排水瀝青路面混合料的組成設計及施工要點探討

摘要 OOGFC-5瀝青混合料是一種大孔隙開級配瀝青材料，具有優良的降噪、排水及抗滑性能，在公路工程建設中得到了大規模應用。為準確確定OGFC目標空隙率與級配等級，提高OGFC瀝青混合料路用性能，該文基于CAVF設計理論，分別選取16%、20%、24%三種OGFC目標空隙實施級配設計，對不同目標空隙率級配設計條件下OGFC瀝青混合料路用性能變化情況實施探究，確定OGFC瀝青混合料最優目標空隙率為20%，并詳細總結了OGFC施工技術要點，該文研究成果具有重要的參考價值。

關鍵詞 排水瀝青路面；CAVF法；級配設計；施工技術要點

中圖分類號 U414 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）14-0167-03

0 引言

近年來，隨著生活水平的提升，工程中對公路路面排水、降噪功能也提出了更高的要求。OGFC瀝青混合料作為一種開級配骨架空隙結構，其空隙較大，排水、防滑及降噪性能優良，在公路建設中應用廣泛。現階段，針對OGFC混合料級配設計通常是在設定目標空隙率的條件下開展的，盡管混合料路用性能能夠滿足實際使用需求，但同時也存在較大局限性，導致OGFC混合料性能無法有效發揮。因此，如何探索出一種精準確定OGFC混合料目標空隙率及級配設計的方法，已成為OGFC路面施工的關鍵。該文基于CAVF設計理論，對排水瀝青路面混合料的組成設計展開綜合探究，確定了最佳目標空隙率及級配，并詳細總結了OGFC混合料施工技術要點，研究成果對提高OGFC排水瀝青路面施工質量，保證路面使用性能具有重要意義。

1 原材料與級配設計

1.1 原材料

粗集料：選用經破碎、篩分、凈化處理的花崗巖，質地潔凈、干燥、無雜質，各項技術指標均滿足標準要求。

細集料：選用破碎、篩分、凈化處理的花崗巖碎石，粒徑位于20～40 mm范圍內，主要通過機制砂工藝加工，相關性能指標全部滿足標準要求[1]。

高黏復合改性瀝青：瀝青材料采用江蘇省產高黏復合型改性瀝青，相關性能指標均滿足標準要求。

1.2 級配設計

CAVF法設計原理介紹：CAVF法主要通過對混合料中粗集料空隙實施控制，實現與瀝青材料、細集料、礦料、目標空隙總體積相同的目的[2]。由于實際拌和過程中，各種集料之間容易出現相互干擾現象，可采取限制細集料粒徑的方式進行優化處理，通常在粒徑2.36～4.75 mm區間內采用間斷級配，以保證粗集料之間相互嵌擠形成骨架，CAVF法基本公式如下：

式中：qc、qf 、qa—粗集料、細集料、礦粉質量（kg）；VDRC —干燥條件下粗集料空隙率（%）；qp—油石比（%）；

VV —設計空隙率（%）；γs—粗集料松散狀態下毛體積密度（%）；γf 、γa—細集料、礦粉表觀密度（%）；γv—瀝青材料密度（%）。其中，VDRC、γs、γf 、γa、γv五項指標均可通過試驗測得，所以，式（1）、式（2）中僅剩qc、qf、qa、qp、VV 5項未知指標。實際設計時設定3項指標便可得到全部指標值。

不同目標空隙率級配設計：根據相關研究成果，并結合工程實踐經驗，為保證OGFC混合料排水、抗滑、高溫及水穩性能，其空隙率常控制在15.0%～25.0%區間內。為有效探究不同目標空隙率級配設計條件下OGFC瀝青混合料路用性能變化情況，該試驗基于CAVF法基本原理，依次選取16%、20%、24%三種OGFC目標空隙實施級配設計，根據三種級配類型下混合料路用性能，確定最優目標空隙率和級配類型。16%、20%、24%目標空隙率依次表示低、中、高空隙率條件下混合料路用性能[3-5]。

實際設計時，各組目標空隙率全部設置三種2.36 mm通篩率級配，并制備標準試件，通過綜合比較確定最優級配類型。然后按照最優級配成型標準馬歇爾試件，并通過試驗獲得各種目標空隙率下最佳油石比。16%、20%、24%空隙率下最優級配，如圖1所示，三種目標空隙率下的最佳油石比依次為5.1%、4.9%、4.7%。

2 路用性能分析

2.1 排水性能

OGFC瀝青混合料具有十分優良的排水性能，因此，采用CAVF法對OGFC級配實施設計時，必須檢驗其排水能力。根據預先確定的配合比制備OGFC混合料，并通過輪碾法成型標準車轍板構件，測定OGFC滲透系數，檢測結果如圖2所示：

從上圖2可知：（1）OGFC混合料空隙率越大，其滲透系數越大，當空隙率由16%增大至24%時，其滲透系數從3 454 mL/min增至4 474 mL/min；（2）空隙率20%和24%條件下的OGFC混合料滲透系數相差不大；（3）16%、20%、24%三種空隙率條件下的滲透系數全部符合排水要求[6]。

2.2 高溫穩定性

動穩定度值是反映OGFC混合料高溫性能的重要指標，因此按照標準要求成型試件，測定混合料動穩定度，對其高溫性能實施評價。試驗檢測結果，如圖3所示。

從圖3可知：空隙率越大，混合料動穩定度越小，當空隙率由16%增加至24%時，混合料動穩定度由10 534次/mm減小到6 482次/mm。充分證明三種目標空隙下OGFC混合料內部集料嵌擠效果良好，能夠形成穩定的骨架體系，具有優良的高溫性能，而當空隙率逐漸增大時，混合料內部粗集料比重增加，導致瀝青黏附性能下降，進而在一定程度上降低其高溫性能[7]。

2.3 抗滑性能

摩擦系數、構造深度是反映OGFC抗滑性能的重要指標，通過測取OGFC試件構造深度、擺值對其抗滑性能實施評價。試驗檢測結果，如表1所示：

從表1可知：16%、20%、24%三種空隙率下OGFC試件構造深度依次為2.1 mm、2.3 mm、2.3 mm，擺值分別為67.2、70.1、69.2；綜合兩項指標進行評價，20%空隙率下OGFC混合料抗滑性能最優。

2.4 水穩定性

OGFC混合料為大空隙開級配結構，具有優良的排水性能，但容易出現水損破壞，該文采用浸水馬歇爾試驗測定混合料水穩性能，經試驗得出了OGFC浸水馬歇爾殘留穩定度比變化如圖4：

從上圖4可知：空隙率越大，OGFC混合料殘留穩定度比越小，水穩性能越差。16%、20%、24%三種空隙率下OGFC試件殘留穩定度比依次為90.4%、88.2%和84.2%。

根據16%、20%、24%三種空隙率下OGFC試件排水、抗滑、高溫及水穩定性試驗結果可知，當空隙率由16%增至20%時，混合料滲透系數提高22.3%，動穩定度下降11.2%，并且抗滑能力達到最佳。而隨著空隙率繼續增加至24%，滲透系數提高6.0%，但高溫性能、抗滑性能、水穩性能均出現了下降趨勢，由此表明當空隙率為20%時，OGFC路用性能最佳。所以，選用20%空隙率對應的級配及配合比作為OGFC混合料設計級配[8]。

3 施工要點分析

3.1 黏油層撒布

OGFC瀝青混合料攤鋪前，應對基面實施全面清理，確保表面潔凈、干燥，清理完成后，嚴格按照施工規范要求灑布黏層油，其均勻度、厚度需符合標準要求，灑布完畢應在24 h內完成OGFC瀝青混合料攤鋪。

3.2 排水槽施工

OGFC瀝青路面具有較強的排水性能，雨水經路面空隙滲入結構層內部后，沿橫向坡度匯聚于結構層兩側，所以應在相應部位設置排水槽。但應特別強調的是，排水槽需在面層鋪設前修建完畢，槽體采用OGFC填筑平整并壓實，以最大限度提高排水能力。

3.3 混合料拌和及運輸

OGFC混合料拌和時應加強溫度控制，具體控制標準為：集料溫度為（200±10）℃，瀝青溫度為170℃，混合料溫度為（185±5）℃。同時，還應嚴格控制各環節拌和時間，干、濕拌和時間分別控制在15 s和45 s左右，最大限度保證混合料均勻性[9]。

OGFC混合料由于粗集料含量較大，控制不當容易出現離析問題，所以運輸時應按照前、后、中順序進行裝料，避免一次性裝料高度過大，造成混合料離析；裝料完成后應采用篷布進行覆蓋，避免溫度散失過快；混合料運至現場后，應及時進行攤鋪，避免等待時間過長，影響混合料性能。

3.4 混合料攤鋪及碾壓

OGFC混合料攤鋪對溫度要求較高，其攤鋪溫度應保持在（170±5）℃范圍內，正式施工前應進行提前1 h預熱熨平板，確保溫度滿足要求。同時，應預先進行試鋪，從而確定合理的攤鋪、碾壓施工參數。試驗段施工完成后，嚴格按照確定的攤鋪及碾壓工藝參數進行正式施工。

OGFC混合料壓實應按照“高頻、低幅、勻速、緩慢”的原則進行碾壓，初壓溫度保持在160 ℃左右振動壓實3遍；復壓溫度控制在140℃靜壓3遍；終壓溫度保持在100℃靜壓2遍[10]。

3.5 排水性能檢測

按照現行《瀝青路面試驗檢測技術規程》相關規定，采用滲透系數檢測儀對施工成型的OGFC路面排水能力實施測試，測得其滲透系數為4 528 mL/min，完全滿足路面排水要求。

4 結語

綜上所述，該文章基于CAVF設計理論，分別選取16%、20%、24%三種OGFC目標空隙實施級配設計，對不同目標空隙率級配設計條件下OGFC瀝青混合料路用性能變化情況實施探究，根據各種空隙率條件下OGFC混合料排水、高溫、抗滑及水穩性能變化規律，確定了最優目標空隙率為20%，并以此為標準開展實際工程施工，嚴格按照標準要求開展黏層油灑布、排水槽施工、OGFC混合料拌和、攤鋪、碾壓施工，取得了顯著成效，OGFC路面排水性能完全符合要求，該研究成果對類似工程具有重要的參考意義。

參考文獻

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[10]解金龍.排水瀝青路面預防性養護用滲透性樹脂砂漿性能研究[D].邯鄲：河北工程大學，2021.

收稿日期：2024-03-06

作者簡介：張一（1991—），男，本科，工程師，主要從事公路工程施工技術工作。