高速公路罩面工程排水性沥青混合料的配合比设计

■孙赋成，陈 锋 ■．江苏宁靖盐高速公路有限公司，江苏 泰州 5500;．南京航空航天大学，江苏 南京 006

1 工程概况

江苏盐靖高速公路南起靖江市境内的宁通高速公路与锡澄高速公路，北起盐城市新兴镇境内的204国道，是江苏“四纵四横四连”干线公路的重要组成部分。由于建设年代久远，路面服务年限超过10年，沥青路面出现了较多的病害，严重影响了路面的行车安全。为此，需要对该道路部分破碎严重的路面进行大修，本工程针对K78+740～K85+488和K102+508～K97+200两段沥青路面破碎的实际情况，提出采用PAC-13排水性沥青混合料对行车道进行罩面的修补方案，罩面厚度4cm，应急停车带渐变到边沿2．5cm。为保证工程的施工质量，需采用性能优良的排水性沥青混合料，需进行不同配合比排水性沥青混合料的性能对比，从而选择合适的配合比。

2 排水性沥青路面原材料的选择

原材料选择是排水性沥青混合料质量的基础，是保证排水性沥青路面具有良好的耐久性、抗滑和排水功能的前提［1］。相比普通密级配沥青混合料，排水性沥青混合料的空隙率较大，其受日光、空气和水等环境因素的影响也较大，需采用优质骨料、高粘度改性沥青、优质矿粉及适当的添加剂［2］。本工程中，高粘度改性沥青通过在基质沥青或改性沥青中添加高粘度添加剂的方法制备，采用北京中路高科生产的HVA高粘度添加剂与镇江天诺生产的SBS改性沥青进行复合改性方案。粗集料采用浙江茅迪生产的玄武岩粗集料，细集料采用瑞丰来安生产的0～2．36mm玄武岩机制砂，填料采用远东水泥厂生产石灰岩矿粉，纤维采用北京科路泰生产的聚酯纤维(掺量为沥青混合料质量的0．05%)。为确定排水性沥青路面的配合比，需在实验室制备高粘度改性沥青［3］。首先，将基质沥青加热到约180℃(基质沥青为普通沥青时)或190℃(基质沥青为改性沥青时)。然后，加入设计掺量的高粘度添加剂，用玻璃棒搅拌均匀;然后，将试样杯放到高速剪切机下，调整转速到5000转/min，持续剪切10min，整个过程温度控制在180～190℃之间(改性沥青温度适当提高5～10℃)。最后，关闭剪切机，将改性沥青放入180℃烘箱中发育20min，即可取样进行各种试验。

3 矿料级配及最佳油石比确定

3．1 级配

根据集料加工工艺和集料组成特点，在进行排水性沥青路面配合比设计时，首先根据经验初选三组不同粗细的矿料级配(A级配、B级配和C级配)进行马歇尔击实，根据这三组数据的结果对原级配进行修正，得出新的三组不同粗细的矿料级(D级配较粗、E级配和F级配较细)，以这三组级配为本次目标配合比设计的方案，并通过验证体积指标和路用性能指标对三组级配方案进行优化［4］。

3．2 最佳油石比确定

配合比试验高粘度改性沥青方案采用“92%的SBS改性沥青+8%的HVA高粘度添加剂”，掺加0．1%的聚酯纤维。对三组级配分别以3．8%、4．3% 、4．8%、5．3%、5．8% 五组油石比进行析漏试验和飞散试验，通过沥青混合料谢伦堡析漏损失曲线图中的拐点作为最大油石比，飞散试验曲线图中的拐点作为最小油石比，参考析漏损失率的绝对指标，结合盐靖高速公路的地理位置、环境及PAC-13排水降噪沥青路面上面层结构特点，分别确定D级配的最佳油石比为4．8%(如图1)，E级配最佳油石比确定为4．7%，F级配最佳油石比确定为4．8%。

假设三组排水性沥青混合料的路用性能均能满足要求，考虑到排水性沥青路面的空隙率和高温稳定性，应优先选用级配较粗的排水性沥青混合料。由图1可知，D级配析漏损失拐点4．7%，析漏损失率的绝对指标偏小。因此，工程应用中拟将D级配目标配合比的最佳油石比确定为5．0%，再通过路用性能试验进行具体验证。

图1 油石比分析图

4 排水性沥青混合料的性能检验

为对比D级配、E级配、F级配和增加沥青用量的改进型D级配排水性沥青混合料的路用性能，按照各自确定的沥青用量成型马歇尔试件、车辙板试件进行各项路用性能测试［5］。对于排水性沥青混合料，主要测试项目包括析漏损失、飞散损失、马歇尔残留稳定度、冻融劈裂强度比、动稳定度、低温最大弯拉应变、渗水系数等指标，其中飞散损失、马歇尔残留稳定度、冻融劈裂强度比、渗水系数等采用马歇尔试件测试，动稳定度采用车辙板试件测试，低温最大弯拉应变采用车辙试验后的车辙板切割的梁式试件进行测试，测试结果见表1。

表1 沥青混合料性能检验结果

由表1可知，四种排水性沥青混合料的稳定度、浸水马歇尔残留稳定度、析漏试验损失率、飞散试验损失率、浸水飞散试验损失率、动稳定度、低温弯曲试验破坏应变和渗透系数等性能指标参数均能满足《江苏省盐靖高速公路2014年排水路面专项治理工程方案设计》的技术指标要求，D级配的浸水马歇尔残留稳定度不合格，E级配的浸水马歇尔残留稳定度和冻融劈裂残留强度比两个指标均不合格，而F级配和D级配(改进)的各项性能指标均合格。但对比F级配和D级配(改进)的各项路用性能指标，与排水性沥青路面密切相关的高温稳定性、低温抗裂性和抗飞散等指标D级配(改进)均具有较大的优势。因此，就本工程而言，从排水性沥青路面的性能和工程实际情况来看，最终确定D级配(改进)的方案为最优方案。

5 结论

排水性沥青路面作为世界上主流的功能性路面结构形式之一，在欧洲等发达国家得到较多的应用。排水性沥青混合料的配合比设计主要是通过析漏试验和飞散试验来确定不同级配沥青混合料的最佳沥青用量，并对最佳沥青用量下的排水性沥青混合料的性能进行测试分析，从而优选出符合工程实际情况的沥青用量。本文以此思路，进行了江苏盐靖高速公路大修工程排水性沥青混合料的配合比设计，确定目标配合比，测试其路用性能，得出D级配(改进)的方案为最优方案，各项性能指标均能满足工程技术要求。

［1］冯韬．浅析OGFC开级配排水路面及其运用前景［J］．城市道桥与防洪，2012(5):62-63．

［2］龚共龙，张潇雨．大孔隙排水路面混合料空隙率的影响因素［J］．江西建材，2014(6):12-13．

［3］仕峰，马庆丰，李剑新．排水路面用高粘度改性沥青的研究与应用进展［J］．石油沥．青，2012，26(1):1-7．

［4］周长学．排水性沥青路面在道路工程中的应用［J］．交通世界(建养机械)，2012(9):257-259．

［5］文旭卿，唐国奇，郭燕．永武高速公路排水降噪沥青混合料的配合比设计及应用［J］．公路与汽运，2013(3):90-93．