LSPM最佳瀝青用量的確定方法探討*

毛國軍　張　英　李國芳　劉昌清　孟君遲

(1.荊州市恒通公路橋梁有限責任公司　荊州　434000；　2.武漢工程大學交通研究中心　武漢　430073)

LSPM最佳瀝青用量的確定方法探討*

毛國軍1張英1李國芳1劉昌清1孟君遲2

(1.荊州市恒通公路橋梁有限責任公司荊州434000；2.武漢工程大學交通研究中心武漢430073)

摘要考慮瀝青被集料吸收的比例，提出了以瀝青膜有效厚度和集料比表面積初定瀝青用量的計算方法。在此基礎上，建立了綜合考慮瀝青膜有效厚度、大型馬歇爾試件體積指標，以及析漏和飛散質量損失等因素確定LSPM最佳瀝青用量的方法。

關鍵詞大粒徑透水性瀝青混合料(LSPM)最佳瀝青用量瀝青膜厚度飛散試驗析漏試驗

大粒徑透水性瀝青混合料(largestoneporousasphaltmixes，LSPM)是指混合料公稱粒徑大于26.5mm，運用粗集料嵌擠和細集料填充為基礎的級配設計方法，采用高粘度且高溫性能良好的瀝青膠結料，形成空隙率介于13%～18%的單粒徑骨架嵌擠空隙連通型瀝青混合料。在路面結構中，LSPM能起到抑制反射裂縫擴展、完善結構內部排水的的作用[1]。LSPM是一種新型的瀝青混合料，與傳統的瀝青混合料不相同，常規的馬歇爾試驗方法難以完全確定其最佳瀝青用量。目前，國內外確定混合料瀝青用量時，多未考慮集料對瀝青的吸收量，確定的瀝青用量并不是使混合料性能達到最佳的瀝青用量。筆者考慮瀝青被集料吸收的比例，提出了以瀝青膜有效厚度和集料比表面積初步確定瀝青用量的計算方法，并綜合馬歇爾試件體積指標、析漏與飛散試驗來確定LSPM最佳瀝青用量，使混合料具有最佳的綜合性能[2]。

3　結論

廢膠粉改性瀝青中的膠團與廢胎膠粉表面的界面層通過界面過渡層緊緊地結合為一體。在膠粉表面結合處(節點)，膠團填補了廢胎膠粉的網絡結構，從而形成了廢胎膠粉和瀝青連續或相互交錯的三維空間網絡結構，提高了廢膠粉瀝青結構穩定性；廢胎膠粉的脫硫和解聚、瀝青膠體結構的變化、橡膠顆粒中的硫、炭黑、氧化硅、氧化鐵等活性物質進入瀝青膠體體系這一系列化學反應，在改善瀝青溫度敏感性、低溫性能及耐老化性能方面發揮了重要作用。

通過對廢膠粉改性瀝青3大性能指標對比試驗，可以看出廢膠粉改性瀝青對改善瀝青延度指標有明顯效果，對其他2項指標有一定的改善作用，當廢膠粉摻量在15%左右時，改善效果最佳。

參考文獻

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[2]賈宏偉,王成軍.廢橡膠粉改性瀝青性能試驗研究[J].山東交通科技,2014(6):40-42.

[3]李波,李艷博,曹貴,等.廢舊膠粉與SBS改性瀝青及其混合料的路用性能對比研究[J].中外公路,2014(1):267-273.

[4]范春華,涂娟,楊漢文,等.廢輪胎胎面膠粉改性瀝青性能研究[J].交通科技,2011(5):80-82.

1　初定瀝青用量

LSPM空隙較大，且需要承受較大的交通荷載，因此應采用高粘度改性瀝青。本試驗采用SBS類(I-D)改性瀝青，能較好地滿足設計要求。大空隙排水性瀝青混合料的瀝青膜厚度通常為12～16μm，考慮到有效瀝青含量及瀝青結合料被集料吸收的比例，應選擇最小瀝青膜有效厚度DA為10μm。由瀝青膜有效厚度和集料比表面積初定瀝青用量的步驟如下。

(1) 計算礦料的合成毛體積相對密度dsb和合成表觀相對密度dsa。本試驗計算合成毛體積相對密度時，石屑(0～5mm)用篩出的2.36～4.75mm部分的毛體積相對密度代替，礦粉采用表觀相對密度。

(2) 由合成材料的吸水率wx(%)計算瀝青吸收系數C。

(1)

(2)

(3) 計算合成礦料的有效相對密度dse。對改性瀝青及SMA等難分散的混合料，有效相對密度宜直接由礦料的合成毛體積相對密度與合成表觀相對密度計算確定，見式(3)。

(3)

(4) 計算瀝青結合料被礦料吸收的比例Pba(%)。

(4)

式中：db為25 ℃瀝青的相對密度，即db=ρb/0.997 1。

(5) 計算集料的比表面積SA(m2/kg)。

(5)

(6) 由瀝青膜有效厚度DA、集料比表面積SA、瀝青被礦料吸收的比例Pba等參數綜合確定瀝青用量Pb(%)。

(6)

(7)

式中：Pbe為有效瀝青含量，%；Ps為各種礦料占瀝青混合料總質量分數之和，%，即Ps=100-Pb；ρb為瀝青25 ℃的密度，g/cm3。

由式(6)，(7)即可確定在該瀝青膜有效厚度下的瀝青含量。

(8)

由以上計算可得，最小瀝青膜有效厚度為10μm時，瀝青為2.82%。為了保證混合料的水穩定性和耐久性，需要有較厚的瀝青膜。因此選擇2.9%,3.4%和3.9% 3個瀝青用量對混合料進行馬歇爾試驗、析漏試驗及飛散試驗。

2　確定最佳瀝青用量

馬歇爾試驗采用的試件尺寸為直徑×高度=152.4mm×95.3mm，雙面各擊實112次[3]。制作試件時瀝青加熱溫度為165 ℃，礦料加熱溫度為185 ℃，混合料拌和溫度為165 ℃，擊實成型溫度為150～160 ℃[4]。試件脫模后，測量計算體積指標，其中試件毛體積相對密度采用真空密封法(CoreLok)測定；混合料理論最大相對密度采用計算法。在上述3種瀝青用量下，LSPM各體積指標見表1，瀝青膜有效厚度見表2。

表1　3種瀝青用量下各體積指標

表2　3種瀝青用量下瀝青膜厚度與瀝青膜有效厚度

再對LSPM進行析漏試驗和飛散試驗，試驗結果見表3。

表3　3種瀝青用量下析漏試驗與飛散試驗結果

為直觀起見，將上述參數與瀝青用量的關系圖進行匯總，見圖1。

圖1　LSPM最佳瀝青用量分析圖

綜合以上各指標，合適的瀝青用量范圍為3.1%～3.5%?？紤]到在滿足析漏損失前提下應適當加大瀝青膜厚度，本試驗最終確定LSPM的最佳瀝青用量為3.4%[5]。通過高溫穩定性、水穩定性、滲透性、抗疲勞性能等試驗驗證，各項性能指標均滿足《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTGE20-2011)要求。

3　結語

LSPM性能試驗表明，綜合考慮有效瀝青膜厚度、馬歇爾試件體積指標、析漏及飛散質量損失等確定LSPM最佳瀝青用量的方法是合理合適的，按此方法確定瀝青用量，LSPM能達到綜合最佳的性能狀態。為保證LSPM的水穩定性能和耐久性能，在滿足析漏損失的前提下，應盡量選擇較大的瀝青膜厚度。

[1]房建果.大粒徑透水性瀝青混合料組成設計與應用研究[D]. 上海：同濟大學,2006.

[2]陸長兵,黃曉明,陳興.大粒徑碎石瀝青穩定排水基層混合料設計方法的研究[J].公路交通科技,2004,21(12):9-13.

[3]JTGE20-2011公路工程瀝青與瀝青混合料試驗規程[S]. 北京：人民交通出版社,2011.

[4]JTGF40-2004公路瀝青路面施工技術規范[S]. 北京：人民交通出版社,2004.

[5]鄔俊峰.大粒徑透水性瀝青混合料組成設計及路用性能研究[D]. 武漢：武漢工程大學,2014.

收稿日期：2015-03-23

ResearchonAsphalt'sOptimumVolumeofLargeStonePorousAsphaltMixes

Mao Guojun1，ZhangYing1，LiGuofang1，LiuChangqing1，MengJunchi2

(1.JingzhouHengtongRoadandBridgeCorporation,Jingzhou434000,China;

2.TransportationResearchCenter,WuhanInstituteofTechnology,Wuhan430073,China)

Abstract：Considering the proportion of asphalt absorbed by the aggregate, a calculation method based on bitumen membrane effective thickness and specific surface area of aggregate was figured out to determine the initial amount of asphalt. On this basis, a comprehensive consideration of asphalt film effective thickness, large Marshall specimen volume index, "oil stain" and "scatter" factor was established to determine the LSPM's optimum asphalt content.

Key words:LSPM (large stone porous asphalt mixes); optimum of asphalt; asphalt membrane thickness; scatter ; oil stain

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.04.036

*湖北省公路管理局科技項目 (鄂路計[2012]265號)資助