澆注式瀝青混合料體積設計法研究

趙國云 ，謝遠新 ，陳仕周

(1.重慶鵬方路面工程技術研究院有限公司，重慶市 400025；2.重慶交通大學，重慶市 400074)

澆注式瀝青混合料體積設計法研究

趙國云1，謝遠新1，陳仕周2

(1.重慶鵬方路面工程技術研究院有限公司，重慶市 400025；2.重慶交通大學，重慶市 400074)

為使澆注式瀝青混合料設計時體積特征更明確，最佳瀝青用量來源更有依據，采用土工擊實試驗方法確定合成級配的礦料間隙率，并按照常溫下瀝青剛好填滿礦料間隙的假設換算瀝青用量和有效瀝青用量，然后進行混合料性能試驗。試驗結果表明，該瀝青用量符合澆注式瀝青混合料經驗用油量范圍，且混合料性能試驗結果滿足相關要求，說明澆注式瀝青混合料體積設計法具有實用性和可行性。

橋梁工程；體積設計法；土工擊實試驗；澆注式瀝青混合料；礦料間隙率

0 引言

近年來，澆注式瀝青混凝土以使用效果好、施工敏感性低和易于維修等特點逐漸成為我國大跨徑鋼橋面鋪裝的主流類型之一。

以往在進行澆注式瀝青混合料設計時，一般采用混合料級配范圍中值和初試瀝青用量進行試拌，然后以±0.3%變動瀝青用量進行混合料性能試驗，挑選較佳的配合比［1，2］。由于澆注式瀝青混合料性能指標僅有貫入度、貫入度增量、流動度和-10℃低溫小梁彎曲破壞應變4個指標［3］，以這種設計方法設計的澆注式瀝青混合料體積特征不明顯，最佳瀝青用量的來源缺乏依據。

本文以土工擊實法為基礎，研究澆注式瀝青混合料體積設計法和最佳瀝青用量設計方法，為實際工程提供借鑒。

1 土工擊實參數選擇

澆注式瀝青混合料現場攤鋪完畢后，混合料溫度從230℃左右逐漸降低到常溫，熱脹冷縮作用使混合料體積收縮。為模擬這種收縮作用，采用土工擊實試驗方法對澆注式瀝青混合料合成礦料在加水狀態下進行擊實，從而根據礦料體積指標求解合成級配的礦料間隙率。

根據土工擊實試驗標準［4］，選擇輕型土工擊實儀和有關擊實參數(見表1)。參數選擇的目的是能夠盡量模擬澆注式瀝青混合料收縮功的同時，避免過大的擊實功使礦質集料被擊碎。經過多次試驗，證明采用表1所示參數擊實后的合成礦料間隙和澆注式瀝青混合料自然狀態下形成的間隙基本相同。

表1 輕型土工擊實法參數

2 最佳瀝青用量計算方法

采用不同含水量并將水均勻撒布在合成礦料中，充分拌和后擊實、烘干和稱重，通過擊實后的體積和烘干重量可計算礦料間隙率。

澆注式瀝青混合料的特征是其空隙率接近于0，從而起到絕對防水作用。因此，假設常溫下瀝青剛好填滿合成礦料間隙，此時混合料孔隙剛好為0而不存在多余瀝青而影響混合料的高溫穩定性。在230℃左右攤鋪溫度條件下，瀝青體積膨脹且黏度降低從而提供施工流動性。合成礦料間隙率即為理論最佳瀝青體積率，見式(2)。

考慮有效瀝青概念時，吸收瀝青的體積率計算方法見式(3)～(5)［5］：

則最佳瀝青用量的計算方法分別見式(6)和式(7)：

(1)瀝青用量

(2)有效瀝青用量

式(1)～(7)中：γt為合成礦料擊實烘干后密度，g/cm3；pj為合成礦料擊實烘干后質量，g；ρw為水密度，g/cm3；γsb為礦料合成毛體積相對密度；wx為合成礦料吸水率；γsa為礦料合成表觀相對密度；C為合成礦料瀝青吸收系數；wx為合成礦料的吸水率，%；pbv為吸收瀝青體積率；pba為有效瀝青含量，%；pb為瀝青含量，%；γb為瀝青的相對密度(25℃/25℃)。

3 應用實例

文獻［6］中，通過變動0.075 mm、2.36 mm、4.75 mm和9.5 mm篩孔通過率，采用第1部分所述試驗方法對合成礦料進行了擊實。試驗結果表明，2.36 mm及以下篩孔對澆注式瀝青混合料礦料間隙率的影響較大，并證明2.36 mm篩孔是GA10的粗細分界篩孔。

這里采用玄武巖集料，根據文獻［6］中澆注式瀝青混合料級配范圍，變動2.36 mm篩孔通過率設計3組級配(見圖1)，擊實結果見表2和圖2。

表2 合成級配礦料擊實和間隙率計算結果

圖2 不同含水量對應的礦料間隙率

根據表2試驗結果，選擇最大干密度對應的礦料間隙率計算瀝青用量和有效瀝青用量，并根據《公路鋼箱梁橋面鋪裝設計與施工技術指南》［3］中試驗方法采用高黏度聚合物改性瀝青進行混合料性能試驗，結果見表3。

表3 瀝青用量計算及混合料性能試驗結果

計算和試驗結果表明，當考慮集料吸收瀝青時，采用本文方法確定的最佳瀝青用量約為7.3%，和實際工程經驗用油量相一致，且混合料性能滿足要求。

4 礦料間隙率的選擇與調整

在采用本文所示體積設計法進行設計時，0.075 mm篩孔通過率應選擇級配范圍中值，并分別按照靠近上限、中值和下限變動2.36 mm篩孔通過率設計3組合成級配，進行土工擊實試驗和計算最佳瀝青用量。級配設計經驗豐富時可直接根據經驗挑選級配進行性能試驗，反之應分別對3組級配進行性能試驗，挑選性能最優者作為最終配合比。

澆注式瀝青混合料礦料間隙率應在16%～22%之間，當對高溫穩定性要求較高時應在18%以內［7］，如果不能滿足上述要求則須重新進行級配設計。

根據文獻［6］，澆注式瀝青混合料合成礦料間隙率主要受2.36 mm以下篩孔通過率的影響，其中尤以0.075 mm篩孔通過率影響最大。這可作為調整澆注式瀝青混合料礦料間隙率的依據，但在以往絕大多數采用聚合物改性瀝青作為膠結料的澆注式瀝青混凝土鋪裝工程中，澆注式瀝青混合料的0.075 mm篩孔通過率一般在24%～27%之間變動。

5 結語

選擇土工擊實法參數，對澆注式瀝青混合料合成礦料在加水狀態下進行擊實，以模擬混合料攤鋪后的溫縮作用。計算最大干密度狀態對應的礦料間隙率，并按照常溫下瀝青剛好填滿礦料間隙的假設換算瀝青用量，作為澆注式瀝青混合料的最佳瀝青用量。試驗結果表明，此種方法確定的瀝青用量同實際工程中的經驗瀝青用量相接近，說明澆注式瀝青混合料的體積設計法具有實用性和可行性。

［1］ 凌桂香,羅亨文.澆筑式瀝青混合料配合比設計及試驗研究［J］.中外公路, 2010,30(4)∶271-273.

［2］ 王宏暢,李國芬.南京長江四橋澆注式瀝青混凝土配合比設計研究［J］.公路,2012,(8)∶50-54.

［3］ 陳仕周,鄧學鈞,吳光蓉,等.公路鋼箱梁橋面鋪裝設計與施工技術指南［M］.北京：人民交通出版社，2006.

［4］ JTG E42-2005,公路工程集料試驗規程［S］.

［5］ JTG F40-2004,公路瀝青路面施工技術規范［S］.

［6］ 趙國云，邵強，閆東波.鋼橋面鋪裝澆注式瀝青混合料級配性能［J］.公路交通科技，2013,30(5)∶1-7.

［7］ 株式會社.南京長江第四大橋澆注式瀝青橋面鋪裝設計方案［R］.日本：株式會社長大，2009.

U443.33

A

1009-7716(2015)08-0219-03

2015-03-12

趙國云(1977-)，男，河南舞陽人，碩士，高級工程師，研究方向為路面與橋面鋪裝。