LSPM最佳沥青用量的确定方法探讨*

毛国军　张　英　李国芳　刘昌清　孟君迟

(1.荆州市恒通公路桥梁有限责任公司　荆州　434000；　2.武汉工程大学交通研究中心　武汉　430073)

LSPM最佳沥青用量的确定方法探讨*

毛国军1张英1李国芳1刘昌清1孟君迟2

(1.荆州市恒通公路桥梁有限责任公司荆州434000；2.武汉工程大学交通研究中心武汉430073)

摘要考虑沥青被集料吸收的比例，提出了以沥青膜有效厚度和集料比表面积初定沥青用量的计算方法。在此基础上，建立了综合考虑沥青膜有效厚度、大型马歇尔试件体积指标，以及析漏和飞散质量损失等因素确定LSPM最佳沥青用量的方法。

关键词大粒径透水性沥青混合料(LSPM)最佳沥青用量沥青膜厚度飞散试验析漏试验

大粒径透水性沥青混合料(largestoneporousasphaltmixes，LSPM)是指混合料公称粒径大于26.5mm，运用粗集料嵌挤和细集料填充为基础的级配设计方法，采用高粘度且高温性能良好的沥青胶结料，形成空隙率介于13%～18%的单粒径骨架嵌挤空隙连通型沥青混合料。在路面结构中，LSPM能起到抑制反射裂缝扩展、完善结构内部排水的的作用[1]。LSPM是一种新型的沥青混合料，与传统的沥青混合料不相同，常规的马歇尔试验方法难以完全确定其最佳沥青用量。目前，国内外确定混合料沥青用量时，多未考虑集料对沥青的吸收量，确定的沥青用量并不是使混合料性能达到最佳的沥青用量。笔者考虑沥青被集料吸收的比例，提出了以沥青膜有效厚度和集料比表面积初步确定沥青用量的计算方法，并综合马歇尔试件体积指标、析漏与飞散试验来确定LSPM最佳沥青用量，使混合料具有最佳的综合性能[2]。

3　结论

废胶粉改性沥青中的胶团与废胎胶粉表面的界面层通过界面过渡层紧紧地结合为一体。在胶粉表面结合处(节点)，胶团填补了废胎胶粉的网络结构，从而形成了废胎胶粉和沥青连续或相互交错的三维空间网络结构，提高了废胶粉沥青结构稳定性；废胎胶粉的脱硫和解聚、沥青胶体结构的变化、橡胶颗粒中的硫、炭黑、氧化硅、氧化铁等活性物质进入沥青胶体体系这一系列化学反应，在改善沥青温度敏感性、低温性能及耐老化性能方面发挥了重要作用。

通过对废胶粉改性沥青3大性能指标对比试验，可以看出废胶粉改性沥青对改善沥青延度指标有明显效果，对其他2项指标有一定的改善作用，当废胶粉掺量在15%左右时，改善效果最佳。

参考文献

[1]吴春颖,于明明,刘开琼.橡胶沥青再生旧沥青路面技术应用研究[J].重庆交通大学学报:自然科学版,2015(1):64-67，77.

[2]贾宏伟,王成军.废橡胶粉改性沥青性能试验研究[J].山东交通科技,2014(6):40-42.

[3]李波,李艳博,曹贵,等.废旧胶粉与SBS改性沥青及其混合料的路用性能对比研究[J].中外公路,2014(1):267-273.

[4]范春华,涂娟,杨汉文,等.废轮胎胎面胶粉改性沥青性能研究[J].交通科技,2011(5):80-82.

1　初定沥青用量

LSPM空隙较大，且需要承受较大的交通荷载，因此应采用高粘度改性沥青。本试验采用SBS类(I-D)改性沥青，能较好地满足设计要求。大空隙排水性沥青混合料的沥青膜厚度通常为12～16μm，考虑到有效沥青含量及沥青结合料被集料吸收的比例，应选择最小沥青膜有效厚度DA为10μm。由沥青膜有效厚度和集料比表面积初定沥青用量的步骤如下。

(1) 计算矿料的合成毛体积相对密度dsb和合成表观相对密度dsa。本试验计算合成毛体积相对密度时，石屑(0～5mm)用筛出的2.36～4.75mm部分的毛体积相对密度代替，矿粉采用表观相对密度。

(2) 由合成材料的吸水率wx(%)计算沥青吸收系数C。

(1)

(2)

(3) 计算合成矿料的有效相对密度dse。对改性沥青及SMA等难分散的混合料，有效相对密度宜直接由矿料的合成毛体积相对密度与合成表观相对密度计算确定，见式(3)。

(3)

(4) 计算沥青结合料被矿料吸收的比例Pba(%)。

(4)

式中：db为25 ℃沥青的相对密度，即db=ρb/0.997 1。

(5) 计算集料的比表面积SA(m2/kg)。

(5)

(6) 由沥青膜有效厚度DA、集料比表面积SA、沥青被矿料吸收的比例Pba等参数综合确定沥青用量Pb(%)。

(6)

(7)

式中：Pbe为有效沥青含量，%；Ps为各种矿料占沥青混合料总质量分数之和，%，即Ps=100-Pb；ρb为沥青25 ℃的密度，g/cm3。

由式(6)，(7)即可确定在该沥青膜有效厚度下的沥青含量。

(8)

由以上计算可得，最小沥青膜有效厚度为10μm时，沥青为2.82%。为了保证混合料的水稳定性和耐久性，需要有较厚的沥青膜。因此选择2.9%,3.4%和3.9% 3个沥青用量对混合料进行马歇尔试验、析漏试验及飞散试验。

2　确定最佳沥青用量

马歇尔试验采用的试件尺寸为直径×高度=152.4mm×95.3mm，双面各击实112次[3]。制作试件时沥青加热温度为165 ℃，矿料加热温度为185 ℃，混合料拌和温度为165 ℃，击实成型温度为150～160 ℃[4]。试件脱模后，测量计算体积指标，其中试件毛体积相对密度采用真空密封法(CoreLok)测定；混合料理论最大相对密度采用计算法。在上述3种沥青用量下，LSPM各体积指标见表1，沥青膜有效厚度见表2。

表1　3种沥青用量下各体积指标

表2　3种沥青用量下沥青膜厚度与沥青膜有效厚度

再对LSPM进行析漏试验和飞散试验，试验结果见表3。

表3　3种沥青用量下析漏试验与飞散试验结果

为直观起见，将上述参数与沥青用量的关系图进行汇总，见图1。

图1　LSPM最佳沥青用量分析图

综合以上各指标，合适的沥青用量范围为3.1%～3.5%。考虑到在满足析漏损失前提下应适当加大沥青膜厚度，本试验最终确定LSPM的最佳沥青用量为3.4%[5]。通过高温稳定性、水稳定性、渗透性、抗疲劳性能等试验验证，各项性能指标均满足《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)要求。

3　结语

LSPM性能试验表明，综合考虑有效沥青膜厚度、马歇尔试件体积指标、析漏及飞散质量损失等确定LSPM最佳沥青用量的方法是合理合适的，按此方法确定沥青用量，LSPM能达到综合最佳的性能状态。为保证LSPM的水稳定性能和耐久性能，在满足析漏损失的前提下，应尽量选择较大的沥青膜厚度。

[1]房建果.大粒径透水性沥青混合料组成设计与应用研究[D]. 上海：同济大学,2006.

[2]陆长兵,黄晓明,陈兴.大粒径碎石沥青稳定排水基层混合料设计方法的研究[J].公路交通科技,2004,21(12):9-13.

[3]JTGE20-2011公路工程沥青与沥青混合料试验规程[S]. 北京：人民交通出版社,2011.

[4]JTGF40-2004公路沥青路面施工技术规范[S]. 北京：人民交通出版社,2004.

[5]邬俊峰.大粒径透水性沥青混合料组成设计及路用性能研究[D]. 武汉：武汉工程大学,2014.

收稿日期：2015-03-23

ResearchonAsphalt'sOptimumVolumeofLargeStonePorousAsphaltMixes

Mao Guojun1，ZhangYing1，LiGuofang1，LiuChangqing1，MengJunchi2

(1.JingzhouHengtongRoadandBridgeCorporation,Jingzhou434000,China;

2.TransportationResearchCenter,WuhanInstituteofTechnology,Wuhan430073,China)

Abstract：Considering the proportion of asphalt absorbed by the aggregate, a calculation method based on bitumen membrane effective thickness and specific surface area of aggregate was figured out to determine the initial amount of asphalt. On this basis, a comprehensive consideration of asphalt film effective thickness, large Marshall specimen volume index, "oil stain" and "scatter" factor was established to determine the LSPM's optimum asphalt content.

Key words:LSPM (large stone porous asphalt mixes); optimum of asphalt; asphalt membrane thickness; scatter ; oil stain

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.04.036

*湖北省公路管理局科技项目 (鄂路计[2012]265号)资助