排水性沥青混合料(OGFC-13)配合比设计

张卫年

(常州市市政建设工程有限公司，江苏 常州 213000)

排水性沥青混合料路面是一种能够及时排除路面雨水的沥青混合料路面，这种沥青混合料最显著的特点是具有大空隙率，一般在18% ～25%之间。排水性沥青混合料在雨水旺盛季节能有效提高抗滑性能，及时排除路面积水，因此提高了行车的安全性，同时也大大降低了由汽车轮胎带起的水雾，为后面车辆的安全行驶提供了保障。排水性沥青路面的另一优点是可降低行车时轮胎与路面摩擦的噪声。据大量试验统计，不下雨时可以降低3 dB左右，雨天时可以降低8 dB。排水性沥青混合料对于原材料的要求比一般沥青混合料要高得多。主要是由于该种沥青混合料中粗集料含量很高(约占矿料的85%)，耐久性损失很严重。为了应对这一不足之处，只有通过提高沥青的黏结力，将这种类型的沥青混合料形成一个整体，从而保证排水性沥青混合料的使用寿命。该沥青混合料品种是环湖东路沥青路面的一大特色，建设单位非常重视。为了保证排水性沥青混合料路面具有优越的路用性能，参阅了大量资料，并借鉴其成功的经验。［1-5］

排水性沥青混合料强度形成机理:①集料之间的嵌挤力和内摩阻力;②高黏沥青吸附在矿料表面形成的黏结力;③排水性沥青混合料中加入聚酯纤维后，因该材料能够均匀分散并且有一定强度，在混合料中起到了加筋作用，同时可以增加集料表面沥青膜的厚度，减少了水分渗入沥青混合料的含量。另外，由于纤维的吸附作用使沥青的黏滞度变大，提高了高黏沥青与集料的黏结作用力。第2种和第3种强度形成机理，对强度起决定性作用。聚酯纤维呈三维立体分布，它与高黏沥青以及矿料之间的相互作用包括物理吸附过程和化学吸附过程。直接与矿料产生反应的高黏沥青被称为结构沥青，这种高黏沥青可大大提高排水性沥青混合料的稳定度。由于聚酯纤维与高黏沥青具有很强的吸附性，且不缠绕，可吸附多余的自由沥青，提高高黏沥青的黏稠度和黏聚力，降低高黏沥青的流动性，限制集料向四周移动，因此提高了排水性沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性、抗疲劳性能以及水稳定性。

1 试验材料选择

1.1 高黏沥青

排水性沥青混合料中的胶结料的选择要综合考虑高温稳定性、低温抗裂性以及水稳定性。通常情况下选用的A-70普通沥青SBS改性沥青已不能满足该种沥青混合料的路用性能。本文选用的沥青为江阴泰富沥青有限公司生产的高黏沥青。为了保证其品质的稳定性，只能随拌随用，不能有库存，具体性能检测结果见表1。

表1 排水性沥青混合料(OGFC－13)用高黏沥青主要指标及检测结果

1.2 粗集料

采用质地坚硬、干净、软石含量较低、耐磨耗性、抗冻性、耐腐蚀性、抗冲击性、抗破碎性、与沥青良好的黏附性、形状近似立方体颗粒的碎石为粗集料。本工程粗集料为安徽来安中正玄武岩有限公司生产的玄武岩，其主要指标、检测结果见表2。

表2 排水性沥青混合料(OGFC－13)用粗集料主要指标及检测结果

从表2中可以看出，玄武岩粗集料符合设计要求，可以满足排水性沥青混合料(OGFC-13)目标配合比设计试验。

1.3 细集料

采用坚硬、洁净、干燥、无风化、无杂质并有适当级配的玄武岩为细集料。本工程采用的是安徽来安中正玄武岩有限公司生产的玄武岩石屑，其主要指标及检测结果如表3所示。

表3 排水沥青混合料(OGFC－13)用细集料主要指标及检测结果

从表3可以看出，选用的玄武岩细集料主要指标试验结果均符合设计要求，可用于排水性沥青混合料(OGFC-13)配合比设计中。

1.4 填料

排水性沥青混合料中所使用的填料必须采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得到的矿粉。矿粉是原石清洗后再进行破碎的。矿粉应干燥、洁净，并且能自由地从矿粉筒库流出。本工程采用镇江丹徒区高资唐驾庄机械铗砂厂生产的矿粉，其检测结果及技术要求见表4。

表4 排水沥青混合料(OGFC－13)用矿粉主要指标及检测结果

从表4可以看出，选用的矿粉所有指标均满足排水性沥青混合料(OGFC-13)的使用要求。

1.5 聚酯纤维

本次配合比设计中使用的聚酯纤维由常州普拉斯化工有限公司生产。聚酯纤维不仅具有细度大、强度高、易分散等特点，还具有突出的耐高温性能，同时与高黏沥青以及填料形成沥青胶浆，可提高沥青混合料的低温抗裂、抗疲劳性能等。该聚酯纤维各项物理参数均满足排水性沥青混合料(OGFC-13)的配合比设计要求。

2 配合比设计

2.1 选取级配

经相关试验，选取了工程级配，按1#料(9.5～13.2 mm)、2#料(4.75 ～9.5 mm)、3#料(2.36～4.75 mm)、4#料(0 ～2.36 mm)和矿粉等五种原材料进行配合比调试，集料筛分及合成级配见表5。

表5 集料筛分及合成级配

初选级配有以下三种:

级配 A:1#料(9.5～13.2 mm)∶2#料(4.75～9.5 mm)∶3#料(2.36 ～4.75 mm)∶4#料(0 ～2.36 mm)∶矿粉 =26.5∶51∶3.5∶14.5∶4.5，聚酯纤维用量为混合料的0.25%;

级配 B:1#料(9.5～13.2 mm)∶2#料(4.75～9.5 mm)∶3#料(2.36 ～4.75 mm)∶4#料(0 ～2.36 mm)∶矿粉 =38.5∶44∶0∶13.5∶4，聚酯纤维用量为混合料的0.25%;

级配 C:1#料(9.5～13.2 mm)∶2#料(4.75～9.5 mm)∶3#料(2.36 ～4.75 mm)∶4#料(0 ～2.36 mm)∶矿粉 =38∶47.5∶1∶10.5∶3，聚酯纤维用量为混合料的0.25%。

2.2 级配确定

经计算级配A的初试沥青用量为6.1%，级配B的初试沥青用量为5.5%，级配C的初试沥青用量为4.5%。采用马歇尔试验双面各击实50次，采用体积法测定试件的空隙率，同时测定马歇尔稳定度、流值等指标，具体结果如表6所示。

表6 排水性沥青混合料(OGFC－13)马歇尔试验结果

根据表5、表6绘制通过率(2.36 mm)与空隙率的关系曲线(见图1)，并根据期望的空隙率确定混合料的矿料级配，最终确定的级配D如表7所示，根据表7通过率计算得到沥青用量为5.26%，并依据本地区工程的气候特点确定油石比为5.4%。通过试验得到毛体积密度为2.117 g/cm，空隙率为19.8%，满足18% ～25%的要求，与期望空隙率20.0%相差0.2%，稳定度为6.16 kN，流值55.4(0.1 mm)，满足排水性沥青混合料规范要求。

表7 最终确定的级配D

2.3 排水性沥青混合料(OGFC－13)性能检验

为了检验排水沥青混合料(OGFC-13)的高温稳定性、低温稳定性、水稳定性等性能，按照设计要求对最佳油石比下的排水沥青混合料(OGFC-13)进行了针对性试验，以文献［6］—文献［9］为依据，各项性能检验试验结果如表8所示。

表8 排水沥青混合料(OGFC－13)性能检验结果

由表8可见，排水性沥青混合料(OGFC-13)的高温稳定性、低温稳定性及水稳定性检验均符合设计要求。最终确定矿料比例为1#料(9.5～13.2 mm)∶2#料(4.75 ～9.5 mm)∶3#料(2.36～4.75 mm)∶4#料(0～2.36 mm)∶矿粉 =43∶39∶0∶14.5∶3.5，聚酯纤维用量为混合料的0.25%，最佳油石比为5.4%。

3 结论

1)严格控制进场的各种原材料是做好排水性沥青混合料(OGFC-13)的关键，严格控制粗集料的针片状、压碎值、软石含量。另外高黏沥青和聚酯纤维的质量优劣决定了排水性沥青混合料(OGFC-13)的路用寿命。

2)击实温度对排水性沥青混合料(OGFC-13)的体积指标有直接影响，一般击实温度应控制在160～170℃，并以此温度范围作为后期现场施工碾压温度的控制依据。

3)从级配选择可以看出，排水沥青混合料(OGFC-13)级配的优化还有很大的空间。2.36 mm筛孔以及4.75 mm筛孔的通过率应尽量取中值。9.5 mm筛孔通过率的选取还有进一步细化的必要，根据配合比设计中的大量试验，应将9.5 mm筛孔通过率控制在65%左右，其沥青混合料各项性能指标比较理想。

［1］吕伟民.沥青混合料设计原理与方法［M］.上海:同济大学出版社，2001.

［2］郝培文.沥青路面施工质量控制与验收实务［M］.北京:人民交通出版社，2007.

［3］党延军，李爱国，李会娟，等.排水性沥青混合料配合比优化研究［J］.公路，2009(6):147-151.

［4］刘俊龙，马德林，张乾功，等.排水性沥青混凝土路面OGFC-13配合比设计［J］.公路，2009(6):163-167.

［5］KandhalP S，MallickR B.DevelopsNew Generation Open2graded Asphalt Friction Course［R］.America:NCTA Report，2001.

［6］中华人民共和国交通部.JTG E42—2005公路工程集料试验规范［S］.北京:人民交通出版社，2005.

［7］中华人民共和国交通部.JTG F40—2004公路沥青施工技术规范［S］.北京:人民交通出版社，2004.

［8］中华人民共和国交通部.JTG D50—2006公路沥青路面设计规范［S］.北京:人民交通出版社，2006.

［9］中华人民共和国交通部.JTG E20—2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程［S］.北京:人民交通出版社，2011.