排水沥青混合料的矿料级配设计方法优化

郭宏坤　（中铁四局集团第一工程有限公司，安徽　合肥　230041）

排水沥青混合料的矿料级配设计方法优化

郭宏坤（中铁四局集团第一工程有限公司，安徽合肥230041）

文章在排水沥青混合料矿料级配骨架-空隙结构基本特点基础上，介绍矿料级配设计的流程。结合长沙黎托路排水沥青路面施工，实例阐述排水沥青混合料矿料级配设计方法优化试验过程。该方法采用暂定级配确定控制沥青用量的方法，可以避免排水沥青混合料配合比最佳沥青用量确定时多级配、不同沥青用量的混合料拌制工作，减小析漏试验组数，且不影响结果选定。优化的方法使矿料级配设计从半定量走向定量，从经验走向科学，具有参考价值。

排水沥青路面；混合料；矿料级配；优化设计

0　引述

排水沥青混合料配合比应结合工程地域气候和交通条件进行设计，避免材料性能的欠缺而引起早期破坏现象和排水、降噪功能的快速减退。矿料级配设计是沥青混合料配合比设计科研、生产及应用中的一个基本问题。矿料合成级配中各筛孔矿料对排水沥青混合料的空隙率、稳定度和流值等指标起着决定性影响。下面结合长沙黎托路排水沥青路面施工，介绍排水沥青混合料配合比的矿料级配设计方法。

1　矿料级配的特点

排水沥青混合料为骨架-空隙结构，属于连续开级配的混合料结构，矿料中粗集料较多，形成骨架，细集料较少，不足以填满空隙。矿料形成石于石接触的骨架结构，要求混合料中粗集料骨架空隙率VCAmin比粗集料骨架空隙率VCADRC小或接近。而4.75mm～2.36mm通过率差值大小对骨架的拨开程度影响较大，粗集料拔开系数应控制在1.15以内［1］。空隙率是排水沥青混合料的主要控制指标，空隙率大小主要取决于集料的级配组成、颗粒形状、沥青用量以及混合料的压实程度。其中，矿料级配组成是控制混合料空隙率大小的首要因素。

牛俊明等人通过正交试验分析了级配对排水性沥青混合料空隙率的影响，结果表明：粗集料（4.75mm以上）含量对空隙率影响最显著，粗集料含量每增加5%，空隙率增加约3%；其次是4.75～9.5mm骨料含量，最后是沥青用量［2］。

针对最大粒径13.2mm的排水沥青混合料，采用规范推荐的级配范围，试验研究9.5mm、4.75mm、2.36mm、1.18mm和0.075mm筛孔通过率对空隙率指标的影响，结果表明［3］：2.36mm筛孔通过率是影响排水性混合料空隙率和连通空隙率的关键筛孔，在推荐级配范围内2.36mm筛孔通过率每增加1%，空隙率将随之减小1%左右，同时空隙率与连通空隙率之间存在良好的相关性。因此在进行级配设计时，应通过调整2.36mm筛孔通过率使之满足空隙率的要求。

2　矿料级配设计的流程

长沙黎托路排水沥青混合料矿料级配设计中，提出以2.36mm筛孔的通过率在15±3%左右暂定3个级配，采用析漏试验确定控制沥青用量，检测马歇尔试件空隙率。根据2.36mm筛孔通过率同空隙率的关系对集料级配进行调整，来选定合成级配和冷料的配合比。具体设计流程如下。

图1　矿料级配设计流程示意图

3　矿料级配设计试验

排水沥青混合料矿料级配的确定与目标空隙率密切相关，目标空隙率取值应根据建设所在地的暴雨强度和是否属严寒地区来确定。长沙降雨强度入渗强度W≥2mm/min，目标空隙率选取20%。

3.1沥青和集料

试验使用集料为长沙坪塘玄武岩，矿粉采用石灰岩磨细粉，高粘度沥青采用江苏宝利高粘度改性沥青。沥青和集料的主要技术指标分别见表1和表2。

某藻水分离站低蓝藻密度藻浆的藻水分离结果　表1

集料的主要技术指标试验结果　表2

3.2试验级配计算

试验级配以2.36mm筛孔通过量14.7%为基准，在此基准上±3%为目标设定3种级配。矿料配合比及合成级配曲线图如表3及图2所示。

矿料配合比及合成级配　表3

图2　矿料合成级配曲线

3.3析漏试验

拌制3种级配4.4%、4.7%、5.0%、5.3%、5.6%沥青用量的混合料，采用"搪瓷盘法"测定沥青混合料的黏附损失，试验温度为185℃±2℃。析漏试验结果如表4及图3所示。

3种试验级配析漏试验结果　表4

图3　3种试验级配析漏试验结果

根据以上的结果，3种级配的控制沥青量分别为：下方级配=4.6%、中央级配=4.8%、上方级配= 5.0%。

3.4确定目标空隙率对应2.36mm通过量

以控制沥青量进行马歇尔试验，2.36mm通过质量百分率与空隙率曲线如图4所示。

图4　2.36mm通过率和空隙率关系曲线

根据以上的结果，排水性沥青混合料目标空隙率20%左右时得到的2.36mm通过量约为13.7%。

3.5选定合成级配和冷料配比

以2.36mm通过质量百分率与空隙率曲线关系，找出与目标空隙率20%一致的2.36mm通过率为13.7%，然后根据2.36mm筛孔通过率同空隙率的关系对集料级配进行调整，来选定合成级配和冷料的配合比，选定合成级配和冷料的配合比见表5。

选定合成级配和冷料的配合比　表5

4　结　语

①采用与当地的暴雨强度相匹配的目标空隙率选定2.36mm通过率进行矿料级配设计，一方面可以降低降低路面造价，另一方面可以提高路面使用性能与寿命。

②采用暂定3级配先进行析漏试验确定控制沥青用量的方法，可以避免最佳沥青用量确定时多级配、不同沥青用量的混合料拌制工作，减小析漏试验组数，且不影响结果选定。

③2.36mm和4.75mm筛孔通过率之差决定整个混合料的骨架结构形成，在选择排水性沥青混合料级配时，应该尽量减少2.36mm和4.75mm筛孔通过率之差，宜控制在7%～10%之间。

［1］王玉果，李斌.2.36～4.75mm材料对沥青混合料性能指标影响分析［A］.全国公路建设和养护优秀论文集［C］.2010.

［2］牛俊明，赵平均，许永明.排水性沥青混合料抗滑层设计方法研究［J］.西安公路交通大学学报，1997（1）.

［3］邢明亮，陈拴发，陈华鑫，王秉纲.级配组成对排水性混合料空隙率影响研究［J］.武汉理工大学学报，2009（17）.

U416.217

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1007-7359（2016）04-0184-02

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.04.072

郭宏坤（1973-），男，安徽肥东人，毕业于安徽建筑大学，本科，高级工程师。