探討市政排水瀝青路面混合料設計及施工技術

文／黃澍 長沙交通投資控股集團有限公司 湖南長沙 410000

引言：

瀝青路面如具備良好的降噪、排水以及抗滑性能，能有效保證雨雪氣候條件下的路面行車安全。大空隙瀝青路面由于其自身特點,可以有效地滲透降水，能夠降低公路表面積水，使得雨天道路行車更加安全；因此文章研究大空隙瀝青路面混合料設計方法和對路面性能進行論證，具有十分重要的實踐意義。

1、原材料技術標準

1.1 瀝青膠結料

大空隙路面最重要的作用是排水能力，以避免雨水沖刷導致骨料流失，為此大空隙瀝青路面采用粘性較強的瀝青,以增加混合料的粘結力。

1.2 粗集料

大空隙降噪排水瀝青混合料是典型的骨架空隙結構，粗集料的嵌擠是強度形成的主要來源。因此，粗集料必須具有足夠的強度，才能為大空隙瀝青路面提供足夠的力學性能。本文所用粗集料為玄武巖，經試驗檢測，技術指標滿足設計要求；

1.3 細集料

大空隙瀝青路面中的細集料用量較少，在雨水長期沖刷作用下，主要依靠細集料的粘結力抵抗雨水沖刷；細集料應具有質地堅硬、棱角分明，表面潔凈、耐磨、抗滑的特性；本文選擇人工破碎的機制砂作為細集料，經檢測細集料的技術指標完全滿足技術規范要求；

1.4 填料

大空隙瀝青路面填料的作用主要是增大瀝青與石料的粘結力，本文采用石灰巖磨細礦粉作為填料，經檢測填料的技術指標完全滿足技術規范要求。

2、排水瀝青路面混合料設計

2.1 確定礦料級配

（1）在設計瀝青混合料配合比時,基于工程實踐經驗設定合理的級配孔徑通過率閾值，根據閾值設置多個合理級配，再按照施工設計規定的空隙率，最終選定最優級配。根據瀝青路面施工相關技術規范可知，瀝青混合料空隙率應在18%-22%之間，本研究選定空隙率為20%，并根據施工技術規范及工程實踐經驗等確定級配范圍，礦料目標級配范圍見表1：

表1 礦料目標級配范圍

（2）級配范圍明確的前提下需進一步確定最佳空隙率，根據級配范圍對初選空隙率進行調整，首先調節主要篩孔2.36mm 的通過率，然后在級配范圍內，選擇三個主要篩孔通過率差異明顯的級配；通過試驗測量空隙率數值，得到通過率、空隙率之間的關系曲線，根據曲線確定設計空隙率對應的篩孔通過率，從而得到最佳級配；

（3）上述方法的基本原理是將篩孔孔徑4.75mm 作為劃分粗集料、細集料的分界點，粗集料作為混合料的骨架，孔徑在2.36mm-4.75mm 之間的集料用量較少，大部分為間斷，孔徑不超過2.36mm 的集料和礦粉、瀝青混合形成瑪蹄脂，以填充骨架間隙。通過調整2.36mm篩孔通過率，可控制瑪蹄脂總量，最終達到調整空隙率的目的。

2.2 瀝青用量估算

最優瀝青用量的確定，基于已經確定的最優級配，以及根據工程實踐經驗確定的瀝青膜厚度可大致估算出瀝青用量，計算公式為“估算瀝青用量=擬定膜厚×擬定級配集料表面積”；根據工程施工實際情況及類似工程實踐經驗，初步確定瀝青膜厚12μm。基于上述公式估算出12μm 瀝青膜厚度估算瀝青用量見表2。

表2 12μm 瀝青膜厚度估算瀝青用量

2.3 目標級配確定

基于確定的最佳級配及瀝青用量開展馬歇爾試驗；各級配對應的2.36mm 篩孔通過率差異顯著，由此可得出各級配對應的試件空隙率、2.36mm 篩孔通過率的關系曲線如圖1 所示，按照初步擬定的20%空隙率選定合適的級配；

圖1 2.36mm 篩孔通過率與混合料試件空隙率關系曲線

根據圖1 可知，通過率為11.2%時，試件空隙率約為20%，和設計空隙率匹配，對比三種級配，最終確定級配B 為最佳級配。

2.4 最佳瀝青用量的確定

（1）最佳瀝青用量確定方法：1）以級配B 以及通過計算得到的±0.5%、±1.0%最佳瀝青用量為變量,開展析漏、飛散試驗；分別測定瀝青用量閾值，并通過馬歇爾試驗確定瀝青的穩定度，從而確定最佳瀝青用量；2）基于析漏、飛散試驗數據繪制瀝青析漏、飛散和油石比之間的關系曲線，曲線拐點處對應的油石比則為瀝青用量取值范圍；

（2）馬歇爾試驗：1）基于前文確定的最佳級配和油石比制作試件并開展馬歇爾試驗，根據試驗數據選定最合理的油石比，具體試驗數據見表3；2）馬歇爾試驗結果可知，當空隙率為20% 左右時對應的油石比為4.4%，且隨著油石比的增加，瀝青穩定度并未達到峰值，因此不能作為最佳油石比的依據，只能作為一定的參考。

表3 不同油石比的馬歇爾試驗結果

（3）謝倫堡瀝青析漏試驗：1）根據試驗數據得到瀝青析漏試驗數據和瀝青用量之間的關系曲線，此時曲線拐點處對應的瀝青用量為峰值，如圖2 所示；2）根據圖2 可以看出，瀝青析漏試驗、油石比關系曲線的拐點處對應的油石比約為4.5%。

圖2 析漏損失結果與油石比關系圖

（4）肯塔堡飛散試驗：1）肯塔堡飛散試驗主要目的是根據瀝青飛散數值、油石比之間的關系曲線確定瀝青用量最小值；2）基于飛散試驗數據,繪制飛散數值與油石比之間的關系曲線，見圖3，該曲線的拐點處對應的油石比是大空隙瀝青混合料瀝青用量（OAC2）的最小值；3）據圖可知曲線拐點處對應的油石比約為4.1%；

圖3 飛散損失與油石比關系曲線

（5）根據圖2、圖3 可以看出，大空隙瀝青混合料的瀝青用量最小值為4.1%，最大值為4.5%，即瀝青用量合理范圍為4.1%-4.5%；結合馬歇爾試驗確定的瀝青混合料穩定度最終得到最佳瀝青用量，即瀝青最佳用量為4.5%，對應的大空隙瀝青混合料性能最好。

3、施工技術要點分析

3.1 工程概況

試驗段屬于舊路處置的一部分，處在某市政道路大范圍積水路段，為改善道路排水能力，加速雨水排出，減少道路表面積水，需重新鋪筑該路段路面，鋪筑材料選用大空隙瀝青混合料。該路段大空隙瀝青混合料的主要組分，如瀝青、集料、礦粉的選用，根據試驗結果確定：1）該路段的大空隙瀝青混合料級配根據表1 選定為級配B，對應的設計空隙率為20%，瀝青用量最優值為4.5%；2）由于施工原材料的差異，實際級配可能有少許差異，但大致與試驗確定的級配B 相同。

3.2 性能檢測

（1）排水性能檢測：試驗以該路段三個樁號為試驗區域，各樁號區域內隨機布設3 個測點，分別計算出各測點數據的平均值，借助滲水儀完成路面排水性能試驗，試驗結果如表4 所示；基于相關技術規范及工程實踐經驗可知，大空隙瀝青路面排水性能檢測中，滲透系數要求超過800ml/15s，具體排水性能檢測結果見表4，結果符合施工設計要求；

表4 排水性能檢測結果

（2）降噪性能檢測：1）將檢測工具設置于道路兩側，與地面距離約為1m，試驗車輛分別以60km/h、80km/h、100km/h 的行車速度通過檢測區域；2）檢測結論：大空隙路面的噪音比密級配普通路面的噪音明顯要小，當時速分別為60km/h、100km/h 時，噪聲分別降低3.8dB、6.5dB，說明車速越快，降噪效果越明顯；

（3）路面彎沉檢測：試驗利用貝克曼梁法檢測路基路面的回彈彎沉值，經試驗并計算，該路段平均彎沉值為49，達到道路承載力所需要求；

（4）路面抗滑性能檢測：瀝青路的抗滑性使用擺式儀進行試驗，經檢測摩擦系數均超過0.45，明顯超出施工技術規范要求，表明大空隙瀝青路面結構的抗滑能力強；

（5）路面平整度檢測：合格的平整度是確保道路路面性能的關鍵，通過檢測該路段路面平整度可知，平整度最大值為4mm，滿足平整度不超過5mm的施工設計要求。

3.3 施工關鍵技術

（1）大空隙瀝青混合料的拌和：1）大空隙瀝青混合料的拌合，需采用間歇式拌合設備；2）為確保大空隙瀝青混合料的結構穩定性，采用粘結力強的改性瀝青作為瀝青結合料，拌和時必須嚴格控制材料加熱溫度，以確保混合料的拌合質量；3）出料溫度直接影響大空隙瀝青路面施工質量，如出料溫度超出合理范圍，則必須棄用，并重新拌制；4）根據拌和試驗確定最佳的拌和時間，確保各集料充分混合，使其被改性瀝青均勻包裹，且無聚集與離析現象；

（2）大空隙瀝青混合料的運輸：1）大空隙瀝青混合料運輸過程應嚴格控制溫度，保證運輸途中溫度的要求；2）要滿足攤鋪質量，運抵施工現場時的溫度不得小于175℃；3）應避免裝運環節，集料發生離析，卸料時需分堆多次卸料；

（3）大空隙瀝青混合料的攤鋪：1）攤鋪大空隙瀝青混合料時，需進行自動找平；2）攤鋪車輛前進速度應盡量均勻，合理控制攤鋪時間；3）為避免瀝青混合料離析，需合理控制布料器運行狀態，確保布料器混合料存量始終大于送料裝置2/3；

（4）大空隙瀝青混合料的碾壓：1）碾壓大空隙瀝青路面，主要選擇空隙率作為碾壓的控制指標；2）碾壓時應先進行試驗，根據試驗結果合理選用碾壓方案；3）為避免集料壓碎導致空隙率無法滿足施工設計要求，應選用12t 以下的鋼筒式壓路機，禁用振動型壓路機。

結語：

綜上所述，本研究首先深入分析了大空隙瀝青路面材料、級配、配合比的確定方法，對混合料排水、降噪性能和路用性能進行了驗證，結合試驗路的工程實踐，取得的主要結論如下：

（1）大空隙瀝青混合料的各類原材料均應符合質量性能指標，目標空隙率取20%，根據對比分析最終選定級配B 為最佳級配；基于析漏試驗、飛散試驗結果，確定瀝青用量范圍為4.1%-4.5%，并根據馬歇爾試驗確定最佳瀝青用量為4.5%；

（2）選擇某市政道路積水嚴重的部分區域作為試驗路，選擇表1 中的礦料級配B、設計空隙率為20%，4.5%為最佳瀝青用量，采用大空隙瀝青路面方案。經試驗檢測排水、降噪性能達到設計要求，且其它質量指標均滿足規范要求。