溫拌排水瀝青混合料目標配合比研究

車常偉，陳景雅，陳 俊，高曉月

（河海大學土木與交通學院，江蘇南京210098）

隨著我國公路的快速發展，對路面的功能提出了更高的要求［1］，排水瀝青路面具有表面不積水，雨天抗滑性能好和吸音降噪等功能，是一種高質量的環保型路面［2］，得到國內外越來越多的路面設計者的青睞，各地也相繼進行了一些排水瀝青路面試驗路段的建設［3］。而以“低能耗、低污染、低排放”為基本特征的低碳經濟時代的到來，研究者又提出了溫拌技術，溫拌排水瀝青混合料作為一種高節能、低排放、環境友好的新型瀝青混合料，溫拌瀝青混合料已經得到世界范圍內的高度重視［4-6］。

美國各州普遍采用的設計方法與熱拌瀝青混合料的配合比設計方法基本相同，即以熱拌瀝青混合料的最佳油石比作為溫拌瀝青混合料的最佳油石比，在不同溫度下成型試件，以空隙率為設計參數來確定最佳壓實溫度［7］。

目前我國用于HMA（熱拌瀝青混合料）的設計方法主要有馬歇爾設計法、Superpave設計法和GTM 設計法等。而WMA（溫拌瀝青混合料）的設計基本是沿用HMA的設計方法，包括馬歇爾設計法和Superpave設計法［8-9］。

本文主要研究常州市環湖路溫拌排水瀝青混合料OGFC-13的目標配合比，采用馬歇爾設計法，研究確定溫拌排水瀝青混合料的目標配合比方法，為溫拌排水瀝青混合料的目標配合比設計提供一定的參考價值。

1 原材料

本次研究所使用的粗、細集料為玄武巖集料，礦粉為丹徒高資石料加工廠生產的石灰巖礦粉，瀝青為江陰泰富瀝青有限公司生產的高粘瀝青，聚酯纖維由常州普拉斯化工有限公司生產。

1.1 瀝青

本次研究所使用的瀝青為高黏瀝青，它的各項指標均滿足試驗規范［10］的要求，可以用于本次研究的原材料，其各項指標在此不做過多的敘述。

1.2 粗細集料和礦粉

本研究所使用的集料為玄武巖，其中：玄武巖1#料規格為0～3 mm、玄武巖2#料規格為3～5 mm、玄武巖3#料規格為5～10 mm、玄武巖4#料規格為10～15 mm，各種集料及礦粉的檢測均滿足試驗的要求，各種集料及礦粉的篩分結果如表1所示。

表1 集料篩分百分數Tab.1 The percent of aggregate siveving %

2 集料配合比設計

根據混合料的篩分試驗結果，確定熱拌OGFC-13的三組級配為A，B，C（如表2所示），各種級配通過率如表3所示。

表2 集料級配設計Tab.2 Aggregat gradation %

表3 各類級配通過百分率Tab.3 The pass rate of every gradation %

由表3的試驗合成級配可以看出級配A，B，C，均滿足瀝青混合料級配范圍，所以，級配A，B，C可以作為設計級配。按照規范的規定，經計算級配A的初始瀝青用量為6.1%，級配B的初始瀝青用量為5.5%，級配C的初始瀝青用量為4.5%，三組級配聚酯纖維添加量均為混合料質量的0.25%，按照規范及OGFC-13熱拌瀝青混合料室內拌和及成型溫度，雙面各擊實50次制作馬歇爾試件，采用體積法測定試件的空隙率、并測定試件的馬歇爾穩定度、流值等指標，試驗結果如表4所示。

表4 熱拌排水瀝青混合料各級配試驗結果Tab.4 Results of hot mix porous asphalt mixture at all levels

為保證路面的路用性能，壓實度不能太高，亦不能太低，定為18%～25%之間，由表4的試驗結果可以看出，級配A,B,C 的穩定度均大于3.5 滿足施工規范［11］要求，級配C 的空隙率大于要求的上限25%，級配A的空隙率小于要求的下限18%，結合工程經驗選擇級配B為設計級配。

3 最佳油石比的確定

根據B 的設計級配，按照5 種油石比（4.3%，4.8%，5.3%，5.8%，6.3%），聚酯纖維摻加量分別為混合料質量的0.25%，雙面各擊實50 次制作馬歇爾試件，并進行空隙率、肯塔堡飛散損失、馬歇爾穩定度等相關指標試驗。

根據空隙率、馬歇爾穩定度試驗、謝倫堡瀝青析漏試驗和肯塔堡飛散試驗結果分別繪制穩定度、空隙率、析漏損失、飛散損失與油石比的關系曲線，從曲線上得出滿足規范規定指標要求的油石比范圍，如圖1～圖5所示。

圖1 油石比與析漏損失關系圖Fig.1 The relation of asphalt content and condensate drain loss

圖2 油石比與飛散損失關系圖Fig.2 The relation of asphalt content and cantabro loss

圖3 油石比與空隙率關系圖Fig.3 The relation of asphalt content and void content

圖4 油石比與穩定度關系圖Fig.4 The relation of asphalt content and stability

圖5 空隙率、析漏損失、飛散損失、穩定度與油石比的關系Fig.5 The relation of asphalt content and condensate drain loss

由圖1～圖5得出各項指標均滿足要求的油石比范圍為4.7%～6.0%，其中值為5.35%。由圖3可得油石比為5.35%時空隙率為19.9%，與期望空隙率20%差值為0.1%，滿足規范規定的空隙率與期望空隙率的差值不宜超過±1%的要求。考慮當地的氣候條件及工程特點取最佳油石比為5.4%。

4 GFC-13熱拌瀝青混合料性能試驗驗證

進行最佳油石比下的馬歇爾試驗、謝倫堡瀝青析漏試驗、肯塔堡飛散試驗和車轍試驗來驗證OGFC-13熱拌瀝青混合料的性能。其試驗結果如表5～表7所示。

表5 馬歇爾試驗結果Tab.5 The results of Marshall test

表6 謝倫堡析漏試驗、肯塔堡飛散試驗結果Tab.6 The results of condensate drain and Cantabro test

表7 動穩定度試驗結果Tab.7 The result of dynamic stability test

由試驗結果可以看出級配B的熱拌瀝青混合料馬歇爾試驗的空隙率為19.8%，與期望空隙率20%差值為0.2%，滿足規范規定的空隙率與期望空隙率的差值不宜超過±1%的要求。謝倫堡析漏試驗的析漏損失、肯塔堡飛散試驗的飛散損失以及動穩定度試驗的結果都滿足施工規范［11］所規定的實驗值，所以，級配B和油石比5.4%即為熱拌瀝青混合料的目標配合比和最佳油石比。將實驗所得的目標配合比和最佳油石比用在溫拌瀝青混合料進行試驗。

5 GFC-13溫拌瀝青混合料試驗

本部分主要根據熱拌瀝青混合料的試驗結果，對于溫拌瀝青混合料決定采用油石比5.4%，溫拌劑摻量為瀝青質量的2.5%的OGFC-13溫拌瀝青混合料按照室內拌合及成型溫度（如表8所示）制作馬歇爾試件，測定毛體積密度、空隙率、穩定度、流值等指標，結果如表9所示。

表8 OGFC-13溫拌瀝青混合料室內拌和及成型溫度Tab.8 The temperature of warm mix asphalt mixture mixing and compaction ℃

表9 馬歇爾試驗結果Tab.9 The result of Marshall test

從表9的實驗結果可以看出，空隙率為20.6%滿足與期望空隙率20%差值為0.6%，滿足規范要求，穩定度大于3.5 kN也滿足規范要求，對溫拌OGFC-13瀝青混合料進行性能試驗研究，采用油石比為5.4%，溫拌劑摻量為瀝青質量的2.5%的溫拌OGFC-13瀝青混合料按照表8室內拌合及成型溫度進行謝倫堡瀝青析漏試驗、肯塔堡飛散試驗、車轍試驗檢驗溫拌OGFC-13瀝青混合料的性能，試驗結果如表10和表11所示。

表10 謝倫堡析漏試驗、肯塔堡飛散試驗結果Tab.10 The results of Orenburg asphalt analyze leakage and Kentucky Fort

表11 動穩定度試驗結果Tab.11 The result of dynamic stability test

從表11可以看出溫拌排水瀝青混合料的析漏損失和飛散損失比熱拌排水瀝青混合料的析漏損失和飛散損失略有提高，但是其數值的波動范圍滿足瀝青混合料施工規范的要求且都滿足規范要求（析漏損失小于0.3%，肯塔堡飛散損失小于20%）。從表12中可以看出溫拌瀝青混合料的動穩定度比熱拌瀝青混合料的動穩定度低，但是也滿足規范規定的動穩定度大于等于3 000 次·mm-1的要求。由實驗結果可以判斷熱拌OGFC-13瀝青混合料的目標配合比設計方法即馬歇爾設計方法，適用于溫拌OGFC-13瀝青混合料的目標配合比設計。

6 結論

通過混合料級配調試以及試驗結果的分析，表明所設計的溫拌OGFC-13排水瀝青混合料的性能均滿足《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40-2004）的要求，本研究主要通過熱拌瀝青混合料馬歇爾設計方法確定溫拌瀝青混合料的級配和最佳油石比，并進行性能試驗，所得的結論主要有：

1）本研究得到了溫拌OGFC-13排水瀝青混合料的目標配合比，并進行了相關的性能試驗驗證。

2）熱拌瀝青混合料的配合比設計的方法適用于溫拌瀝青混合料配合比設計，熱拌瀝青混合料的最佳油石比能作為溫拌瀝青混合料的最佳油石比。

3）由性能實驗數據的分析可知，在相同的級配條件下，溫拌瀝青混合料的性能指標比熱拌瀝青混合料略遜一籌，且空隙率會略微提高，但是，各項指標均能滿足熱拌瀝青混合料的技術要求。

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