OGFC排水沥青配合比设计龚美霞.doc

OGFC排水沥青配合比设计龚美霞摘 要OGFC排水沥青混合料系开级配混合料，具有较高的空隙率和良好的排水降噪功能。结合实际工程，从沥青混合料配合比设计及验证、现场摊铺和碾压等方面介绍OGFC排水沥青路面在城市道路中的应用关键词OGFC 排水沥青路面 城市道路 配合比设计 一、引言随着经济的快速发展，我国城市道路发展迅速。路面抗滑能力一直是城市道路存在的问题，尤其是雨天，路面降水来不及排除而在轮胎与路面之间形成一层水膜，减小了摩擦系数，容易造成滑溜而出现交通事故。如何改善沥青路面抗滑性能，我国在上个世纪六十年代对沥青路面抗滑性能开始进行探索，“七五”期间对抗滑表层重点进行研究，在参考国外研究成果的基础上，提出了AK抗滑表层、多碎石沥青混凝土SAC、沥青玛蹄脂碎石SMA、大空隙开级配沥青磨耗层OGFC等抗滑路面级配类型。2004年9月出版的公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004）提到了OGFC，说明这种路面已经引起我国重视。本文依托武汉大道高架桥工程对OGFC排水沥青配合比设计及施工工艺进行总结。二、 依托工程情况 武汉大道（长江二桥岳家嘴立交）现状为徐东大街，它位于武昌西北部，长江之畔，东湖之滨，是武昌地区不多的几条与汉口紧密相连的重要过江干道，交通功能十分突出。它全长2.39km,红线宽60m，现将它改造成上面层为5cm厚的多孔质OGFC排水沥青混合料路面。三、OGFC配合比设计配合比设计围绕目标空隙率进行，确定混合料矿料级配和最佳沥青用量。传统马歇尔方法不能直接用于OGFC配合比设计，而其它方法如GTM设计方法、Superpave设计方法在国内尚处于消化研究阶段。1、材料选择1.1 粗骨料OGFC混合料粗集料达到80%左右，由粗集料形成骨架成骨架空隙结构，所以，粗骨料的性能好坏是关系到混合料性能好坏的关键，其性质、形状及级配对OGFC混合料的性能有着重要的影响。对粗集料的选择首先要考虑集料的岩性，岩石是酸性还是碱性，所生产的集料与沥青的粘附性有很大的不同，工程上根据石料化学成分中的二氧化硅的含量来划分岩性，二氧化硅含量大于65%的为酸性石料，小于52%的为碱性石料。当碱性石料与沥青接触时，会发生化学吸附反应，在沥青与矿料接触面上形成新的化合物，对于保持混合料的水稳性有利。而酸性石料与沥青的粘附性差，遇水易剥落。石料的颗粒形状对混合料的性能关系密切，压制成的碎石形状近似立方体，表面粗糙、棱角分明为最佳集料，对针片状颗粒含量应控制在一定范围。 OGFC路面粗集料技术要求 项目单位技术指标试验规范石料压碎值%20T0316-2000洛杉矶磨耗损失%20T0317-2000视密度t/m32.5T0304-2000吸水率%2.0T0304-2000对沥青粘附性5级T0616-1993坚固性%12T0314-2000细长扁平颗粒含量%10T0312-2000软石含量%5T0320-2000石料磨光值BPN42T0321-1994石料冲击值%28T0322-2000本项目粗集料全部安徽庐江料场，粗集料分别为510mm、1015mm、两档规格，粗集料检测结果均符合规范要求。1.2细集料细骨料在OGFC排水沥青混合料中只占很小的比例，然而细集料对混合料的性能影响较大。在欧美，细集料一般采用质地坚硬的轧制砂代替天然砂，其理由是，天然砂与沥青的粘附性较差，而且砂的颗粒基本上是球形颗粒，对高温抗车辙能力不利，根据有关研究可知，天然砂掺量每增加1%，沥青混合料的动稳定度降低4%。而轧制砂是破碎得到的，表面特别粗糙，对提高马歇尔稳定度及动稳定度效果明显。细集料应干净、坚硬、干燥、无风化，有适当的级配，并与改性沥青有良好的粘附性。OGFC路面细集料的技术要求如下表： OGFC路面细集料技术要求 项目单位技术指标试验规范含泥量%1T0333-2000坚固性%12T0340-1994视密度t/m32.5T0328-2000砂当量%60T0334-1994本项目细集料杨新料场生产的石屑,细集料为05mm。细集料检测结果均符合规范要求。天然砂全部采用浠水巴河砂场生产的河砂，细度模数为2.4，为中砂。1.3 沥青沥青混凝土是由沥青胶结料与矿料组成的路面材料，胶结料的性能对混合料影响很大。OGFC路面由于混合料粗颗粒过多，细颗粒太少，虽然能形成骨架，但颗粒之间不能够形成强有力的嵌锁作用，混合料的强度受结合料的粘结影响很大，所以要求沥青具有很高的粘性，以确保沥青混合料的稳定性。OGFC混合料所用沥青应该具有以下特点：1、沥青粘性好，具有高粘韧性，高韧性。2、优良的抗老化性能。3、与集料的强粘附性。铺筑OGFC路面，采用普通沥青很难满足上述要求，国内外的实践经验表明，要得到性能良好的结合料，最好采用改性沥青。高黏度改性沥青的技术要求 试验项目单位技术要求针入度（25，100g，5s）0.1mm40软化点（TRB）85延度（15）cm90闪点260薄膜加热试验质量损失率%0.05薄膜加热针入度比%65粘韧性（25）Nm20韧性（25）Nm1560粘度Pas100000注：为区别于普通道路石油沥青质量要求的试验项目。本项目沥青全部采思立特SBS I-D改性用沥青，各项试验指标符合要求。2、OGFC混合料配合比设计OGFC混合料配合比设计主要围绕如何获得目标空隙率，同时保证一定的路用性能进行矿料级配选择和最佳沥青用量的确定。传统的马歇尔设计方法不能直接用于OGFC配合比设计。但由于OGFC配合比设计过程中，仅飞散试验涉及路用性能，不能很好反映混合料其它性能，所以还需要采用马歇尔试验检测其力学性能。OGFC混合料配合比设计可按照以下程序进行：选择目标空隙率、根据确定的级配范围初拟级配、按照马歇尔方法制备试件、选择空隙率达到目标要求的值的若干沥青用量、对混合料进行流淌试验、对成型的试件进行飞散试验、确定最佳沥青用量范围、根据混合料性能特征综合确定满足透水性、耐久性及强度要求的最佳沥青用量。OGFC混合料配合比设计流程如图：原材料的选择2.36筛孔通过量在级配中值附近以3%左右初步确定三个级配沥青含量的初步确定试件制作矿料配合比的确定混合料流淌试验混合料飞散试验最佳沥青含量的确定试验室内配合比的确定空隙率的确认混合料的性能试验目标空隙率的设定NONO OGFC混合料配合比设计流程图3、配合比设计实例（以OGFC-13C沥青混合料配合比设计为例）OGFC-13C沥青混合料目标配合比设计一、设计依据1、沥青路面施工技术规范（JTGF40-2004）2、公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTJ052-2000）3、公路工程集料试验规程（JTGE42-2005）4、武汉市城镇道路沥青路面施工技术规定（WBJ201-2004）5、在沥青混合料时间的成型过程中，理清加热温度为1650C1750C、矿料加热温度为1800C2100C，沥青混合料拌合温度为1751850C、成型温度为1650C1750C6、沥青混合料最大相对密度采用实测，沥青混合料马歇尔试件毛体积密度采用体积法测定。二、试验内容1、原材料试验对安徽庐江料场提供的集料进行筛分试验及表观密度、毛体积密度和吸水率。2、 OGFC-13型排水沥青混合料组成设计试验在规范要求OGFC-13型级配范围基础上，对设计级配曲线进行优化设计，通过马歇尔试验，确定最佳沥青用量。并对OGFC-13型改性沥青混合料目标配合比水稳定性检验。三、 计算说明1、矿料全体的合成毛体积相对密度rsbRsb=100/(P1/r1+P2/r2+Pn/rn)式中：P1、P2、Pn-各种矿料成分的配合比，其和为100； r1、r2、rn-各种矿料相应的毛体积相对密度，矿粉以表观相对密度代替。2、矿料全体的合成表观相对密度rsaRsa=100/(P1/r,1+P2/r,2+Pn/r,n)式中：P1、P2、Pn-各种矿料成分的配合比，其和为100；r,1、r,2、r,n-各种矿料按试验规程方法测定的表观相对密度。3、合成矿料的有效相对密度rserse=Crsa+(1-C)rsb式中：rse-合成矿料的有效相对密度； C-合成矿料的沥青吸收系数； rsa-矿料的合成表观相对密度；4、合成矿料的吸水率（%）WXWX=(1/rsb-1/rsa)1005、试件的理论最大相对密度rti=(100+Pai)+(100/rse)+(Pai/rb)式中：rti-相对于计算沥青用量Pai时沥青混合料的最大理论相对密度，无量纲； Pai-所计算的沥青混合料中的油石比，%； rse-矿料的有效相对密度，无量纲； rb -沥青的相对密度（25/25），无量纲；6、 连通空隙率（%） 游标卡尺测定的试件体积-（空中重量-水中重量）连通空隙率=100% 游标卡尺测定的试件体积7、 试件的空隙率VV（%）VV=（1-rf/rt）100式中：rt-沥青混合料的最大理论相对密度，无量纲。8、 暂定油石比的计算方法见式（1）、式（2）：暂定油石比=假定沥青膜厚度（1.1m）矿料表面积 式（1）矿料表面积=（2+0.02a+0.04b+0.08c+0.14d+0.3e+0.6f+1.6g）/48.74 式（2）式2中的a、b、c、d、e、f、g、为累积通过质量百分率，其与筛孔尺寸关系如表4.筛孔尺寸（mm）4.752.361.180.60.30.150.075筛孔累计通过百分率（%）abcdefg系数0.020.040.080.140.30.61.6四、 试验结果汇总（1） 各种集料筛分试验结果 表1孔径（mm）16.013.29.54.752.361.180.30.30.150.075101510079.61.80.10.10.10.10.10.10.151010010090.90.50.50.50.50.50.50.50510010099.397.760232.916.06.33.21.7砂10010010094.282.569.551.918.12.20.3矿粉10010010010010010010010097.686.5（2） OGFC-13型改性沥青混合料矿料级配范围及设计结果 表2筛孔尺寸16.013.29.54.752.361.180.60.30.50.075合成级配10093.765.120.616.713.510.77.25.64.8下限1009050121064332上限10010070302218151286 （3） OGFC-13型改性沥青混合料设计级配曲线矿料配合比 表3规格10-155-10石屑砂矿粉掺配比例%3148885（4） SBS（-D）改性沥青试验结果 表4项目检测结果技术标准针入度（0.1mm，25）47.64060延度（5）33.520cm软化点（）77.575相对密度1.028实测（5） TPS性能主要指标性能主要成分热塑性弹体为主要成分，并经过溶解性、粘着性改良形状外观2mm左右颗粒状，淡黄色标准添加量TPS:基质沥青=12：88（根据需要可增加添加量）比重0.96g/cm3矿料（粗、细集料及矿粉各项指标） 表5检测项目碎石（10-15mm）碎石（5-10mm）石屑砂矿粉表观相对密度2.7532.7762.6112.5672.694毛体积相对密度2.6852.6842.5832.5242.676压碎值13.3针片状7.5吸水率0.480.821.01.20.2粘附性5级5级砂当量75.369.5亲水系数0.76（6） OGFC-13型改性沥青混合料马歇尔试验 表6体积指标油石比（%）4.04.34.64.95.2矿料全体的相对密度rse2.7072.7072.7072.7072.707合成矿料的吸水率(%)WX0.6150.6150.6150.6150.615全体矿料的毛体积相对密度rsb2.6562.6562.6562.6562.656矿料全体的合成表观相对密度rsa2.7352.7352.7352.7352.735试件的理论最大相对密度rti2.5762.5622.5452.5202.493肯特堡飞散试验3.13.42.92.42.6析漏试验0.180.200.250.390.44试件的毛体积密度rf(g/cm)2.0232.0322.0482.0402.032连通空隙率(%)15.916.417.816.920.3试件的空隙率Va(%)21.520.719.519.018.5(7) OGFC-13型改性沥青混合料马歇尔试验结果汇总表 表7沥青混合料结构类型油石比（%）毛体积密度（g/cm3）空隙率（%）连通空隙率稳定度（KN）流值（0.1mm）OGFC-134.02.02321.515.99.652.334.32.03220.716.410.222.184.62.04819.517.89.112.394.92.04019.016.910.01.895.22.03218.530.29.682.22技术要求18-25145最佳油石比 OAC=4.6% Va=19.5% =2.048g/cm3 五、 结论1、 建议采用该级配，作为OGFC-13型目标配合比设计级配曲线。2、 级配曲线波动范围宜控制在现行规范OGFC-13型允许级配范围之内。3、 该目标配合比，供拌合机确定各冷料仓的供料比例，进料速度及试拌使用。注：TPS标准添加量：TPS：基质沥青=12：88沥青混合料级配材料组成筛孔（mm)26.519.016.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075通过率（%）原 材 料 级 配9.516.0mm 碎石100100.0100.079.61.80.10.10.10.10.10.10.14.759.5mm 碎石10010010010090.9 0.50.50.50.50.50.50.504.75mm石屑10010010010099.397.760.2 32.9166.33.21.7砂10010010010010094.282.569.551.918.22.20.3矿粉10010010010010010010010010010097.686.5各种矿料在混合料中的级配9.516.0mm3131.031.031.024.70.60.00.00.00.00.00.00.04.759.5mm4848.048.048.048.043.60.20.20.20.20.20.20.204.75mm88.08.08.08.07.97.84.82.61.30.50.30.1砂88.08.08.08.08.07.56.65.64.21.50.20.0矿粉55.05.05.05.05.05.05.05.05.05.04.94.3合成级配100 100 100 93.7 65.1 20.6 16.7 13.5 10.7 7.2 5.6 4.8 规范要求级配范围100100100901006080123010226184153123826OGFC-13沥青混合料生产配合比设计一、 设计依据1、 沥青路面施工技术规范（JTGF40-2004）2、 公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTJ052-2000）3、公路工程集料试验规程（JTGE42-2005）4、武汉市城镇道路沥青路面施工技术规定（WBJ201-2004）5、在沥青混合料时间的成型过程中，理清加热温度为1650C1750C、矿料加热温度为1800C2100C，沥青混合料拌合温度为1751850C、成型温度为1650C1750C6、沥青混合料最大相对密度采用实测，沥青混合料马歇尔试件毛体积密度采用体积法测定。二、试验内容二、 试验内容1、原材料试验对各热料仓集料进行筛分试验及表观密度、毛体积密度和吸水率。2、OGFC-13型排水沥青混合料组成设计试验在规范要求OGFC-13型级配范围基础上，对目标设计级配曲线进行优化设计，通过马歇尔试验，确定最佳沥青用量。并对OGFC-13型改性沥青混合料生产配合比水稳定性检验。三、计算说明1、矿料全体的合成毛体积相对密度rsbrsb=100/（P1/r1+P2/r2+Pn/rn）式中：P1 、P2 、Pn-各种矿料成分的配合比，其和为100；r1 、r2 、rn-各种矿料相应的毛体积相对密度，矿粉以表观相对密度代替。2、矿料全体的合成表观相对密度rsarsa=100/（P1/r1+P2/r2+Pn/rn）式中：P1 、P2 、Pn-各种矿料成分的配合比，其和为100；r1 、r2 、rn-各种矿料按试验规程方法测定的表观相对密度。3、合成矿料的有效相对密度rserse= Crsa +（1-C）rsb式中：rse-合成矿料的有效相对密度；C-合成矿料的沥青吸收系数；rsa -矿料的合成表观相对密度；4、合成矿料的吸水率（%）WxWx=（1/ rsb -1/ rsa）1005、试件的理论最大相对密度rti=(100+Pai)/(100/ rse )+(Pai/ rb)式中：rti -相对于计算沥青用量Pbi时沥青混合料的最大理论相对密度，无量纲；Pai -所计算的沥青混合料中的油石比，%；rse -矿料的有效相对密度，无量纲；rb-沥青的相对密度（25/25），无量纲。6、连通空隙率（%） 游标卡尺测定的试件体积-（空中重量-水中重量）连通空隙率= 100% 游标卡尺测定的试件体积7、试件的空隙率VV（%）VV=（1rf /r t）100式中：r t-沥青混合料的最大理论相对密度，无量纲。8、暂定油石比的计算方法见式（1）、式（2）：暂定油石比=假定沥青膜厚度（1.1m）矿料表面积 式（1）矿料表面积=(2+0.02a+0.04b+0.08c+0.14d+0.3e+0.6f+1.6g)/48.74 式（2）式2中的a、b、c、d、e、f、g为累积通过质量百分率，其与筛孔尺寸关系如表4.筛孔尺寸（mm）4.752.361.180.60.30.150.075筛孔累计通过百分率（%）abcdefg系数0.020.040.080.140.30.61.6四、试验结果汇总（1）各种集料筛分试验结果 表1孔径(mm)16.013.29.54.752.361.180.60.30.150.0754#仓11-1610093.225.10.30.20.10.10.10.10.13#仓6-1110010091.51.90.30.20.10.10.10.12#仓3-610010010066.91.00.30.20.20.20.11#仓0-310010010099.793.678.658.922.66.31.6矿粉10010010010010010010010097.686.5（2）OGFC-13型排水沥青混合料矿料级配范围及设计结果 表2筛孔尺寸16.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075合成级配10096.963.319.114.613.011.07.45.64.6下限1009040121064332上限10010060302218151286 (3) OGFC-13型排水沥青混合料设计级配曲线矿料配合比表3规格4号热仓料3号热仓料2号热仓料1号热仓料矿粉掺配比例%45355105（4）SBS （I-D）改性沥青试验结果 表4项目检测结果技术标准针入度（0.1mm，25）47.64060延度（5）33.020cm软化点（）77.575相对密度1.028实测(5)、TPS性能主要指标性能主要成分热塑性弹性体为主要成分，并经过溶解性、粘着性改良形状外观2mm左右颗粒状，淡黄色标准添加量TPS：基质沥青=12：88（根据需要可增加添加量）比重0.96g/cm3矿料（粗、细集料及矿粉各项指标） 表5检测项目4号热仓料3号热仓料2号热仓料1号热仓料矿粉表观相对密度2.7672.7672.7452.6742.694毛体积相对密度2.6392.6402.6212.5452.694压碎值针片状吸水率0.480.821.01.20.2粘附性5级5级砂当量75.369.5亲水系数0.76（6）OGFC-13型排水沥青混合料马歇尔试验 表6体积指标油石比（%）4.24.54.8矿料全体的相对密度rse2.7072.7072.707合成矿料的吸水率（%）Wx1.5001.5001.500全体矿料的毛体积相对密度rsb2.6442.6442.644矿料全体的合成表观相对密度rsa2.7542.7542.754试件的理论最大相对密度rti2.5422.5232.503肯特堡飞散试验8.48.78.9析漏试验0.120.190.30试件的毛体积密度rf(g/cm)2.0222.0362.047连通空隙率（%）14.515.916.4试件的空隙率Va（%）20.519.318.2（7）OGFC-13型排水沥青混合料马歇尔试验结果汇总表 表7沥青混合料结构类型油石比（%）毛体积密度(g/cm3)空隙率（%）连通空隙率稳定度（KN）流 值（0.1mm）OGFC-134.22.02220.514.59.332.154.52.03619.315.99.362.224.82.04718.216.59.542.18技术要求18-25145-最佳油石比 OAC=4.5% Va=19.3% =2.036g/cm（8）、最佳油石比下谢伦堡析漏试验(烧杯法) 试验条件:试验温度185,保温1小时后进行析漏试验,试验结果见表11。表9 析漏试验结果级配类型油石比(%)析漏1(%)析漏2(%)析漏3(%)平均(%)要求(%)OGFC-134.50.150.170.150.160.3（9）、肯特堡飞散试验试验条件:将SMA的马歇尔试件在20下浸泡20小时,然后采用洛杉机磨耗试验机旋转300次进行飞散测试,试验结果见表12。 表10飞散试验结果 级配类型油石比(%)飞散率1(%)飞散率2(%)飞散率3(%)飞散率4(%)平均(%)要求(%)OGFC-134.57.82 8.658.888.268.4020五、结论1、建议采用该级配，作为OGFC-13型目标配合比设计级配曲线。2、级配曲线波动范围宜控制在现行规范OGFC-13型允许级配范围之内。3、该目标配合比，供拌和机确定各冷料仓的供料比例，进料速度及试拌使用。注：TPS标准添加量为：TPS：基质沥青=12：88。沥青混合料级配材料组成筛孔（mm)26.519.016.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075通过率（%）原 材 料 级 配4#仓(1116mm)10010093.225.10.30.20.10.10.10.10.10.13#仓(611 mm)10010010010091.51.90.30.20.10.10.10.12#仓（36mm）10010010010010066.910.30.20.20.20.11#仓(03mm) 10010010010010099.793.678.658.922.66.31.6矿粉10010010010010010010010010010097.686.5各种矿料在混合料中的级配5#仓000.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 4#仓4545.045.041.911.30.10.10.00.00.00.00.00.03#仓3535.035.035.035.032.00.70.10.10.00.00.00.02#仓55.05.05.05.05.03.30.10.00.00.00.00.01#仓1010.010.010.010.010.010.09.47.95.92.30.60.2矿粉55.05.05.05.05.05.05.05.05.05.04.94.3合成级配10010097665219151311765规范要求级配范围100100100901006080123010226184153123826