级配 ，同时参考 C级配设计对 A 级配进行优化 ， 优化后的级配 即为设计级配 ， 见表 7和图 2 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 0 6 科技研究 城 市道桥 与防洪 2 0 1 3 年 8 月第 8 期 通过表 9 可以看出， 采用普通沥青的 A T P B混 合料在浸水 4 8 h 后均出现散落现象，而采用 S B S 改性沥青的 A T P B混合料的试件则水稳定性能良 好 ， 平均残留稳定度达到了 9 0 左右。一方面， 采 用 改性 沥青混合料能在一定程度上提 高沥青 的水 稳性能， 另一方面， 在 6 0 水温下 S B S自身粘性依 然较好 ， 沥青胶结料 自身粘结性能较高， 可见混合 料粘结材料对其性能影响是较大的。 2 3 渗透 系数试验 因采用 S B S 改性沥青时 ，所设计级配的沥青 混合料性能较好，因此渗透性试验仅对采用 S B S 改性沥青混合料成型的标准马歇尔试件进行渗， 具体试验结果见表 1 0 。 表 1 0 A T PB - 2 5渗透 系数试验 结果 由表 1 0可见 ， 渗透 系数 为 0 6 3 9 e m s ， 可见其 有良好的渗透性能。相关研究表明直接影响沥青 稳定碎石混合料渗透系数的因素是混合料的空隙 率， 空隙率越大， 渗透系数越大 ， 他们之间成线性 正比例关系。分析原因， 沥青混合料由于空隙率越 大， 则其内流通空间越大 ， 在同样的降雨量的情况 下， 单位时间内的流量越大 ， 流速越快 ， 渗透系数 越大。所测试试件并未呈完全一致的线性关系， 其 原因在于成型试件过程中，混合料粒径分布同设 计级配有所区别， 因而影响了排水性能的发挥。因 此， A T P B沥青稳定碎石混合料成型过程应防止混 合料离析而影响其渗透系数等性能的测试 。 3 结语 本文在调查我国排水基层级配的使用情况的 基础上 ， 结合我国沥青路面施工技术规范要求 ， 进 行了A T P B配合比设计 ， 系统研究了其分别使用普 通沥青和 S B S 改性沥青时混合料的路用性能。主 要研究结论如下 ： ( 1 ) 在我 国沥青施工规范基础上拟定 的 A级配 经过优化后是良好的排水性沥青稳定碎石级配 ， 其最佳油石比为 2 6 。 ( 2 ) 车辙试验和水稳定试验表明所设计排水性 沥青稳定碎石级配在使用 S B S改性沥青时混合料 高温性能和水稳定性更好 ， 推荐 A T P B混合料采用 S B S改性 沥青 。 ( 3 ) 渗透性试验表 明 ， 所设计级 配的排 水性沥 青稳定碎石渗透性 良好 ，可以起到将基层的水迅 速排除的作用 ，为排水性沥青稳定碎石在我国的 应用提供了一定的技术支持和参考依据。 参考文献 李丽辉， 董希斌 排水性沥青稳定碎石配合 比设计 J 中外公路， 2 0 0 8 ， 2 8 ( 2 ) ： 4 7 - 4 9 【 2 邹洁才排水性沥青稳定碎石混合料设计 J 】 公路与汽运， 2 0 0 6 ( 6 ) ： 71 7 4 【 3 】 杜顺成， 杨红辉， 戴经梁 沥青稳定碎石排水性材料组成设计【 J 】 公路交通科技， 2 0 0 6 ( 1 ) ： 4 8 5 1 【 4 谢样根， 吴开， 吴善周， 等 A T P B 一 2 5沥青稳定碎石排水基层的应 用研究 J 1 公路工程， 2 0 0 9 ( I ) ： 5 8 6 1 5 】 潘艳珠， 王振忠 多孔隙水泥稳定碎石排水基层材料组成设计分 析 【 J _ 中外公 路， 2 0 0 6 ，2 6 ( 2 ) ： 1 8 2 1 8 4 6 李岷， 戴旺 沥青稳定碎石排水基层级配设计方法研究 J 湖南 交通科技，2 0 0 6 ， 3 2 ( 1 ) ： 1 6 1 9 【 7 刘中林， 李志刚 大碎石沥青混合料骨架密实型级配设计理论与 方法研究 J 】 中南公路工程， 2 0 0 5 ， 3 0 ( 1 ) ： 7 7 7 9 【 8 辛宇 沥青稳定碎石排水基层混合料设计的试验研究【 J 中外公 路， 2 0 0 6 ， 2 6 ( 3 ) ： 2 7 3 2 7 5 ( 上接 第 2 9 7页) 2 1 1 安装橡胶条及养生 清除型钢内杂物 ， 除锈 ， 型钢凹槽里涂一层粘 接剂 ， 从一端把橡胶条一侧先嵌入凹槽 内， 再嵌入 另一侧。 采用覆盖草包进行混凝土养护， 6 h 后检查 ? 昆 凝土强度， 若强度已达到设计强度的 8 0 ( 2 5 M P a 以上) ( 强度以试件试验数据为准，采用回弹仪) 方 可开放交通 ， 否则延长养护时间( 尤其冬天气温低 的情况下) 。 型钢凹槽里不能留有混凝土或水泥浆。 3 结语 本文详 细 阐述 了针对型钢伸缩缝各类 病害 的 维修措施 ， 通过在 $ 3 2申嘉湖高速全线近百条伸缩 缝的维修实践 ， 证明以上措施还是可行的。 ( 1 ) 型钢伸缩缝 的破 坏形式多种多样 ， 以锚筋 断裂造成的型钢跳动最为突出，维修时应对症下 药 ，尽可能在病害初期就予以解决或加强早期预 养护， 以此降低成本。 ( 2 ) 型钢伸缩缝的锚筋焊接质量通常不过关 ， 安 装前尤其要予以注意。笔者建议改用扁铁 ， 焊接质 量容易保证。 ( 3 ) 型钢下混凝土通常密实度难以保证 ， 施工 时尤其应加强振捣， 避免空洞现象。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m