基于空隙率指標(biāo)的多孔瀝青混合料壓實效果試驗研究

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)壓實特性與現(xiàn)場壓實工藝與常規(guī)密實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)壓實特性進(jìn)行試驗［7］，研究集料性質(zhì)、擊實次數(shù)、拌合以及擊實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效果，提出多孔瀝青混合料的現(xiàn)場壓實工藝。

1 試驗原材料

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 試驗用多孔瀝青混合料級配

2 室內(nèi)壓實特性

分別采用玄武巖和石灰?guī)r集料按照室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)擊實法成型馬歇爾試件，同時調(diào)整擊實次數(shù)、拌和及壓實溫度，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)、擊實次數(shù)、拌和以及擊實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，擊實次數(shù)為雙面50次，拌和溫度185℃，擊實溫度175℃。試件成型冷卻后，采用體積法［7］測定空隙率指標(biāo)。試驗結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同類型集料的空隙率試驗結(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)合料點接觸粘結(jié)，對集料的強度要求較高。試驗采用的石灰?guī)r集料壓碎值較大，在擊實力的作用下，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)擊實法成型馬歇爾試件，研究不同擊實次數(shù)時，成型試件的空隙率變化規(guī)律。試驗采用的拌和溫度為185℃，擊實溫度為175℃，結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同擊實次數(shù)時多孔瀝青混合料的空隙率

由試驗結(jié)果可知，隨著擊實次數(shù)的增大，多孔瀝青混合料的空隙率降低。由圖3可以看出，在擊實次數(shù)達(dá)到50次后，繼續(xù)增大擊實次數(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，混合料的可壓實性相對較好，因而在擊實力的作用下，在較少的擊實次數(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)場壓實具有指導(dǎo)意義。

2.3 拌合與擊實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溫度雙面標(biāo)準(zhǔn)擊實50次成型馬歇爾試件，研究拌和擊實溫度對多孔瀝青混合料空隙率指標(biāo)的影響規(guī)律。試驗選取的5個不同的拌和、擊實溫度，拌合溫度分別為155℃、165℃、175℃、185℃和195℃，擊實溫度為對應(yīng)的拌合溫度減10℃，得到試驗結(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

試驗結(jié)果表明，隨著多孔瀝青混合料的拌合、擊實溫度增大，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)場施工壓實控制

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

試驗路為厚度5cm的多孔瀝青混合料，室內(nèi)雙面標(biāo)準(zhǔn)擊實試驗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）雙鋼輪壓路機緊跟攤鋪機靜壓3遍，復(fù)壓采用BOMAG（16～18t）雙鋼輪壓路機靜壓2遍，終壓采用20t膠輪壓路機消除輪跡，圖5所示為現(xiàn)場壓實。試驗后對鉆取路面芯樣進(jìn)行壓實度檢測，試驗結(jié)果如表4所示。

圖5 施工現(xiàn)場壓實

表4 多孔瀝青路面芯樣壓實度檢測結(jié)果

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

4 結(jié)論

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

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硬集料，避免擊實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，混合料的可壓實性相對較好，雙面擊實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，復(fù)壓采用16～18t鋼輪壓路機，終壓采用20t膠輪壓路機，各壓實過程靜壓2～3遍，能夠到達(dá)良好的壓實效果。

［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.

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［6］蔣瑋，沙愛民，裴建中，等.多孔瀝青混合料旋轉(zhuǎn)壓實特性［J］.長安大學(xué)學(xué)報：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］.