OGFC 瀝青混合料的組成設計及施工要點分析

■陳建鋒

（福建一建集團有限公司， 三明 365001）

在城市化建設進程加快的背景下， 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用前景，得到了業(yè)內的廣泛關注。

國內外專家學者在OGFC 瀝青混合料的設計方法方面還未形成統一定論，大量研究者對其設計過程仍嘗試著優(yōu)化改進[1-2]。張肖寧等[3]提出了CAVF瀝青混合料設計方法， 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)定結構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 瀝青混合料設計方法展開進一步驗證[4-5]，大量數據表明CAVF 法能保障設計出的OGFC瀝青混合料可充分滿足路用性能使用要求，在對其設計方面有著良好的指導作用。

OGFC 瀝青混合料屬于典型的開級配骨架空隙結構，空隙率在很大程度上直接決定了其路用性能表現。 而目前較為常見的設計方法均是在預設目標空隙率后開展級配設計，設計成果路用性能滿足規(guī)范要求即可，這一定程度上能夠確保混合料路用性能的規(guī)范性，但從另一個角度也限制了OGFC 瀝青路面性能的充分發(fā)揮。 因此，探尋一種能夠科學、準確挖掘OGFC 瀝青混合料最佳目標空隙率及對應級配的方法顯得尤為重要。 因此本研究依托高速公路OGFC 瀝青路面施工項目，在CAVF 設計方法基礎上，設計多組OGFC 瀝青混合料目標空隙率并分別開展級配優(yōu)化設計，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 瀝青混合料目標空隙率及對應級配，并重點論述了OGFC 瀝青混合料的施工要點。

1 原材料與級配設計

1.1 原材料

1.1.1 粗集料

粗集料選取采石場干燥、除雜、無風化的潔凈輝綠巖碎石，其指標檢測數據見表1。

表1 粗集料指標檢測結果

1.1.2 細集料

細集料是以粒徑范圍20～40 mm 的潔凈輝綠巖碎石為原材料，以制砂機械加工獲取，其檢測指標數據見表2。

表2 細集料指標檢測結果

1.1.3 高黏復合改性瀝青

黏結料選用福建省生產的高黏復合改性瀝青，其檢測指標數據見表3。

表3 高黏復合改性瀝青性能指標檢測結果

1.2 級配設計

1.2.1 CAVF 法設計原理介紹

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、瀝青粘結料、細集料及目標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， 可對細集料的粒徑上限加以控制，常規(guī)做法是在設計過程中在2.36～4.75 mm 處設置間斷點，從而確保混合料中粗集料間能夠形成骨架嵌擠效果，CAVF 法設計原理見公式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、細集料及礦粉質量占比、油石比及設計空隙率5 個未知量。在設計過程中擬定其中3 項變量即可求取所有參數。

1.2.2 不同目標空隙率級配設計

現有工程應用經驗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， 常選用的空隙率設計范圍為15.0%～25.0%。 為對比不同預設目標空隙率對應級配設計結果對試件路用性能的影響規(guī)律，本研究在CAVF 設計方法基礎上， 設計了3 組OGFC 瀝青混合料目標空隙率，分別為16%、20%、24%，開展級配優(yōu)化設計， 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 瀝青混合料目標空隙率及對應級配。 其中16%目標空隙率代表低空隙率OGFC 瀝青混合料路用性能表現，20%目標空隙率代表一般空隙率對應路用性能表現，24%目標空隙率則代表了高空隙率對應路用性能表現。

在每組目標空隙率進行級配設計時均分別設定了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。 在各組目標空隙率對應最佳級配基礎上接著通過飛散試驗及析漏試驗，結合馬歇爾試驗得出目標空隙率試驗對應的最佳油石比。 其中16%、20%、24%目標空隙率試件組得出的最佳級配曲線見圖1， 對應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現快速排水功能，因此利用CAVF 法進行OGFC 瀝青混合料設計要對其排水性能進行驗證。 按照配合比設計結果以輪碾法制備車轍試件，測試其滲透系數變化情況。 由圖2 可知，隨著空隙率的提升，各組試件的滲透系數呈現顯著上升趨勢，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 種空隙率對應滲透系數均可滿足排水使用要求。

圖2 OGFC 滲透系數變化

2.2 高溫穩(wěn)定性

以動穩(wěn)定度指標表征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 種目標空隙率設定條件下均可得到集料穩(wěn)定嵌擠的骨架空隙結構體系，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，細集料占比相對降低，瀝青膠結材料的黏結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

以摩擦系數及構造深度表征OGFC 瀝青混合料試件的抗滑性能。由表4 可知，OGFC 試件的構造深度在16%空隙率時表現為2.0 mm， 而20%、24%空隙率則均為2.2 mm。 其構造深度表現為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 抗滑性能數據表

2.4 水穩(wěn)定性

OGFC 瀝青混合料透水性強， 但較大的空隙率同時也易造成水損壞，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， 其中當空隙率從16%提升到20%時，滲透系數顯著增大了22.3%，動穩(wěn)定度降低11.2%，且抗滑性能提升至峰值性。當空隙率進一步提升至24%，滲透系數僅增加了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，因此推薦并應用了20%目標空隙率試件組對應的OGFC 瀝青混合料級配及配合比設計結果。

3 施工要點分析

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，撒布時確保均勻，避免出現堆積及漏涂等現象，嚴格控制撒布量。

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，因此須設置對應位置的排水槽。 需要注意的是，排水槽的施工應在面層鋪筑前完成， 槽內以大空隙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 混合料拌合及運輸

OGFC 瀝青混合料施工在拌合過程中應嚴格控制各環(huán)節(jié)混合料溫度， 應控制為：（200±10）℃集料加熱溫度、170℃瀝青黏結料加熱溫度、（185±5）℃瀝青混合料出料溫度。 應在拌合過程中控制干拌時間15 s、濕拌時間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)生離析現象，因此在運輸裝料過程中應呈“品”型，分3 次裝料；運輸過程中以帆布或棉被等介質覆蓋，防止失溫過快；在運輸卸料過程中應嚴格卸料口高度，以低為優(yōu)，最高不得超過車廂側板下方50 cm。

3.4 混合料攤鋪及碾壓

OGFC 瀝青混合料攤鋪時應控制攤鋪溫度為（170±5）℃，攤鋪前對攤鋪機各部件做好預熱。 提前計算拌合樓出料速度、運能、運距、攤鋪碾壓速度，以防出現停機待料。瀝青混合料到場后應于60 min內完成攤鋪。

OGFC 瀝青混合料的碾壓應遵循“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JTG3450-2019 《公路路基路面現場測試規(guī)程》，通過瀝青路面滲透系數測定儀，對施工完成的OGFC 瀝青混合料面層排水性能進行檢測，檢測結果顯示其滲透系數可達4 528 mL/min，可有效實現快速排出路表徑流雨水的目的。

現場實測構造深度為2.1 mm，取芯浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度比為85%，與室內試驗結果相吻合。

4 結語

本研究在CAVF 設計方法基礎上， 設計了16%、20%、24%OGFC 瀝青混合料目標空隙率并分別開展級配優(yōu)化設計，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，推薦了最佳的20%目標空隙率及對應級配和配合比設計結果，并對其施工要點控制展開了論述。 本研究成果可為OGFC 瀝青混合料的設計及施工全過程控制提供一定的借鑒。