排水路面混合料（OGFC-13）配合比设计和路用性能研究.pdf

2 0 1 2年4月 石 油 沥 青P E T R O L E U M A S P H A L T 第 2 6卷第2期 排水 路面混合料( OG F C一1 3 ) 配合 比设计和路用性能研究 张娟，靳永岗，刘健 ( 西安公路研究院，西安7 1 0 0 5 4 ) 摘要：通过室内配合比设计，确定了排水路面混合料最佳矿料级配和油石比，分析比较 了基质沥青和 S B S改性沥青与 T P S的不同掺配比例对排水路面路用性能的影响，并在 室内 试验的基础上铺筑了试验段。结果表明：基质沥青和改性沥青均能满足排水路面的路用性能 要求，且改性沥青优于基质沥青；建议 r P s的掺量为r P S ： 改性沥青 =1 0 ： 9 o ；排水路面试验 段各项性能指标 满足规 范要求。 关键 词：道路 工程排水路面 配合 比设计路用性 能 排水性沥青路面主要是功能性路面结构层， 排水是其主要的功能，它能快速将流入路面的雨 水通过其结构内部的连通孔隙排出路面范围外， 提高道路的抗滑性能。由于沥青路面耐久性和抗 车辙性能的要求 ，排水性沥青路面的空隙率不可 能无限的增大 ，因此这就要求在空隙率一定的条 件下，使其连通空隙率最大化，这样既可以延长 排水性沥青路面的使用寿命，同时也可以满足其 排水功能的发挥。十天高速汉中西段采用排水性 沥青混凝土路面O G F C一 1 3 结构，本研究以空隙 率及连通孔隙率为主要控制指标，对排水性沥青 混合料配合比进行了设计分析，同时为提高路面 的耐久性，通过改变沥青种类及其与 T P S的不 同掺量来改善路用性能。通过室内试验分析，为 十天高速汉中西段排水路面的施工应用提供了技 术基础。 1 排水路面的配合比设计 1 1 原材料的选用 矿料：粗集料采用汉中市西乡县自勉峡树 林坪石料厂生产的辉绿岩碎石 ；机制砂和矿粉采 用汉 中勉县宏远石料厂生产的石灰岩碎石加工 。 矿料筛分结果见表 l 。 表 1 矿料的筛分试验结果 沥青：基质沥青选用壳牌9 0号基质沥青， 改性沥青选用江苏佳乐生产的S B S( I c )改性 沥青。 T P S ：T P S 是 日 本大有建设株式会社研发 生产的产品，是一种专门用于生产排水性沥青混 合料的添加剂，2 m m左右颗粒状，淡黄色。主 要成分是热塑性弹性体为主要成分，并经过溶解 收稿 日期 ：2 0 1 1 1 0 2 5 。 作者简介：张娟 ( 1 9 8 O 一) ， 女，湖南祁东人，工学硕士， 工程师，从事道路结构及道路材料研究。 第 2 期 张娟 排水路面混合料 ( O G F C一1 3 )配合比设计和路用性能研究 2 5 性 、粘着性改 良，密度为0 9 6 g o re 。 1 2 矿料级配的确定 按照规范标准，排水性铺装的目标空隙率 1 8 一 2 5 ，为了更好地保证排水性能的持续 性，路面铺装体的耐久性，将目标空隙率设定为 2 0 。由于路面实际的排水性能还受到连通空隙 率的影响，连通空隙率的目标值为 1 4 以上， 在设计矿料级配时必须将空隙率与连通空隙率结 合起来考虑。 本次试验采用的是 O G F C一】 3 ，首先设定基 本级配，根据基本级配2 3 6 m m筛孔的通过量 百分率浮动 4 - 2 来设定粗、细级配。在设定基 本级配时，应固定矿粉及消石灰的使用量。根据 过去 的具 体实践 经验，一般矿 粉使 用 量为 3 5 ，消石灰使用量为 1 5 。此外， 9 5 m m 筛孔的通过量 范围一般 在 5 0 一7 0 。排水性 混合料目标空隙率设定为 2 0 ，按照以往经验， 3种矿料 的级 配 2 3 6 m m 筛孑 L 通过 率在 1 0 、 1 2 、1 4 左右 时，是可 以实现 目标空 隙率 2 0 的最佳配 比。三组级配各档料 的比例 见表 2 ，合成级配见表 3 。 表 2 各档料的比例 级配 合成比例 级配 1 9 51 6 ： 4 7 59 5 ： 0 2 3 6 ： 石灰： 矿粉 = 4 9 ： 4 0 ： 6 ： 1 5 ： 3 5 级配 2 9 51 6 ： 4 7 59 5 ： 02 3 6 ： 石灰： 矿粉 = 4 7 ： 4 0 ： 8 ： 1 5 ： 3 5 级配3 5 1 6 ： 4 7 5一 5 ： 0 2 3 6 ： 石灰： 矿粉= 4 6 ： 38 ： l 1 ： 1 5 ： 3 5 表 3 合成级配结果 根据沥青膜厚度为 1 4 m， 通过矿料表面积 对每个级配的初试油石比推算， 进行马歇尔试验。 暂定油石 比 = 假定沥青膜厚度 ( 1 4 m) 矿料表面积 =( 2+0 0 2 a+0 0 4 b+0 0 8 c + 0 1 4 d+ 0 3 e + 0 6 ，+ 1 6 g ) 4 8 7 4 ( 2 ) 式 ( 2 ) 中的 a 、b 、c 、d 、e 、 f 、g为 累积 矿料表面积 ( 1 ) 通过质量百分率 ，其与筛孔尺寸关系如表 4 。 表 4 筛孔尺寸与 累积通过量百分率的关 系 计算 出 的三组 级 配 的暂定 油石 比分别 为 4 8 、5 1和 5 4 。从试验过程可看出按此计算 的 油石比拌和，搅拌锅底留有一层较厚的沥青胶 浆，可以看出由计算得出的油石比明显偏大。根 据工程实践经验， 在计算得出的油石比基础上降 低 0 2 一 0 3 ，将 三组级配的暂定油石 比设 为 4 8 。由于时间问题 ，在成型 Ma r s h a l l 试件 中采用S B S 改性沥青掺加 T P S( 掺配比例为改性 沥青： T P S= 9 2 ： 8 )这种情况下进行击实试验， 在确定出最优级配和最佳油石比后再采用基质沥 青和 S B S改性沥青 与 T P S的不 同掺配量来进行 路用性能对 比试验。 M a r s h a l l 试件成型温度控制：矿料加热温度 1 8 5 1 9 0，沥青加热温度 1 6 5 1 7 0，混合 料拌和温度 1 7 5，试件击实温度 1 6 5。马歇 尔试验结果如表 5所示 。 2 6 石 油 沥 青 2 0 1 2年第 2 6卷 由马歇尔试件各项体积指标可看出，级配2 的空隙率值符合 目标空隙率为 2 0 的要求，其 连通空隙率也满足1 4 的技术要求，因此确定 以级配 2作为最优级配。 1 3油石比的确定 根据已经确定的最佳级配，进行析漏试验和 肯特堡飞散损失试验，由析漏试验确定最大油石 比，由肯特堡飞散损失试验确定最小油石比，从 而确定出最佳油石比。根据已有经验，采用油石 比间隔0 2 的3 种变化进行试验，以找到最佳 油石 比。试验结果见图 l和图 2 。 综合考虑谢伦堡析漏试验和肯塔堡飞散试验 结果，最终确定出最佳油石比为 4 8 。此时， 沥青膜厚度为 1 3 m 。 2 排水路面路用性能检验 按照上述最佳级配和最佳油石比，通过变化 基质沥青和 S B S改性沥青与 T P S的不同掺配 比 例，成型马歇尔试件，测定马歇尔试验稳定度、 流值，评价混合料的力学稳定性；通过渗透系数 值评价混合料的透水性能；采用高温车辙试验和 小梁低温弯曲试验分析混合料的高、低温稳定 性；通过残留稳定度和冻融劈裂强度比比较混合 料水稳定性。各项路用 性能试验结果如表 6所 示 。 亡 砻 睾 I 骚 基 7 姿 ： 油 比 图 1 谢伦堡沥青析漏试验曲线 油 比， 图2 肯塔堡飞散试验曲线 表6 OGF Cl 3型沥青混合料路用性能试验结果 第 2期 张娟 排水路面混合料 ( O G F Cl 3 )配合比设计和路用性能研究 2 7 由以上试验结果表 明，不 同 T P S掺配量的 混合料各项路用性能指标均满足技术要求 ，其中 T P S ： 改性沥青 =1 0 ： 9 0时混合料各项路用性能指 标相比另外2 组试验结果较优。综合考虑，推荐 级配 2 ( 9 51 6 ： 4 7 59 5 ： 02 3 6 ： 石灰： 矿 粉 = 4 7 ： 4 0 ： 8 ： 1 5 ： 3 5 )可作为十天 高速公路上面层 O G F C一 1 3沥青混合料试验段的 目 标配合比，最佳油石比为 4 8 ，建议 T P S 掺 量为 T P S ：改性沥青 =1 0 ： 9 0 。 3 排水路面试验路铺筑 2 0 1 1 年 8月 2 6日，十天高速汉 中西段铺筑 了 O G F C一1 3沥青混合料试验段，试验段桩号 K 3 3 0 8 9 0 9 0 8 K 3 3 2+ 0 0 0左幅。在铺筑试验路 时从拌和楼取样做了室内试验，试验结果见表 7 。试验段铺筑完成后的检测结果见表 8 。 表 7 OGF C一1 3试验段路用性能试验结 果 表 8 OGF Cl 3试验段现场检测结果 室内试验和试验段检测结果表明，排水路 面各项指标均能满足相应规范要求。 4结论 a ) 通过配合比设计， 建议采用9 5 1 6 m m - 4 7 5 9 5 I n lT l 0 2 3 6 ram 石灰： 矿粉 = 4 7 ： 4 0 ： 8 ： 1 5 ： 3 5 作 为十天高速公路上面层 O G F C一 1 3 沥青混合料试验段的目标配合比，最 佳油石比为4 8 ； b )基质沥青和改性沥青与 T P S不同掺配量 的混合料路用性能均能满足要求，改性沥青优于 基质沥青 ，且 T P S ： 改性沥青 =1 0 ： 9 0时的各项性 能指标最优。 c )在室内试验的基础上，十天高速汉中西 段铺筑了试验段，检测结果表明，其各项指标均 满足相应规范要求。 S t u d y o n M i x De s i g n a n d Pa v e me n t Pe r f o r ma n c e o f oGFC 一1 3 Po r o u s Pa v e me nt Zh a n g J u a n，J i n Yo n g g a n g ，L i u J i a n ( a r t Hi g h w a y f ， a rt 7 1 0 0 5 4 ) Abs t r a c t ： Th r o u g h l a b o r a t o r y mi x de s i g n， t h i s p a pe r d e t e r mi ne d the o p t i ma l a g g r e g a t e g r a d a t i o n a nd a s p h a h c o n t e n t o f p o r o u s p a v e me n t ，a n a l y z e d a n d c o mp a r e d t h e i mp a c t o n t h e p a v e me n t p e rf o r ma n c e o f por o u s p a v e me n t w h e n b a s e a s p h a l t a n d S B S mo d i fi e d a s p h a l t b I e n d e d wi t h d i ff e r e n t p r o po rt i o n o f T P S，a n d b u i l d e d the t e s t s e c t i o n o n the b a s i s o f l a b o r a t o r y e x p e r i me n t s T h e r e s u l t s i n d i c a t e d t h a t b o t h b a s e a s p h a l t a n d mo d i fl e d a s p h a l t c o u l d me e t t h e r e q u i r e me n t s o f p e rf o rm a n c e o f p o r o u s p a v e me n t ，a n d mo d i fi e d a s p h a l t wa s b e t t e r tha n t h a t o f b a s e a s p h a l t T h e r e c o mme n d e d p r o p o r t i o n o f T P S b l e n d i n g wi th mo d i fi e d a s p h a l t w a s 1 0：9 0 A l l p e r f o rm a n c e i n d i c a t o r s o f p o r o u s p a v e me n t t e s t s e c t i o n c o u l d me e t the r e q u i r e me n t s o f s p e c i fi c a t i o n Ke y wo r d s ：roa d e n g i n e e r ；p o r o u s p a v e me n t ；mi x d e s i g n ；p a v e me n t p e rf o r ma n c e