大粒径透水性沥青混合料介绍及材料设计

大粒径透水性沥青混合料介绍及材料设计

概述

大粒径透水性沥青混合料（LARGE STONE POROUS ASPHALT MIXES）是指混合料最大公称粒径大于26.5mm，具有一定空隙率能够将水分自由排出路面结构的沥青混合料，大粒径透水性沥青混合料通常用作路面结构中的基层。这种大粒径透水性沥青混合料的提出是来自美国一些州的经验，美国中西部的一些州对应用了三十多年以上而运营状况相对良好的一些典型路面进行了相关的调查，发现许多成功的路面其基层采用的是较大粒径的单粒径嵌挤型沥青混合料如灌入式沥青基层。因此提出以单粒径形成嵌挤为条件进行混合料的设计，从而形成开级配大粒径透水性沥青混合料(LSPM)。美国NCHRP联合攻关项目对大粒径沥青混合料也进行了相关研究，最终得到了研究报告NCHRP Report 386，但是研究报告主要是针对于大量实体工程的调查而且偏重于密级配大粒径沥青混合料，而且NCHRP Report 386对大粒径透水性沥青混合料材料与结构设计并没有进行系统的研究。我们在国外研究的基础上从2001年开始进行了大量的研究和应用，并对其级配与各项技术指标进行研究，使其更符合我国具体实际情况，根据研究结果与使用状况提出了本设计与施工指南，更好地指导工程实践。

大粒径透水性沥青混合料的设计采用了新的理念，从级配设计角度考虑，大粒径透水性沥青混合料(LSPM)应当是一种新型的沥青混合料，通常由较大粒径（25mm-62mm）的单粒径集料形成骨架由一定量的细集料形成填充而组成的骨架型沥青混合料。大粒径透水性沥青混

合料(LSPM)设计为半开级配或者开级配。由于大粒径透水性沥青混合料(LSPM)有着良好的排水效果，通常为半开级配（空隙率为13-18%）。它不同于一般的沥青处治碎石（ATPB）基层，也不同于密级配大粒径沥青混合料（ATB）。沥青处治碎石(ATPB) 粗集料形成了骨架嵌挤，其基本上没有细集料填充，因此空隙率很大一般大于18%，具有非常好的透水效果，但由于没有细集料填充空隙率过大其模量较低而且耐久性较差。密级配大粒径沥青混合料（ATB）也具有良好的骨架结构，空隙率一般在3-6%，因此其不具有排水性能。大粒径透水性沥青混合料级配经过严格设计，其形成了单一粒径骨架嵌挤，并且采用少量细集料进行填充，提高混合料模量与耐久性，在满足排水要求的前提下降低混合料的空隙率，其空隙率一般为13-18%，因此其既具有良好的排水性能又具较高模量与耐久性。

研究和应用表明大粒径透水性沥青混合料具有以下优点：

（1）级配良好的大粒径透水性沥青混合料可以抵抗较大的塑性和剪切变形，承受重载交通的作用，具有较好的抗车辙能力，提高了沥青路面的高温稳定性；特别是对于低速、重车路段，需要的持荷时间较长时，设计良好的LSPM与传统的沥青混凝土相比，显示出十分明显的抗永久变形能力；

（2）大粒径透水性沥青混合料有着良好的排水功能，可以兼有路面排水层的功能。

（3）由于大粒径透水性沥青混合料有着较大的粒径和较大的空隙，它可以有效地减少反射裂缝。

（4）大粒径集料的增多和矿粉用量的减少，减少比表面积，减少了沥青总用量，从而降低工程造价。

（5）与通常的半刚性基层相比，提高了工程施工速度，减少了设备投入。

（6）在大修改建工程中，可大大缩短封闭交通时间，社会经济效益显著。

《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）中规定：新建沥青路面的基层按结构组合设计要求，可以选用柔性基层、半刚性基层、刚性基层与混合式基层。其中混合式基层是指上部使用柔性基层，下部使用半刚性基层的结构。这样就改变了我国高等级公路沥青路面长期以来的结构单一局面，即千篇一律的使用半刚性基层沥青路面。而且，今年交通部印发了《关于防治高速公路沥青路面早期破坏的指导意见》（交公路发[2005]523号），文件中提到：柔性基层使许多发达国家常用的路面结构形式，鼓励各地加强柔性基层试验研究，在试验路段铺筑成功的基础上加以推广。

柔性基层在国内已经开始研究并铺筑了多条试验路，取得了很好的效果，一般情况下采用柔性基层路面结构厚度应当增大，当采用沥青稳定类作为柔性基层时其造价较高。

材料设计

材料要求

对沥青混合料的性能起着决定性作用的几个集料指标包括“认同特性”和“资源特性”。“认同特性”是：粗细集料的棱角性、扁平细长颗粒含量、粘土含量。“资源特性”是指韧度（洛杉矶磨耗）、安定性、有害质含量。

所有的矿料必须无塑性，沥青混合料中的粘土颗粒成分可以引起沥青混合料的体积膨胀，在水的作用下引起沥青膜与矿料间的剥离现象。

1、大粒径沥青混合料中粗集料起到骨架作用，粗集料的质量和其物理性能严重地影响着混合料的使用性能，因此混合料中粗集料应使用轧制的坚硬岩石。对大粒径沥青混合料其粗集料颗粒性状良好。细长及扁平颗粒含量不应超过15%，集料压碎值应不大于20%，粗集料与沥青应有良好的粘结力，根据目前高速公路水损害出现的频率较高，要求粗集料与沥青的粘结力为5级，小于5级时应当采取抗剥落措施，以保证混合料达到水稳定性指标要求，未列出指标应满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）及《大粒径透水性沥青混合料应用技术规程》（DB 37/T 1161-2009）中对热拌沥青混合料集料的要求。

2、细集料包括人工砂、石屑和天然砂。采用反击式或锤式破碎机生产的硬质岩集料经过筛选的小于2.36mm的部分具有较好的角砾

性，可以作为人工砂使用，大粒径沥青混合料所用细集料宜使用机制砂。细集料棱角性(间隙率法)必须大于42%，砂当量值不小于65%。

3、由于大粒径沥青混合料为透水混合料，为了提高沥青混合料的抗水损害能力，填充料需采用消石灰粉或生石灰粉，石灰粉应干燥、洁净。能自由地从料仓流出，其料技术要求可根据当地情况而定，至少应满足III级要求。

4、为了保证大粒径透水性沥青混合料的耐久性，混合料需要比较厚的沥青膜，但同时必须防止混合料的析漏，因此应当采用粘度较高的沥青胶结料。根据课题研究混合料可以采用MAC-70#改性沥青或SBS改性沥青，青龙高速公路决定同意采用MAC-70#改性沥青，其应满足下表的相关要求。

表 1 MAC-70#改性沥青的技术要求

注：

表中常规指标现场做，其他指标可根据监理而定，动力粘度只有在有条件时才要求测定，用毛细管法测定；老化试验采用旋转薄膜烘箱试验（RTFOT）为准，允许采用薄膜加热试验（TFOT）代替，但必须在报告中注明，且不得作为仲裁结果。

级配设计

大粒径透水性沥青混合料作为基层要承受车辆荷载，另外还兼有排水功能，因此设计的混合料要形成骨架结构、空隙率要在15%左