探讨市政排水沥青路面混合料设计及施工技术

文／黄澍 长沙交通投资控股集团有限公司 湖南长沙 410000

引言：

沥青路面如具备良好的降噪、排水以及抗滑性能，能有效保证雨雪气候条件下的路面行车安全。大空隙沥青路面由于其自身特点,可以有效地渗透降水，能够降低公路表面积水，使得雨天道路行车更加安全；因此文章研究大空隙沥青路面混合料设计方法和对路面性能进行论证，具有十分重要的实践意义。

1、原材料技术标准

1.1 沥青胶结料

大空隙路面最重要的作用是排水能力，以避免雨水冲刷导致骨料流失，为此大空隙沥青路面采用粘性较强的沥青,以增加混合料的粘结力。

1.2 粗集料

大空隙降噪排水沥青混合料是典型的骨架空隙结构，粗集料的嵌挤是强度形成的主要来源。因此，粗集料必须具有足够的强度，才能为大空隙沥青路面提供足够的力学性能。本文所用粗集料为玄武岩，经试验检测，技术指标满足设计要求；

1.3 细集料

大空隙沥青路面中的细集料用量较少，在雨水长期冲刷作用下，主要依靠细集料的粘结力抵抗雨水冲刷；细集料应具有质地坚硬、棱角分明，表面洁净、耐磨、抗滑的特性；本文选择人工破碎的机制砂作为细集料，经检测细集料的技术指标完全满足技术规范要求；

1.4 填料

大空隙沥青路面填料的作用主要是增大沥青与石料的粘结力，本文采用石灰岩磨细矿粉作为填料，经检测填料的技术指标完全满足技术规范要求。

2、排水沥青路面混合料设计

2.1 确定矿料级配

（1）在设计沥青混合料配合比时,基于工程实践经验设定合理的级配孔径通过率阈值，根据阈值设置多个合理级配，再按照施工设计规定的空隙率，最终选定最优级配。根据沥青路面施工相关技术规范可知，沥青混合料空隙率应在18%-22%之间，本研究选定空隙率为20%，并根据施工技术规范及工程实践经验等确定级配范围，矿料目标级配范围见表1：

表1 矿料目标级配范围

（2）级配范围明确的前提下需进一步确定最佳空隙率，根据级配范围对初选空隙率进行调整，首先调节主要筛孔2.36mm 的通过率，然后在级配范围内，选择三个主要筛孔通过率差异明显的级配；通过试验测量空隙率数值，得到通过率、空隙率之间的关系曲线，根据曲线确定设计空隙率对应的筛孔通过率，从而得到最佳级配；

（3）上述方法的基本原理是将筛孔孔径4.75mm 作为划分粗集料、细集料的分界点，粗集料作为混合料的骨架，孔径在2.36mm-4.75mm 之间的集料用量较少，大部分为间断，孔径不超过2.36mm 的集料和矿粉、沥青混合形成玛蹄脂，以填充骨架间隙。通过调整2.36mm筛孔通过率，可控制玛蹄脂总量，最终达到调整空隙率的目的。

2.2 沥青用量估算

最优沥青用量的确定，基于已经确定的最优级配，以及根据工程实践经验确定的沥青膜厚度可大致估算出沥青用量，计算公式为“估算沥青用量=拟定膜厚×拟定级配集料表面积”；根据工程施工实际情况及类似工程实践经验，初步确定沥青膜厚12μm。基于上述公式估算出12μm 沥青膜厚度估算沥青用量见表2。

表2 12μm 沥青膜厚度估算沥青用量

2.3 目标级配确定

基于确定的最佳级配及沥青用量开展马歇尔试验；各级配对应的2.36mm 筛孔通过率差异显著，由此可得出各级配对应的试件空隙率、2.36mm 筛孔通过率的关系曲线如图1 所示，按照初步拟定的20%空隙率选定合适的级配；

图1 2.36mm 筛孔通过率与混合料试件空隙率关系曲线

根据图1 可知，通过率为11.2%时，试件空隙率约为20%，和设计空隙率匹配，对比三种级配，最终确定级配B 为最佳级配。

2.4 最佳沥青用量的确定

（1）最佳沥青用量确定方法：1）以级配B 以及通过计算得到的±0.5%、±1.0%最佳沥青用量为变量,开展析漏、飞散试验；分别测定沥青用量阈值，并通过马歇尔试验确定沥青的稳定度，从而确定最佳沥青用量；2）基于析漏、飞散试验数据绘制沥青析漏、飞散和油石比之间的关系曲线，曲线拐点处对应的油石比则为沥青用量取值范围；

（2）马歇尔试验：1）基于前文确定的最佳级配和油石比制作试件并开展马歇尔试验，根据试验数据选定最合理的油石比，具体试验数据见表3；2）马歇尔试验结果可知，当空隙率为20% 左右时对应的油石比为4.4%，且随着油石比的增加，沥青稳定度并未达到峰值，因此不能作为最佳油石比的依据，只能作为一定的参考。

表3 不同油石比的马歇尔试验结果

（3）谢伦堡沥青析漏试验：1）根据试验数据得到沥青析漏试验数据和沥青用量之间的关系曲线，此时曲线拐点处对应的沥青用量为峰值，如图2 所示；2）根据图2 可以看出，沥青析漏试验、油石比关系曲线的拐点处对应的油石比约为4.5%。

图2 析漏损失结果与油石比关系图

（4）肯塔堡飞散试验：1）肯塔堡飞散试验主要目的是根据沥青飞散数值、油石比之间的关系曲线确定沥青用量最小值；2）基于飞散试验数据,绘制飞散数值与油石比之间的关系曲线，见图3，该曲线的拐点处对应的油石比是大空隙沥青混合料沥青用量（OAC2）的最小值；3）据图可知曲线拐点处对应的油石比约为4.1%；

图3 飞散损失与油石比关系曲线

（5）根据图2、图3 可以看出，大空隙沥青混合料的沥青用量最小值为4.1%，最大值为4.5%，即沥青用量合理范围为4.1%-4.5%；结合马歇尔试验确定的沥青混合料稳定度最终得到最佳沥青用量，即沥青最佳用量为4.5%，对应的大空隙沥青混合料性能最好。

3、施工技术要点分析

3.1 工程概况

试验段属于旧路处置的一部分，处在某市政道路大范围积水路段，为改善道路排水能力，加速雨水排出，减少道路表面积水，需重新铺筑该路段路面，铺筑材料选用大空隙沥青混合料。该路段大空隙沥青混合料的主要组分，如沥青、集料、矿粉的选用，根据试验结果确定：1）该路段的大空隙沥青混合料级配根据表1 选定为级配B，对应的设计空隙率为20%，沥青用量最优值为4.5%；2）由于施工原材料的差异，实际级配可能有少许差异，但大致与试验确定的级配B 相同。

3.2 性能检测

（1）排水性能检测：试验以该路段三个桩号为试验区域，各桩号区域内随机布设3 个测点，分别计算出各测点数据的平均值，借助渗水仪完成路面排水性能试验，试验结果如表4 所示；基于相关技术规范及工程实践经验可知，大空隙沥青路面排水性能检测中，渗透系数要求超过800ml/15s，具体排水性能检测结果见表4，结果符合施工设计要求；

表4 排水性能检测结果

（2）降噪性能检测：1）将检测工具设置于道路两侧，与地面距离约为1m，试验车辆分别以60km/h、80km/h、100km/h 的行车速度通过检测区域；2）检测结论：大空隙路面的噪音比密级配普通路面的噪音明显要小，当时速分别为60km/h、100km/h 时，噪声分别降低3.8dB、6.5dB，说明车速越快，降噪效果越明显；

（3）路面弯沉检测：试验利用贝克曼梁法检测路基路面的回弹弯沉值，经试验并计算，该路段平均弯沉值为49，达到道路承载力所需要求；

（4）路面抗滑性能检测：沥青路的抗滑性使用摆式仪进行试验，经检测摩擦系数均超过0.45，明显超出施工技术规范要求，表明大空隙沥青路面结构的抗滑能力强；

（5）路面平整度检测：合格的平整度是确保道路路面性能的关键，通过检测该路段路面平整度可知，平整度最大值为4mm，满足平整度不超过5mm的施工设计要求。

3.3 施工关键技术

（1）大空隙沥青混合料的拌和：1）大空隙沥青混合料的拌合，需采用间歇式拌合设备；2）为确保大空隙沥青混合料的结构稳定性，采用粘结力强的改性沥青作为沥青结合料，拌和时必须严格控制材料加热温度，以确保混合料的拌合质量；3）出料温度直接影响大空隙沥青路面施工质量，如出料温度超出合理范围，则必须弃用，并重新拌制；4）根据拌和试验确定最佳的拌和时间，确保各集料充分混合，使其被改性沥青均匀包裹，且无聚集与离析现象；

（2）大空隙沥青混合料的运输：1）大空隙沥青混合料运输过程应严格控制温度，保证运输途中温度的要求；2）要满足摊铺质量，运抵施工现场时的温度不得小于175℃；3）应避免装运环节，集料发生离析，卸料时需分堆多次卸料；

（3）大空隙沥青混合料的摊铺：1）摊铺大空隙沥青混合料时，需进行自动找平；2）摊铺车辆前进速度应尽量均匀，合理控制摊铺时间；3）为避免沥青混合料离析，需合理控制布料器运行状态，确保布料器混合料存量始终大于送料装置2/3；

（4）大空隙沥青混合料的碾压：1）碾压大空隙沥青路面，主要选择空隙率作为碾压的控制指标；2）碾压时应先进行试验，根据试验结果合理选用碾压方案；3）为避免集料压碎导致空隙率无法满足施工设计要求，应选用12t 以下的钢筒式压路机，禁用振动型压路机。

结语：

综上所述，本研究首先深入分析了大空隙沥青路面材料、级配、配合比的确定方法，对混合料排水、降噪性能和路用性能进行了验证，结合试验路的工程实践，取得的主要结论如下：

（1）大空隙沥青混合料的各类原材料均应符合质量性能指标，目标空隙率取20%，根据对比分析最终选定级配B 为最佳级配；基于析漏试验、飞散试验结果，确定沥青用量范围为4.1%-4.5%，并根据马歇尔试验确定最佳沥青用量为4.5%；

（2）选择某市政道路积水严重的部分区域作为试验路，选择表1 中的矿料级配B、设计空隙率为20%，4.5%为最佳沥青用量，采用大空隙沥青路面方案。经试验检测排水、降噪性能达到设计要求，且其它质量指标均满足规范要求。