基于空隙率指標(biāo)的多孔瀝青混合料壓實(shí)效果試驗(yàn)研究

王 莎，楊元元

（陜西省高速公路建設(shè)集團(tuán)公司西漢分公司，陜西 西安 710054）

0 引言

多孔瀝青混合料具有較大的構(gòu)造深度和豐富的連通空隙，鋪筑而成的路面在雨天時能夠快速排除路表水［1］，因而具有良好的抗滑、安全和降噪性能［2］，在國內(nèi)外的路面工程中得到了越來越多的應(yīng)用。與常規(guī)密實(shí)結(jié)構(gòu)的瀝青混合料不同，多孔瀝青混合料是一種典型的骨架空隙結(jié)構(gòu)，空隙率一般在18%～22%［3］，因此，這類混合料的室內(nèi)壓實(shí)特性與現(xiàn)場壓實(shí)工藝與常規(guī)密實(shí)型瀝青混合料存在較大差異［4-6］。本文基于空隙率指標(biāo)，對多孔瀝青混合料的室內(nèi)壓實(shí)特性進(jìn)行試驗(yàn)［7］，研究集料性質(zhì)、擊實(shí)次數(shù)、拌合以及擊實(shí)溫度對成型試件的空隙率影響規(guī)律，評價多孔瀝青混合料的壓實(shí)效果，提出多孔瀝青混合料的現(xiàn)場壓實(shí)工藝。

1 試驗(yàn)原材料

瀝青為SK—70，混合料拌和時摻加瀝青質(zhì)量12%的高粘度瀝青改性劑TPS，改性后瀝青的相關(guān)指標(biāo)如表1所示。

表1 摻加TPS改性劑的SK—70改性瀝青的主要技術(shù)指標(biāo)

試驗(yàn)采用玄武巖和石灰?guī)r兩種集料。主要技術(shù)指標(biāo)見表2。

表2 玄武巖和石灰?guī)r粗集料主要技術(shù)指標(biāo)

試驗(yàn)采用的多孔瀝青混合料級配及油石比如表3所示。

表3 試驗(yàn)用多孔瀝青混合料級配

2 室內(nèi)壓實(shí)特性

分別采用玄武巖和石灰?guī)r集料按照室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)法成型馬歇爾試件，同時調(diào)整擊實(shí)次數(shù)、拌和及壓實(shí)溫度，測定不同情況下成型試件的空隙率指標(biāo)，研究集料性質(zhì)、擊實(shí)次數(shù)、拌和以及擊實(shí)溫度對成型試件的空隙率指標(biāo)影響規(guī)律。

2.1 集料性質(zhì)對空隙率的影響

按照表3給出的級配，分別采用玄武巖集料和石灰?guī)r集料成型馬歇爾試件，擊實(shí)次數(shù)為雙面50次，拌和溫度185℃，擊實(shí)溫度175℃。試件成型冷卻后，采用體積法［7］測定空隙率指標(biāo)。試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同類型集料的空隙率試驗(yàn)結(jié)果

由圖1可知，集料的類型對成型試件的空隙率大小影響顯著，玄武巖集料試件空隙率為20.5%，而相同級配和成型條件的石灰?guī)r集料試件空隙率僅為17.2%。其原因主要是由于多孔瀝青混合料是骨架空隙結(jié)構(gòu)，與密實(shí)型的瀝青混合料相比，集料與集料間的接觸面積相對較小，通常是依靠瀝青結(jié)合料點(diǎn)接觸粘結(jié)，對集料的強(qiáng)度要求較高。試驗(yàn)采用的石灰?guī)r集料壓碎值較大，在擊實(shí)力的作用下，容易被擊碎（如圖2所示），從而導(dǎo)致成型后試件的空隙率較小。

圖2 石灰?guī)r集料試件集料破碎現(xiàn)象明顯

2.2 擊實(shí)次數(shù)對空隙率影響

采用玄武巖集料按照室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)法成型馬歇爾試件，研究不同擊實(shí)次數(shù)時，成型試件的空隙率變化規(guī)律。試驗(yàn)采用的拌和溫度為185℃，擊實(shí)溫度為175℃，結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同擊實(shí)次數(shù)時多孔瀝青混合料的空隙率

由試驗(yàn)結(jié)果可知，隨著擊實(shí)次數(shù)的增大，多孔瀝青混合料的空隙率降低。由圖3可以看出，在擊實(shí)次數(shù)達(dá)到50次后，繼續(xù)增大擊實(shí)次數(shù)，混合料的空隙率雖然繼續(xù)降低，但降幅明顯減小。由于多孔瀝青混合料形成的骨架結(jié)構(gòu)中，細(xì)集料和瀝青膠漿相對較少，混合料的可壓實(shí)性相對較好，因而在擊實(shí)力的作用下，在較少的擊實(shí)次數(shù)下即可達(dá)到預(yù)期的骨架接觸狀態(tài)。采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)方法成型多孔瀝青混合料也有類似結(jié)論［6］。這對于多孔瀝青混合料的現(xiàn)場壓實(shí)具有指導(dǎo)意義。

2.3 拌合與擊實(shí)溫度對空隙率的影響

采用玄武巖集料，按照不同的拌合溫度和擊實(shí)溫度雙面標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)50次成型馬歇爾試件，研究拌和擊實(shí)溫度對多孔瀝青混合料空隙率指標(biāo)的影響規(guī)律。試驗(yàn)選取的5個不同的拌和、擊實(shí)溫度，拌合溫度分別為155℃、165℃、175℃、185℃和195℃，擊實(shí)溫度為對應(yīng)的拌合溫度減10℃，得到試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 不同拌和溫度時多孔瀝青混合料的空隙率

試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著多孔瀝青混合料的拌合、擊實(shí)溫度增大，成型試件的空隙率也在逐漸減小。由于在多孔瀝青混合料中一般采用高粘度改性瀝青，因此當(dāng)拌合溫度低于180℃時，擊實(shí)溫度低于170℃時，成型試件的空隙率偏大；為防止瀝青老化，拌合溫度也不宜高于190℃。

3 現(xiàn)場施工壓實(shí)控制

基于上述空隙率影響因素的室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，對多孔瀝青混合料的現(xiàn)場壓實(shí)工藝進(jìn)行控制。

試驗(yàn)路為厚度5cm的多孔瀝青混合料，室內(nèi)雙面標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)得到的混合料空隙率為20.2%。混合料生產(chǎn)采用的拌合溫度為185℃，運(yùn)輸至施工現(xiàn)場時攤鋪溫度為175℃，初壓溫度為170～175℃，采用兩臺DD110（10～12t）雙鋼輪壓路機(jī)緊跟攤鋪機(jī)靜壓3遍，復(fù)壓采用BOMAG（16～18t）雙鋼輪壓路機(jī)靜壓2遍，終壓采用20t膠輪壓路機(jī)消除輪跡，圖5所示為現(xiàn)場壓實(shí)。試驗(yàn)后對鉆取路面芯樣進(jìn)行壓實(shí)度檢測，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

圖5 施工現(xiàn)場壓實(shí)

表4 多孔瀝青路面芯樣壓實(shí)度檢測結(jié)果

芯樣測試結(jié)果表明，多孔瀝青混合料的可壓實(shí)性良好，與密實(shí)結(jié)構(gòu)的瀝青混合料相比，壓實(shí)次數(shù)減少，且在壓實(shí)過程中全部采用靜壓，能夠達(dá)到預(yù)期的壓實(shí)效果。

4 結(jié)論

4.1 集料類型、擊實(shí)次數(shù)、拌和及壓實(shí)溫度對多孔瀝青混合料的壓實(shí)效果具有顯著的影響。隨著擊實(shí)次數(shù)、拌和及擊實(shí)溫度的增大，成型后混合料的密實(shí)度隨之增大。

4.2 多孔瀝青混合料形成的骨架接觸狀態(tài)要求采用壓碎值較小的堅(jiān)硬集料，避免擊實(shí)過程中造成集料破碎；骨架空隙結(jié)構(gòu)的混合料中，細(xì)集料和瀝青膠漿相對較少，混合料的可壓實(shí)性相對較好，雙面擊實(shí)50次，能夠達(dá)到預(yù)期空隙率。

4.3 多孔瀝青混合料在拌和溫度為185℃，初壓溫度為170～175℃時，初壓采用10～12t鋼輪壓路機(jī)，復(fù)壓采用16～18t鋼輪壓路機(jī)，終壓采用20t膠輪壓路機(jī)，各壓實(shí)過程靜壓2～3遍，能夠到達(dá)良好的壓實(shí)效果。

［1］Han T A.Evaluating Rutting on Porous Asphalt Mixescomparison Between Marshall and Superpave Method in Terms of Volumetric Properties［D］.Malaise:University Technology Malaysia, 2007.

［2］Bendtsen H.Noise Reduction by Drainage Asphalt［J］.Nordic Road &Transport Research, 1997，（1）：6-8.

［3］毛愛明.排水瀝青路面壓實(shí)度超密現(xiàn)象分析［J］.公路，2006，7（7）：158-160.

［4］蔣國良.級配和成型方法對瀝青混合料性能的影響［J］.公路，2002，（6）：129-133.

［5］李宇峙，楊瑞華，邵臘庚，等.瀝青混合料壓實(shí)特性分析［J］.公路交通科技，2005，22（3）：28-34.

［6］蔣瑋，沙愛民，裴建中，等.多孔瀝青混合料旋轉(zhuǎn)壓實(shí)特性［J］.長安大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，30（5）：11-16.

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