半柔性路面基体沥青混合料级配设计方法研究

彭 霞 梁遐意

(1.广东能达高等级公路维护有限公司，广东 广州 510030； 2.北京艾施姆科技有限公司，北京 100005)



半柔性路面基体沥青混合料级配设计方法研究

彭 霞1梁遐意2

(1.广东能达高等级公路维护有限公司，广东 广州 510030； 2.北京艾施姆科技有限公司，北京 100005)

结合分级掺配法和CAVF主骨料空隙填充法，根据基体混合料的目标孔隙率要求，确定了每档集料的比例，精确设计了基体混合料的级配，经试验表明，根据设计级配制作的基体沥青混合料的各项性能指标均满足要求。

半柔性路面，级配设计，分级掺配法，CAVF法

0 引言

半柔性路面是指在使用开级配的沥青混合料大孔隙基体路面中，填充灌入满足一定性能的水泥基砂浆而后形成的一种新型复合式路面材料。这种路面材料具备沥青路面与水泥混凝土路面的双重优势，其高温性能和低温性能都优于普通沥青混合料，而且具有抗滑、抗疲劳和景观装饰等功能，是一种性能优异的路面材料。

半柔性路面是骨架密实结构，为保证水泥基砂浆的充分灌入，其基体材料采用骨架空隙结构，较大的空隙率和足够的连通空隙能够保证水泥胶浆灌入和填充，而这也是影响半柔性路面材料性能的重要因素。

早在20世纪法国、日本等国家对半柔性路面进行了较为深入的研究并申请了相关的专利，且在半柔性路面材料方面发表了多篇论文和报告，并制定了设计标准对半柔性路面材料进行应用推广。我国对半柔性路面材料的研究起步较晚，目前研究主要基体混合料配合比设计和灌浆材料方面。如俞增煌采用正交试验分析方法，研究基体沥青混合料的配比，并从微观角度分析了半柔性路面材料的强度机理。郝培文等研究在普通水泥胶浆中掺入聚合物树脂，可明显改善半柔性路面混合料的低温抗裂性和水稳定性。

文章拟结合分级掺配法和CAVF主骨料空隙填充法提出一种新的半柔性路面基体混合料的配合比设计方法，以期对半柔性路面材料的研究提供参考。

1 原材料介绍

集料采用广东省惠州市生产的凝灰岩石料，对石料进行室内试验检测后，其性质检测结果均满足规范要求。基质沥青采用中海泰州70号基质沥青，沥青的各项技术指标、测试指标满足规范要求。矿粉采用普通石灰岩矿粉，采用广州市区的自来水。

2 基体混合料的级配设计

半柔性路面基体沥青混合料属于骨架—空隙结构，为保证水泥砂浆的顺利灌入，形成的骨架空隙率至少需不小于20%，目前国内多采用集料体积法来设计半柔性路面基体沥青混合料，主要是通过多年的试验积累的经验。本文在半柔性路面基体混合料级配设计中，首先采用分级掺配法得到粗细集料的掺配比例，再采用CAVF主骨料空隙填充法确定混合料中粗细集料的比例，最后得到满足要求的基体沥青混合料级配。

2.1 分级掺配法和主骨料空隙法

1)分级掺配法。

分级掺配法是以使混合料达到最大密实度为设计目标，通过对各档集料的掺配，得出集料孔隙率最小时各档集料的最佳比例，以此确定集料的级配。实际使用中，研究人员发现由于集料粒径的差异，直接掺配法得出的沥青混合料的孔隙率不能满足沥青路面的路用性能要求。通过研究，潘艳珠、王端宜等将分级掺配法进行改进，把粗细集料分别进行掺配，粗集料形成骨架，细集料填充空隙，这种方法称为改进型掺配法。根据贝雷法级配设计方法的划分标准，将集料的最大公称粒径的0.22倍对应的尺寸作为粗细集料的划分点。而卢亮通过对多种掺配方式进行对比，最终推荐采用干捣实法测量集料的空隙率。本试验拟采用改进型掺配法分别对粗细集料进行掺配，并采用干捣实法测量集料的空隙率。

2)主骨料空隙法。

主骨料空隙填充法[7]是一种间断级配的设计方法，通过去掉某一档细集料，尽量降低细集料对主骨架粗集料的干涉，使粗集料相互之间充分发挥嵌挤能力。其设计方法是首先通过干捣法实测粗集料骨架空隙率，再通过方程式计算得到沥青混合料各组分质量分数。粗集料、细集料、矿粉以及沥青用量的质量百分率qc，qf，qp，qa与粗集料空隙率及沥青混合料设计空隙率VCADRC，Vvs之间具有如下的组成关系：

(1)编码：根据实际线路的站台数，将列车在各站的停站时间序列D=[D1,D2,D3,…,Di,…，DN]和发车间隔H=

qc+qf+qp=100

(1)

(2)

其中，ρtf和ρtp分别为细集料和矿粉的表观相对密度，g/cm3；ρa为沥青的密度，g/cm3。材料的密度和粗集料孔隙率VCADRC可以通过试验测定得到，5个变量中，一般会将qc，qf当作未知的变量进行设计，其他变量会预先确定。

2.2 粗集料与细集料的级配设计

试验采用的集料最大公称粒径为19 mm，根据贝雷法的划分标准，计算得到4.75 mm为基体沥青混合料粗细集料最近分界点，所以去掉位于5 mm～10 mm档的集料，并将剩余各档集料分别进行掺配，使基体混合料达到最密实的状态。

本文以粗集料的分级掺配为例介绍集料掺配方法，试验中对大于9.5 mm的集料分级进行掺配，并测定其不同比例下的干捣实密度和矿料间隙率，将矿料间隙率与粗集料比例进行高斯峰值Gauss peak拟合，孔隙率最小的点就是集料排列最紧密时的比例，拟合结果如图1，图2所示。

从图1可以看出1级掺配最紧密时的比例为56.86∶43.14，此时矿料间隙率为42.37%，模型相关系数0.993。从图2中可以看出2级掺配比例为55.40∶44.60时，集料最为紧密，此时矿料间隙率为41.45%，拟合模型的相关系数为0.988。

根据粗集料的掺配结果，得到粗集料掺配比例如图3所示，此时，粗集料的空隙率为42.45%，试验测得的合成干捣实密度为1.524 g/cm3。同理可以得到细集料经过5级掺配后的结果，如图4所示，此时细集料的空隙率为31.20%，合成干捣实密度为2.60 g/cm3。

2.3 粗集料和细集料的比例确定

2.4 基体混合料最佳油石比确定

因半柔性路面材料的基体沥青混合料的结构关系，即在形成主骨架的同时必须提供足够大的空隙，这一点与普通沥青混合料不同却与开级配沥青磨耗层OGFC相类似。因此，文章设计采用谢伦堡沥青析漏试验和肯塔堡飞散试验来确定最佳沥青用量。

本试验仍以设计空隙率24%为例，采用5种不同的油石比，制备基体沥青混合料，成型马歇尔试件，试验结果如图6，图7所示。

图6为飞散损失与油石比的曲线图，在曲线拐点处做前后两条曲线的切线得到最小油石比3.75%，此为飞散试验确定的最小沥青用量。

图7为析漏量与油石比曲线图，做曲线拐点的两条曲线切线得到最大油石比量为3.95%。取两者的平均值，得到目标空隙率的最佳油石比为3.9%。

同理，按照以上试验方法，试验得到24%，28%，32%三种空隙率下的最大油石比和相应的级配，见图8。

2.5 混合料试验

基体沥青混合料级配设计完成后，根据级配制作出混合料马歇尔试件，试验测定其实测空隙率、稳定度、流值等相关试验指标，结果见表1。

表1 三种目标空隙率下基体沥青混合料性能指标

由表1可知，根据设计级配制作的基体沥青混合料马歇尔试件，其实测空隙率与设计空隙率相差较小，且稳定度、流值等指标符合规范要求，说明采用分级掺配法和主骨料空隙填充法这两种相结合的方法是可行的。

3 结语

我国对半柔性路面的研究尚处于起步阶段，随着我国公路建设的不断完善，开展有关半柔性路面技术研究，规范其设计方法和施工工艺，建立质量标准等是推广这种新材料的关键问题。文章结合改进型分级掺配法和CAVF法，设计了3种不同空隙率的半柔性路面大空隙基体沥青混合料，其实测空隙率与设计空隙率非常接近，且试验检测出的指标亦达到设计要求，说明这种两者方案结合的方法是可行的。

[1] 潘大林,张肖宁,王树森.半柔性路面基体沥青混合料的设计方法[J].中南公路工程,2000(1):22-23.

[2] 俞增煌.半柔性沥青混合料路面结构及路用性能研究[D].长沙：湖南大学,2007.

[3] 郝培文,程 磊,林 立.半柔性路面混合料路用性能[J].长安大学学报(自然科学版),2003(2):1-6.

[4] 胡玲玲,刘祖国,张大可,等.半柔性复合路面基体沥青混合料设计方法[J].重庆交通学院学报,2006(5):49-53.

[5] 潘艳珠,王端宜,张肖宁.开级配混合料设计方法研究[J].公路交通科技(应用技术版),2007(8):67-71.

[6] 卢 亮.功能型沥青混合料及其设计方法研究[D].广州：华南理工大学博士论文，2009.

[7] 张肖宁,王绍怀,吴旷怀,等.沥青混合料组成设计的CAVF法[J].公路,2001(12):17-21.

Research on asphalt mixture gradation design method of semi flexible pavement matrix

Peng Xia1Liang Xiayi2

(1.GuangdongNengdaHighGradeHighwayMaintenanceLimitedCompany,Guangzhou510030,China;2.BeijingAishimuTechnologyLimitedCompany,Beijing100005,China)

Combining the multilevel mixing method and CAVF main aggregate void filling method, according to the target porosity requirements of matrix mixture, this paper determined the ratio of each set aggregate, precise designed the matrix mixture gradation, the experiments showed that each performance index of matrix asphalt mixture according to gradation design met the requirements.

semi flexible pavement, gradation design, graded blending method, CAVF method

1009-6825(2016)20-0101-03

2016-05-03

彭 霞(1987- )，女，硕士，助理工程师； 梁遐意(1988- )，男，硕士，助理工程师

U414

A