《探讨基于空隙率的透水性沥青路面配合比设计[筑路施工机械化]》由会员分享，可在线阅读，更多相关《探讨基于空隙率的透水性沥青路面配合比设计[筑路施工机械化]（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、F E A T U R E S I 困图 基于空隙率的 透水性沥青路面配合比设计 De s i g n o f M i x P r o p o r t i o n o f P e r me a b l e As p h a l t P a v e me n t B a s e d o n V o i d Ra t i O 付向东 李爱民 狄升贯 1 天津市市政工程建设公司 天津 3 0 0 4 5 7 2 天津交通职业学院 天津 3 0 0 1 1 0 3 天津市市政工程设计研究院 天津 3 0 0 0 5 1 0 引言 透水性沥青路面具有较高 的空 隙率和构造深度 其表面粗糙 有 较好 的透
2、水 防滑和降噪性能 同 时 由于透水性沥青混合料属于骨 架一 空隙结构 具有较好的抗车辙性 能 因此 适用于夏季炎热 降雨 量较大 对噪声要求较高的路段 透水性沥青路面良好的透水性 和 降噪性都与沥青混合料较大的空 隙率有关 同时 空 隙率还影响 着混合料的耐久性 因此 空隙率 是透水沥青路面的关键指标 公路 沥青路面施工技术规范 J T G F 4 0 2 0 0 4 对透水性沥青路面的空隙率 要求是1 8 2 5 实际工程应用 中 透水性沥青混合料的空隙率一般在 2 0 左右 较高的空隙率要求透水性 沥青混合料具有特殊的结构 其矿 料的性质 级配组成等都会对空隙 率产生影响 因此透水性沥青
3、混合 料的配合比设计不同于普通密实型 沥青混合料 J 本文首先对透水性沥青混合料空隙率与路面透水性能的相关性进行研究 分析影响空隙率的因素 在此基础上根据规范要求 对透水性沥青混合料级配 组成进行设计 最后确定透水性沥青混合料的最佳沥青用量 以期指导透水性 沥青混合料的设计和施工 1空隙率与路面透水性能的相关性 透水性沥青混合料主要存在三种空隙 连通空隙 闭空隙以及半连通空 隙 闭空隙 半连通空隙是独立的没有与其他空隙相互连通的空隙 不能形成 有效的渗流路径 属于无效空隙 连通空隙相互交错连通 能够保证水流的有 效下渗 所以路面透水陛能主要与连通空隙率有关 然而 在马歇尔试验中 根据混合料的毛
4、体积密度与最大理论密度计算出 的空隙率 包含以上三种形式的空隙 因此 本文采用简化的试验方法 制备 具有不同空隙的沥青混合料马歇尔试件 测定其空隙率以及连通空隙率 并采 用渗水试验确定沥青混合料的渗水系数 由试验结果绘制空隙率 有效空隙率 与渗透系数的关系曲线 如图1 2 所示 连通空隙率 的计算方法为 P I 与 1 0 0 式中 哟 沥青混合料体积 V 为集料与独立空隙的体积 由图1 2 9析可得 空隙率及有效空隙率对渗透系数的影响都呈现指数关 系 且相关系数都在0 8 以上 当空隙率小于1 0 有效空隙率小于8 时 沥青 混合料几乎不透水 随着空隙率的增加 透水系数也逐渐增大 但幅度较小
5、 5 3 当空隙率达到1 5 时 透水系数增加 幅度明显增大 沥青混合料透水性 能大幅度提升 由于连通空隙率测 定较为复杂 因此使用空隙率作为 沥青混合料渗透系数的控制指标 2 沥青混合料空隙率影响因 素研究 沥青混合料空隙率影响因素主 要分为内因和外因两部分 内因包 括集料特性 矿料级配等 外 因包 括压实功能 压实温度等 本次研 究主要对影响沥青混合料空隙率的 内部因素进行系统分析 2 1集料特性对空隙率的影响 粗集料的性质 形状对混合料 的性能有着重要的影响 直接影响 路面的排水效果 抗滑性能 水稳 性能等 针片状颗粒细长且薄 强 度较低 在压实过程中会产生不 同 程度的破损 直接影响混
6、合料空 隙 率 集料 的破损情况与粗集料的针 片状颗粒含量关系密切 若集料 中 细长 扁平状颗粒过多 就会对混 合料的性能产生 比较大的影响 针 片状颗粒在施工过程中容易被压路 机压碎 折断 导致混合料空隙堵 塞或变小 影响排水效果 根据规范推荐的O GF C 一 1 3 级配范 围 选择 中值作为试验级配 并确 定沥青用量为5 0 在此基础上 采用不 同针片状含量的片麻岩和辉 绿岩成型马歇尔试件 并测试其空 隙率 试验结果如图3 所示 由图3 分析 可得 随着矿 料 中 针片状颗粒含量增大 试件 的空 隙 率不断减小 究其原 因 透水沥青 混合料是典型的骨架一 空隙结构 粗 集料较多 细集料
7、较少 不足以充 分填充空隙 形成的空隙较大 而 在压实过程中 针片状颗粒破损 填充部分空隙 导致空隙率出现一 定程度的减小 当针片状颗粒含量 超过1 2 后 试件 的各项体积指标 产生突变 表明针片状颗粒含量在 O 2 O 0 o 0 o 8 e 0 2 O 0 8 2 4 0 y 0 0 0 4 6 e o 199 o 1 6 长 0 16 盘 g o 1 2 0 1 2 O O 8 0 0 8 0 o 4 0 0 4 1 0 1 5 2 0 2 5 8 1 3 1 8 2 3 空隙率 有效空隙率 图1 空隙率与渗透系数的关系 图2 有效空隙率与渗透系数的关系 2 1 O 一 辉绿岩 20
8、5 脯 岩 摹2 0 O 挝 1 9 5 篮 l 9 O 1 8 5 6 9 1 2 1 5 1 8 2 1 粗集料针片状含量 图3 针片状颗粒含量对 空隙率的影响 表 1 试验级配及 空隙率 筛孔 mm 通过率 编号 宰隙率 1 6 0 1 3 2 9 5 4 7 5 2 3 6 1 1 8 0 6 0 3 0 1 5 0 0 7 5 1 1 00 87 4 63 7 2 3 7 2 0 3 1 3 6 1 0 5 7 4 5 4 4 8 l 7 1 2 00 87 4 63 7 2 3 9 1 9 8 1 4 8 1 0 2 7 2 5 4 4 8 l 8 3 3 0 0 87 4 63
9、7 2 3 4 1 9 4 4 6 l 0 0 7 1 5 4 4 8 l 8 4 4 0 0 88 3 64 8 2 1 5 l 7 7 3 4 9 4 6 9 5 2 4 8 1 9 1 5 0 0 88 3 68 5 2 0 1 1 6 4 3 4 8 9 6 6 5 2 4 7 1 9 6 6 1 0 0 8 9 2 71 0 21 3 1 7 3 2 6 9 3 6 8 5 2 4 7 1 9 8 7 1 0 0 8 9 2 71 O 2 0 9 1 6 9 l 2 6 9 1 6 7 4 91 4 7 2 O 1 8 1 00 8 6 6 64 6 21 6 l 7 6 l 2 2
10、 9 1 6 4 4 9 4 2 20 2 9 0 0 88 9 70 5 l 8 9 l 5 2 11 2 8 5 6 4 5 0 4 4 21 3 l 0 0 0 86 3 6 3 7 1 6 7 l 3 5 0 4 7 9 6 1 5 1 4 4 21 5 l 1 0 0 88 6 69 6 1 7 5 1 3 9 0 6 8 0 6 2 5 1 4 4 2l 9 1 2 0 0 86 3 63 7 l 5 9 1 2 6 0 2 7 6 6 0 4 9 4 4 23 2 1 2 一 1 5 存在一个限值 该值会引起混合料体积指标的明显变化 故粗集料中 针片状颗粒的含量不宜超过1 5 2
11、 2 级配对空隙率的影响 沥青混合料矿料级配组成是影响空隙率的主要因素 为研究矿料级配对 沥青混合料空隙率的影响 根据规范推荐的O G F C 一 1 3 级配范围 在沥青用量为 5 时 选定l 2 条级配 对不同级配组成的混合料成型马歇尔试件 采用体积法 测定各级配沥青混合料的空隙率 试验级配及空隙率如表1 所示 分 析表1 中4 7 5 mm 2 3 6 n l l r l 及1 1 8 I m 筛孔 通过率 得 N4 7 5 9 5 n l n l 1 1 8 2 3 6 mm集料含量对混合料空隙 率的影响 如图4 5 所示 分析图4 可得 4 7 5 mm 2 3 6 mm 和1 1
12、8 mm筛孔通过率与空隙率均有 较好的线性相关性 其相关系数都 在0 8 5 以上 其中2 3 6 mm筛孔的通 过率与 空隙率 的相关系数为0 9 3 较4 7 5 mm和1 1 8 mm筛孔的通过率 高 表 明2 3 6 mm 筛孔通过率对混 合料的空隙率和连通空隙率起决定 性作用 由筛孔通过率与空隙率的 相关性求得 空隙率为2 0 时 4 7 5 mm 2 3 6 mm筛孔的通过率为2 0 5 和1 6 7 分 析 图5 可 得 4 7 5 9 5 mm 1 1 8 2 3 6 mm的集料含量与空隙率具 有较好的线性相关性 且沥青混合 料空隙率随着4 7 5 9 5 mm档集料含 量的增
13、加而增大 随着1 1 8 2 3 6 mm 档集料含量的增加而减小 分析其 原因 4 7 5 m m以上集料对形成沥青 混合料骨架结构至关重要 随着大 集料的增加 沥青混合料空隙率增 大 2 3 6 mm以下集料粒径较小 能 够填充空隙 同时小粒径集料能够 使沥青均匀裹覆形成沥青砂浆 从 而保证沥青混合料具有足够的力学 强度 由各档集料与空隙率的相关 性求得 当空隙率为2 0 时 4 7 5 9 5 mm 1 1 8 2 3 6 m m档集料含量分别 为4 7 8 和4 4 3 基于空隙率的透水性沥青 混合料级配设计 3 1透水性沥青混合料级配设计 通过对影响空隙率的因素分析 进行可得 透水性
14、沥青混合料中矿 料针片状含量应不高于l 5 关键 筛4 7 5 mm的通过 率 宜在2 0 左右 2 3 6 m m筛孔的通过率宜在l 7 左右 4 7 5 9 5 舢 集料含量宜在4 8 左右 1 1 8 2 3 6 m m 集料含量宜在4 5 9 6 左右 根据以上分析 结合规范对集 料 以及透水性沥青混合料级配的规 定 选定优质玄武岩为集料 目标 F E A T U R E S I 蕊 3 v 一 十 23 0 602 6x 32 365 嘉 v 一 0 662 8x 31 121 21 0 9 3 1 2 蒿1 9 1 7 1 f 1 5 1 7 1 9 2 a 4 7 5 m m筛
15、25 23 21 希19 1 7 1 5 1 7 1 9 2 1 2 3 2 5 c 1 1 8 m m筛孔通过率 图4 关键粒径集料含量对混合料 空隙率 的影响 2 3 y 1 5 6 0 9 x 2 6 7 8 2 2 1 R 2 0 8 2 2 6 垂 2 1 基 19 州 l 7 1 4 0 4 3 4 6 4 9 5 2 2 3 4 5 6 7 a 4 7 5 9 5 m m档集料含量 b 1 1 8 2 3 6 m m档集料含量 图5 4 7 5 9 5 m m 1 1 8 2 3 6 mm集料含量对 混合料 空隙率的影响 表2 初选级配 筛 l mm 1 6 1 3 2 9 5
16、4 7 5 2 3 6 1 1 8 0 6 0 3 0 1 5 0 0 7 5 理论油石比 A 1 00 9 5 8 6 2 1 1 5 6 1 0 5 8 1 6 3 5 4 4 8 4 1 4 4 0 合成 B 1 0 0 9 6 7 6 7 5 1 8 3 1 3 4 l 0 1 8 1 6 1 5 4 4 5 4 9 1 级 配 C 1 0 0 9 5 7 1 2 1 l 6 3 1 2 1 0 8 6 4 5 5 3 3 D 1 00 94 2 6 9 3 2 6 9 l 7 2 1 2 2 9 8 6 9 5 9 4 9 5 45 空隙率为2 0 初选4 个级配 由公式求得各级配的理论油石比 初选级配如表 2 所示 制作各级配沥青混合料的马歇尔试件 并测定其空隙率及稳定度 如图6 所示 由图6 分析可知 透水性沥青混合料的空隙率随2 3 6 mm筛孔通过率的增加 而 氐 稳定度随2 3 6 m m 筛孔通过率的增加而增大 分析其原因 4 7 5 mm以 上粒径的粗集料构成了沥青混合料的骨架结构 2 3 6 m m筛孔通过率提高 则 细集料增加 骨架空隙被细集料填充 使沥青混
