大空隙瀝青混合料最佳瀝青用量確定★

朱 琪 易 文 劉 威 張治強 譚 利

(中南林業科技大學土木工程與力學學院，湖南 長沙 410004)

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大空隙瀝青混合料最佳瀝青用量確定★

朱 琪 易 文 劉 威 張治強 譚 利

(中南林業科技大學土木工程與力學學院，湖南 長沙 410004)

以集料表面積和瀝青膜厚度預估了排水式大空隙瀝青混合料(OGFC)的瀝青用量，根據肯塔堡飛散試驗、謝倫堡析漏試驗，分析了集料間的粘結力，并結合馬歇爾試驗結果確定了最佳瀝青用量，有利于提高OGFC瀝青路面的耐久性。

OGFC，瀝青用量，級配設計，馬歇爾試驗

1 概述

OGFC作為路面的表層材料，往往表面構造深度大，粗集料外露，孔隙中經常充滿了水，在交通荷載的反復作用下，若瀝青用量過少，則會因為集料與瀝青的粘結力不足而影響路面的耐久性。若混合料瀝青用量過多，容易產生析漏、高溫車轍、泛油等病害，影響路面的高溫穩定性。在瀝青路面設計中，空隙率和瀝青用量是非常重要的兩大指標。因此采取合理的方法來確定瀝青用量是大空隙防滑降噪瀝青混合料的關鍵。目前，最佳瀝青用量的確定方法有很多種，我國最常用的方法是馬歇爾試驗方法。

本文以長沙S103(瀏陽段)1 km防滑降噪瀝青路面試驗段實體工程為依托，通過室內試驗，利用飛散、析漏試驗和馬歇爾試驗來確定最佳瀝青用量，對促進防滑降噪瀝青路面在南方地區推廣以及對于OGFC瀝青路面耐久性不足和空隙閉塞等問題的后續研究具有非常重要的意義。

2 材料及級配設計

2.1 主要材料及技術性質

1)瀝青。

本試驗采用瀝青為中國石化東海牌高粘改性瀝青，對該瀝青進行了針入度、軟化點、延度三項試驗，結果見表1。

2)集料。

集料采用江西與瀏陽交界處的石料廠提供的0 mm～2.36 mm，2.36 mm～4.75 mm，4.75 mm～9.5 mm，9.5 mm～13.2 mm四檔輝綠巖集料，四種規格集料的技術性質見表2。

2.2 級配設計

表1 所選瀝青的技術要求和檢測結果

表2 集料技術性質

初擬目標級配見表3。

表3 初擬目標級配

3 初始瀝青用量預估

根據集料表面積和瀝青膜厚度確定初擬目標級配的初始瀝青用量，通常情況下，OGFC的瀝青膜厚度h宜為14 μm。

A=(2+∑ai)/48.74

(1)

Pb=h×A

(2)

其中，A為集料總的表面積；ai為篩孔對應計算系數；Pb為預估瀝青用量。OGFC集料比表面積計算參數見表4。

表4 OGFC集料比表面積計算參數

根據表4計算參數及式(1)，式(2)可得OGFC混合料設計級配預估瀝青用量為4.98%。

4 肯塔堡飛散試驗、謝倫堡析漏試驗確定瀝青用量

肯塔堡飛散試驗用以確定在交通荷載作用下，路面集料不至脫落而散失的最少瀝青用量。謝倫堡析漏試驗用來確定瀝青結合料在高溫狀態下從瀝青混合料中析出多余的自由瀝青數量，從而確定最大的瀝青使用量。謝倫堡析漏試驗與肯塔堡飛散試驗相結合可以得出一個合理的瀝青用量范圍。原則上以析漏損失—瀝青用量關系曲線上對應于拐點處的瀝青用量(即最大瀝青用量)作為排水性瀝青混合料的最佳瀝青用量,然后通過性能試驗進行檢驗。

試驗路段瀝青膠結料為東海牌高粘瀝青，目標級配初試油石比為5.0%，故選擇4.0%，4.5%，5.0%，5.5%，6.0%五組油石比對混合料進行飛散、析漏(燒杯法)試驗，結果見表5，飛散、析漏損失與油石比關系曲線見圖1。

表5 飛散及析漏損失試驗結果 %

由圖1可知，瀝青的析漏量隨著瀝青用量的增大而逐漸增大，當超過某臨界點時，瀝青的析漏損失突然增大，表明該拐點處所設計的混合料自由瀝青含量明顯增加，析漏損失曲線的拐點處相應的瀝青用量為5.2%，對應析漏量上限0.3%的瀝青用量為4.67%。

《公路工程瀝青路面施工技術規范》規定析漏損失的平均值應小于0.3%，由圖1可知，若析漏損失要小于0.3%，則油石比要小于4.6%，那么其對應的飛散損失將會增加，結合以往工程的經驗，該油石比不利于混合料的耐久性能。并且一些學者通過試驗研究也提出現行的規范要求析漏損失小于0.3%是不合理的，排水瀝青混合料的析漏損失控制標準應小于0.8%。經過室內試驗驗證，為防止析漏損失過大，導致路面出現泛油，析漏損失控制指標要求小于0.5%。

5 瀝青用量馬歇爾試驗驗證

馬歇爾試驗是國內常用的一種確定密級配瀝青混合料最佳油石比的試驗方法，但是密級配瀝青混合料與排水性大空隙瀝青混合料在級配組成上差別較大，所以不能直接根據馬歇爾試驗來確定排水性大空隙瀝青混合料的最佳瀝青用量。在本試驗過程中，將馬歇爾試驗結果作為確定最佳瀝青用量的一個參考。馬歇爾試驗結果見表6，根據表6繪出毛體積密度、空隙率、飽和度、穩定度與油石比的關系圖，見圖2。

表6 馬歇爾試驗結果

油石比/%毛體積密度/g·cm-3空隙率/%飽和度/%穩定度/kN流值/mm4.02.11522.316.211.23.364.52.14220.918.913.53.685.02.15119.820.814.43.745.52.15218.823.414.24.236.02.15018.124.713.84.42

由圖2可知，綜合考慮馬歇爾穩定度、空隙率、飽和度以及毛體積密度與油石比的關系，滿足要求的瀝青油石比范圍為4.5%～5.5%。由表5和表6可知取飛散、析漏損失及馬歇爾穩定度共同范圍的瀝青油石比為4.7%～5.3%。為了增強瀝青與集料之間的粘附力，盡可能趨近瀝青用量范圍的上限來確定最佳瀝青用量。因此初定最佳油石比為5.0%，所對應的最佳瀝青用量為4.8%。

6 結語

試驗根據空隙率與2.36 mm篩孔通過率的關系確定了初擬目標級配，結合謝倫堡析漏試驗、肯塔堡飛散和馬歇爾試驗確定最佳瀝青用量為4.8%，并且提出析漏損失控制指標要求小于0.5%的標準。

[1] JTJ F40—2004，公路瀝青路面施工技術規范[S].

[2] 楊 軍,郭 勇,尹朝恩，等.排水性瀝青混合料析漏損失控制標準[J].交通運輸工程學報，2007(5):33-36.

[3] 王曉磊,肖 維.瀝青混合料最佳油石比確定方法試驗研究[J].中南公路工程,2007,32(1):74-77.

[4] 嚴 軍,葉 奮,王小生，等.排水面層瀝青混合料組成設計的研究[J].同濟大學學報,2003,31(3):300-302.

On identification of optimal asphalt content of spacing asphalt mixture★

Zhu Qi Yi Wen Liu Wei Zhang Zhiqiang Tan Li

(CollegeofCivilEngineeringandMechanics,SouthCentralForestryScienceandTechnologyUniversity,Changsha410004,China)

The paper estimates the asphalt volume from the aggregated surface area and asphalt film thickness for the drainage spacing asphalt mixture, analyzes the adhesion stress according to Cantabro stripping test and Schellenberg drain-down test, and identifies the optimal asphalt content by combining with Marshall test, so as to improve the durability of OGFC asphalt roadbed.

OGFC, asphalt dosage, grading design, Marshall test

1009-6825(2016)24-0115-03

2016-06-14★:土木工程應用技術湖南省研究生創新基地資助項目

朱 琪(1993- )，女，在讀碩士

U214.75

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