CAVF法在小粒徑排水瀝青混合料級配設計中的應用

陸書豪 楊清塵

（重慶交通大學 土木工程學院，重慶400060）

具有大空隙特征的排水抗滑磨耗層(OGFC)因其抗滑、排水降噪的優良功能特性，在我國已經得到廣泛應用，但對于其瀝青混合料的級配設計方法，當前仍然沒有定論。為了提高瀝青混合料的強度，滿足設計空隙率的要求，華南理工大學張肖寧[1]提出了一種基于骨料體積組成的瀝青混合料級配設計方法-主骨料空隙填充法（CAVF），該方法的設計原則是發揮粗集料在混合料中的嵌擠作用，提高瀝青混合料的內摩阻力，并最終形成穩定性較高的骨架空隙結構。同時為了避免細集料顆粒影響粗集料形成的嵌擠結構，瀝青混合料采用間斷級配，通常間斷1.18-2.36mm 或2.36mm-4.75mm 檔細集料，并利用瀝青、細集料、礦粉填充粗骨料形成的間隙，使瀝青膠漿對粗集料的嵌擠能力不產生干涉作用。此后，為了減小設計空隙率和實測空隙率之間的誤差，葛折圣、肖鑫[2-3]等學者相繼對CAVF 進行了優化和修正。本文設計的OGFC-10 混合料由于最大公稱粒徑較小，因此各檔料篩孔通過率對瀝青混合料空隙率的影響較大，為了更加準確的控制空隙率大小，提高小粒徑排水瀝青磨耗層的強度和穩定性，采取主骨料填充法對其級配進行設計。同時為了探究2.36mm 通過率對OGFC-10 混合料的空隙率的影響程度，設定了3 條級配曲線，確定了其合理的通過率范圍。最后，依據室內瀝青混合料路用性能試驗評價了基于CAVF 法設計的級配合理性。

1 試驗原材料

膠結料采用HVA 改性劑和SBS 改性瀝青復配的高粘改性瀝青，技術指標如表1 所示。粗集料采用強度較高玄武巖，細集料和礦粉選擇堿性的石灰巖，經試驗測試，其各項指標均能滿足要求。

表1 高粘改性瀝青技術指標

2 基于CAVF 法的OGFC-10 級配設計

根據經驗確定合適的粗集料、細集料，礦粉的參配比例為84:12:4，計算出粗細集料的密度參數及搗實狀態下的粗骨料間隙率VCADRC。按照式（1）和式（2）聯立方程組，其中預設目標空隙率為20%，瀝青用量為5.0%，礦粉用量為4%，帶入求解粗細集料用量。

式中：qc、qf、qp、qa分別是粗集料、細集料、礦粉、瀝青質量百分比（%），γf、γp、細集料、礦粉表觀相對密度，γa為瀝青密度（g/cm3）,VCADRC是粗集料間隙率（%），Vv 是瀝青混合料設計空隙率（%），α 為干涉系數（1.0～1.2），本文取α=1.1。

最終經過計算和修正，本文得到的集料最終質量比為粗集料：細集料：礦粉=83.8：10.7：5.5，紀為OGFC- Ⅱ型，調整2.36mm 篩孔的通過率得到另外兩組級配OGFC-Ⅰ和OGFC-Ⅲ型，其級配組成如表2 所示，擬定瀝青膜厚度為14μm，按照經驗公式[4]計算初始瀝青用量，試驗得到各個級配的體積參數如表3。

表2 OGFC-10 混合料礦料級配組成

由表3 可知，3 種瀝青混合料的VCAMIX均小于VCADRC種,可見其內部粗集料均形成了嵌擠結構，有利于混合料的強度提升。隨著2.36mm 通過率從9.7%提高到13.4%，瀝青混合料的空隙率從21.2%下降到19.8%，可見2.36mm 的通過率對OGFC-10的空隙率影響較大，隨著2.36mm 通過率增大，空隙率下降明顯，這是因為細集料的增多一定程度填充了空隙。當OGFC-10的空隙率要求在20%～21%時，推薦2.36mm 的通過率應在10%～12%之間。

表3 各個級配瀝青混合料體積參數

3 瀝青混合料路用性能驗證

3.1 最佳油石比

選擇更接近目標空隙率20%的OGFC-Ⅱ類瀝青混合料進行飛散試驗和析漏實驗，根據飛散損失不大于20%,析漏損失不大于0.3%的要求確定了其油石比的范圍在4.42%～5.03%之間。為了增大瀝青膜厚度，提高瀝青與集料的粘附能力，本文選擇5.0%作為最佳油石比。

3.2 路用性能評價

按照上述級配和最佳油石比設計了瀝青混合料，并采取車轍試驗、凍融劈裂試驗、小梁低溫彎曲試驗檢驗了其高溫穩定性，低溫抗裂性以及水穩定性。同時測試了瀝青混合料的滲水性能和抗滑性能，其技術指標如表4 所示。

表4 OGFC-10 混合料的性能指標

由表4 可知，小粒徑排水混合料各項性能均能大于規范要求，這表明基于CAVF 法設計的小粒徑排水瀝青路面能夠具有良好的路用性能。

4 結論

通過CAVF 法設計了OGFC-10 混合料級配，擬定的3 條級配曲線體積參數表明其均能夠滿足目標空隙率要求，且三種級配均能形成粗集料嵌擠結構，有利于提高瀝青混合料強度。

基于2.36mm 通過率和空隙率的大小關系，提出小粒徑排水瀝青混合料2.36mm 通過率的合理范圍應在10%～12%之間。

通過室內試驗，驗證了基于CAVF 法設計的排水瀝青混合料能夠保證良好的路用性能，該方法設計的級配是可行的。