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1、大粒径透水性沥青混合料柔性基层 施工指导意见 征求意见稿 山东省青州至临沭高速公路建设项目办公室 青州至临沭高速公路总监代表处 山东省交通科学研究所 1 概述 大粒径透水性沥青混合料 LARGE STONE POROUS ASPHALT MIXES 是指混合料最大公称粒径大于26 5mm 具有一定空隙率能够将水分 自由排出路面结构的沥青混合料 大粒径透水性沥青混合料通常用 作路面结构中的基层 这种大粒径透水性沥青混合料的提出是来自 美国一些州的经验 美国中西部的一些州对应用了三十多年以上而 运营状况相对良好的一些典型路面进行了相关的调查 发现许多成 功的路面其基层采用的是较大粒径的单粒径嵌挤型
2、沥青混合料如灌 入式沥青基层 因此提出以单粒径形成嵌挤为条件进行混合料的设 计 从而形成开级配大粒径透水性沥青混合料 LSPM 美国NCHRP 联合攻关项目对大粒径沥青混合料也进行了相关研究 最终得到了 研究报告 NCHRP Report 386 但是研究报告主要是针对于大量实体 工程的调查而且偏重于密级配大粒径沥青混合料 而且NCHRP Report 386 对大粒径透水性沥青混合料材料与结构设计并没有进行 系统的研究 我们在国外研究的基础上从2001 年开始进行了大量的 研究和应用 并对其级配与各项技术指标进行研究 使其更符合我 国具体实际情况 根据研究结果与使用状况提出了本设计与施工指
3、南 更好地指导工程实践 大粒径透水性沥青混合料的设计采用了新的理念 从级配设计角度 考虑 大粒径透水性沥青混合料 LSPM 应当是一种新型的沥青混合 料 通常由较大粒径 25mm 62mm 的单粒径集料形成骨架由一定 量的细集料形成填充而组成的骨架型沥青混合料 大粒径透水性沥 青混合料 LSPM 设计为半开级配或者开级配 由于大粒径透水性沥 青混合料 LSPM 有着良好的排水效果 通常为半开级配 空隙率为 13 18 它不同于一般的沥青处治碎石 ATPB 基层 也不同于 密级配大粒径沥青混合料 ATB 沥青处治碎石 ATPB 粗集料形 成了骨架嵌挤 其基本上没有细集料填充 因此空隙率很大一般大
4、 于 18 具有非常好的透水效果 但由于没有细集料填充空隙率过 大其模量较低而且耐久性较差 密级配大粒径沥青混合料 ATB 也 具有良好的骨架结构 空隙率一般在 3 6 因此其不具有排水性能 大粒径透水性沥青混合料级配经过严格设计 其形成了单一粒径骨 架嵌挤 并且采用少量细集料进行填充 提高混合料模量与耐久性 在满足排水要求的前提下降低混合料的空隙率 其空隙率一般为 13 18 因此其既具有良好的排水性能又具较高模量与耐久性 研究和应用表明大粒径透水性沥青混合料具有以下优点 1 级配良好的大粒径透水性沥青混合料可以抵抗较大的塑性和剪 切变形 承受重载交通的作用 具有较好的抗车辙能力 提高了沥
5、青路面的高温稳定性 特别是对于低速 重车路段 需要的持荷时 间较长时 设计良好的 LSPM与传统的沥青混凝土相比 显示出十分 明显的抗永久变形能力 2 大粒径透水性沥青混合料有着良好的排水功能 可以兼有路面 排水层的功能 3 由于大粒径透水性沥青混合料有着较大的粒径和较大的空隙 它可以有效地减少反射裂缝 4 大粒径集料的增多和矿粉用量的减少 减少比表面积 减少了 沥青总用量 从而降低工程造价 5 与通常的半刚性基层相比 提高了工程施工速度 减少了设备 投入 6 在大修改建工程中 可大大缩短封闭交通时间 社会经济效益 显著 公路沥青路面施工技术规范 JTG F40 2004 中规定 新建沥青 路
6、面的基层按结构组合设计要求 可以选用柔性基层 半刚性基层 刚性基层与混合式基层 其中混合式基层是指上部使用柔性基层 下部使用半刚性基层的结构 这样就改变了我国高等级公路沥青路 面长期以来的结构单一局面 即千篇一律的使用半刚性基层沥青路 面 而且 今年交通部印发了 关于防治高速公路沥青路面早期破 坏的指导意见 交公路发 2005 523 号 文件中提到 柔性基层 使许多发达国家常用的路面结构形式 鼓励各地加强柔性基层试验 研究 在试验路段铺筑成功的基础上加以推广 柔性基层在国内已经开始研究并铺筑了多条试验路 取得了很好的 效果 一般情况下采用柔性基层路面结构厚度应当增大 当采用沥 青稳定类作为柔
7、性基层时其造价较高 我省自 2001年开始就进行了 大量的混合式基层研究并铺筑了多条试验路 取得了非常好的效果 近两年开始在高速公路大修工程中 国省道改造工程中大面积推广 应用 取得了比较宝贵的经验 逐步完善其结构设计与材料设计体 系 2 材料设计 材料要求 对沥青混合料的性能起着决定性作用的几个集料指标包括 认同特性 和 资源特性 认 同特性 是 粗细集料的棱角性 扁平细长颗粒含量 粘土含量 资源特性 是指韧度 洛 杉矶磨耗 安定性 有害质含量 所有的矿料必须无塑性 沥青混合料中的粘土颗粒成分可以引起沥青混合料的体积膨胀 在水 的作用下引起沥青膜与矿料间的剥离现象 1 大粒径沥青混合料中粗集
8、料起到骨架作用 粗集料的质量和其物 理性能严重地影响着混合料的使用性能 因此混合料中粗集料应使 用轧制的坚硬岩石 对大粒径沥青混合料其粗集料颗粒性状良好 细长及扁平颗粒含量不应超过15 集料压碎值应不大于26 粗 集料与沥青应有良好的粘结力 根据目前高速公路水损害出现的频 率较高 要求粗集料与沥青的粘结力为5 级 小于 5 级时应当采取 抗剥落措施 以保证混合料达到水稳定性指标要求 未列出指标应 满足 公路沥青路面施工技术规范 JTG F40 2004 中对热拌沥青 混合料集料的要求 2 细集料包括人工砂 石屑和天然砂 采用反击式或锤式破碎机生 产的硬质岩集料经过筛选的小于2 36mm的部分具
9、有较好的角砾性 可以作为人工砂使用 大粒径沥青混合料可以使用人工砂和石屑作 为细集料 但不准采用天然砂 细集料棱角性必须大于42 砂当 量值不小于 65 3 由于大粒径沥青混合料为透水混合料 为了提高沥青混合料的抗 水损害能力 填充料宜采用干燥消石灰粉或生石灰粉 填充料技术 要求可根据当地情况而定 至少应满足III 级要求 4 为了保证大粒径透水性沥青混合料的耐久性 混合料需要比较厚 的沥青膜 但同时必须防止混合料的析漏 因此应当采用粘度较高 的沥青胶结料 根据课题研究混合料可以采用MAC 70 改性沥青或 SBS改性沥青 济莱高速公路决定同意采用MAC 70 改性沥青 其应 满足下表的相关要
10、求 MAC 70 改性沥青的技术要求 试验项目技术要求试验方法 针入度 25 100g 5s 0 1mm 最 小 35 60JTJ052 93 软化点 TR B 最小70 T0606 动力粘度 60 最小300ASTMD4957 闪点 最小 230 T0611 溶解度 最小99 T0607 旋转薄膜烘箱试验 RTFOT 后残留物T0610 质量损失 最大 T0610 针入度比 25 最小70 T0604 注 表中常规指标现场做 其他指标可根据监理而定 动力粘度只有在有条件 时才要求测定 用毛细管法测定 老化试验采用旋转薄膜烘箱试验 RTFOT 为 准 允许采用薄膜加热试验 TFOT 代替 但必
11、须在报告中注明 且不得作为 仲裁结果 级配设计 大粒径透水性沥青混合料作为基层要承受车辆荷载 另外还兼有排 水功能 因此设计的混合料要形成骨架结构 空隙率要在15 左右 大粒径透水性沥青混合料没有固定级配曲线 其级配与原材料的性 能有关 不同的原材料其级配曲线是不一样的 结合山东省的研究 成果 推荐的级配范围如下 大粒径沥青混合料推荐级配 筛孔5219 LSPM 2510010010070 9850 8532 6220 456 296 183 152 101 71 61 4 LSPM 3010010090 10070 9540 7628 5819 396 296 183 152 101 71
12、61 4 LSPM 3510075 9867 9650 8025 6015 4010 356 256 183 152 101 71 61 4 在通常情况下普通石灰岩集料可以采用上表中提供的级配范围 当 集料性质发生较大变化时需要对级配进行设计 设计方法可以采用 NCHRP Report 386 提供的方法或者采用粗骨料骨架嵌挤方法 一般情况下 采用程序进行级配计算 程序计算出的各种集料用量 比例不一定完全适合 需要人工进行相应的调整 成型方法 我国多年以来一直采用标准马歇尔试验进行沥青混合料的设计和研 究 由 于大 粒 径 透 水性 沥 青 混 合 料 最 大 公 称 粒 径 较 大 通 常
13、26 5mm 现行沥青混合料试验规程对于大于26 5mm 的粗粒式 沥青混合料 可以采用替代法 由于采用小粒径石料代替大粒径石 料的方法会改变原有的级配规律 造成试验的系统误差 根据目前 国内外对成型方法的研究基础 可以采用的方法有大型马歇尔法 振动成型法和旋转压实仪体积法设计等 但是到目前为止都尚无完 善的设计体系 马歇尔方法在我国应用比较普遍 也比较容易接受 但是由于大沥青沥青混合料粗骨料相对更多 骨架结构形成较好 如果采用大型马歇尔法则必定会造成大量石料被击碎 从而影响了 试验的准确性 另外也不如旋转压实仪能够更好的模拟现场压实情 况 根据课题研究成型方法要根据现有条件可以采用大马歇尔法
14、与 旋转压实仪法 击实次数112 次可作为大型马歇尔击实成型的标准 击实次数 大马歇尔与标准马歇尔击实参数表 参数标准马歇尔大马歇尔 试件直径 mm 试件标准高度 mm 锤重 kg 落锤高度 mm 457457 击实次数75112 对 Superpave 旋转压实仪法成型 根据交通量的要求 按重交通量 要求选取初始压实次数为8 次 压实轴向荷载仍采用为600KPa 对 重载交通采用 100 次作为设计压实次数 体积指标测定 体积指标主要是指密度的测定与空隙率的计算 密度的测定采用实 测法和计算法 实测法包括CoreLok法与二次封蜡法 Corelok是美 国 InstroTek 测量仪器设备公
15、司生产的一种专门用于测量沥青混合料 及其砂石原材料密度的自动真空封装设备 被美国NCAT 美国国家 沥青中心 指定为专用密度测试设备 在美国已经得到广泛应用 Corelok密度检测完全满足ASTM D6752及 ASTM D6857规范要求 其特点为 对试样形状无要求 多功能 全自动 快速 准确及再 现性好等 Corelok能准确测试大空隙率沥青混合料的密度 如 OGFC 大粒径透水性沥青混合料 透水性路面沥青混合料等 是传统的测 试方法无法匹及的 根据对三种密度测试方法的对比研究可得到一些结论 三种密度中 二次封蜡法密度最大 计算法密度最小 CoreLok法居中 计算法与 二次封蜡法密度受人
16、为因素的影响较大 相对而言CoreLok 法较为 准确 综合分析在目标配比设计时采用CoreLok 法密度较为合适 施工现场可以采用计算法 但在设计时应对比CoreLok 法找出其关 系 密度的测定还包括最大理论密度的测试 最大相对密度可以采用真 空实测法和计算法 按照 公路沥青路面施工技术规范 JTG F40 2004 规定 对于普通沥青混合料可以采用实测法 对于改性 沥青混合料由于比较难以分散应采用计算法 对大碎石混合料一般 采用 MAC 70 改性沥青粘度较大 因此采用计算法 计算法采用集 料有效相对密度 有效相对密度宜直接由矿料的合成毛体积相对密 度与合成表观相对密度按式 1 计算确定 其中沥青吸收系数C 值根 据材料的吸水率由式 2 求得 材料的合成吸水率按式 3 计算 sbsase CC 1 12 9339 02936 0033 0 2 xx wwC 2 100 11 sasb x w 3 最佳沥青含量确定 纵观国内外对排水性大孔隙沥青混合料最佳沥青用量确定的方法 主要都是经验方法 根据课题研究 最佳沥青含量的确定应采用沥 青膜厚度 设计空隙率并综合析漏与飞散试验方法确定
