大粒径透水性沥青碎石混合料柔性基层技术应用与探讨

大粒径透水性沥青碎石混合料柔性基层技术应用与探讨
［摘要］通过滨德高速公路的修建，重点对大粒径透水性沥青混合料作为柔性基层，其作用性能及施工质量控制做详细的分析，并对存在的问题进行了认真的探讨。

［关键词］高速公路；大粒径透水性沥青混合料；应用；探讨
1概况
1.1滨州至德州公路是国家重点公路东营至香港（口岸）公路滨州至衡水支线的重要路段，该路段在山东境内途径滨州和德州两市，是连接渤海湾经济区尤其是胶东半岛北部沿海港口与其经济腹地的高速通道。

其东起滨州市，与国家高速公路长春至深圳公路和荣城至乌海公路相连，西至德州市，与已建成的德州至衡水高速公路相连。

同时，该路段还是山东省规划的“五纵连四横、一环绕山东”高速公路网“一横”和“一环”的重要组成部分。

1.2路面结构设计为：上面层（4cm）--沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA-13）；中面层（6cm）—中粒式沥青混凝土（AC-20C）；下面层（8cm）—粗粒式沥青混凝土（AC-25C）；基层（12cm）—大粒径沥青碎石（LSPM-30）；基层（2*18cm）—水泥稳定碎石；底基层（20cm）—二灰土（石灰、粉煤灰稳定土，外掺1.5%水泥）。

山东省经过对大粒径透水性沥青混合料柔性基层（LSPM）试验路建成通车以来，大力推广该种结构，为此在滨德高速公路的修建中同样也采用了大粒径透水性沥青混合料。

本文将重点介绍大粒径透水性沥青混合料在滨德高速公路的应用，以及对目前应用过程中存在的问题予以探讨。

2LSPM性能及作用
2.1 高温稳定性：
LSPM为单一粒径骨架嵌挤型混合料，9.5mm以上粗集料比例在70%左右，形成了完成的骨架嵌挤，因此具有良好的高温稳定性。

评价混合料高温稳定性的试验方法有多种，通常我们采用的方法是动稳定度试验，即车辙试验。

沥青混合料车辙试验是试件在规定温度及荷载条件下，测定试验轮往返行走所形成的车辙变形速率，以变形稳定期内每产生1mm变形的行走次数即动稳定度表示。

由于LSPM粒径较大，一般情况下最大粒径可达到37.5mm，因此传统的5cm 车辙试件厚度已不适用。

对于LSPM应有较小压实厚度，当车辙试件厚度小于该厚度时，粗集料之间不能形成良好的骨架结构，集料之间不能互相嵌挤，此时
的试验数据不能反映真实情况。

根据混合料压实厚度应为最大公称粒径的3-4倍原则，通过山东省其他已完成高速所提供的试验验证，表明对于LSPM车辙试验最小应采用8cm厚度，试验温度采用现行规范中的规定的60℃。

2.2水稳定性：
沥青混合料在浸水条件下，由于沥青与矿料的黏附力降低，表现为混合料的整体力学强度降低。

尤其对于LSPM，由于空隙较大，沥青用量少，矿料之间的接触点比普通沥青混合料少，对于LSPM的胶结料宜采用较高黏度的改性沥青，以形成较厚的沥青膜，可使沥青膜的厚度大于12μm。

由于目前没有统一的标准，因此，对于LSPM的水稳定性主要从保证沥青膜厚度即沥青含量进行检验与控制。

2.3疲劳性能：
沥青路面的疲劳开裂也是沥青路面最主要的破坏模式之一。

沥青路面使用期间，经受车轮荷载的反复作用，其应力或应变长期处于交迭变化状态，致使路面结构强度逐渐下降。

当荷载重复作用超过一定的次数以后，在荷载作用下路面内产生的应力就会超过路面结构强度下降后的结构抗力，会在路面处治层底部产生疲劳开裂，在荷载继续作用下，裂缝扩展至表面形成疲劳裂缝。

LSPM为嵌挤型混合料，粗集料比例较大，沥青用量较低，空隙率较大，因此其疲劳性能要较密级配、密实型沥青混合料低，但与密级配沥青稳定碎石疲劳性能相当。

借鉴以往工程和经验算LSPM层出现较大拉应力时，可采用以下两种方法改善结构抗疲劳性能：
2.3.1精心进行路面结构组合设计，让LSPM层处于受压区域，基本上不出现拉应力。

2.3.2在LSPM层下增设细粒式沥青混合料抗疲劳层。

2.4渗透性能：
LSPM的主要功能之一是能将渗入路面中的水迅速排除，因此，渗透性是评价透水性沥青混合料最为关键的指标之一。

透水性能常用渗透系数表示。

根据以往山东省已完工程及相关课题研究，对于LSPM当空隙率达到13%时，混合料的渗透系数发生突变，而空隙率达到18%以后渗透系数变化不明显，一般渗透系数为0.01cm/s到1.0cm/s之间，此时能够满足混合料排水性的要求，而对密级配沥青混合料即使空隙率达到10%，其渗透系数的数量级一般为10-5，即混合料的渗透性能不仅与空隙率有关。

目前测试渗透系数的方法采用ASTM PS129-01中规定的无侧向渗水仪（见下图），无侧向渗水仪的基本原理是让量筒里的水渗透饱水沥青混合料并记录达
到预先设定水头落差位置的时间间隔，然后用达西定律计算沥青混合料的渗透系数。

渗透系数K由下式计算：
K=(al/At)ln(h1/h2)
式中：K——渗透系数，cm/s;
a——量筒内径面积，cm2;
l——试件厚，cm;
A——试件横截面积，cm2;
t——水头高计时刻度至低计时刻度花费时间，s;
h1——时间t1水头高度,cm;
h2——时间t2水头高度，cm。

图—无侧向渗水仪
2.5抵抗反射裂缝能力：
由于作用于路面的实际荷载为运动荷载，总会经历对称加载和非对称加载过程，在交通荷载作用下导致基层或旧路面中的裂缝向沥青面层反射的主要原因是裂缝尖端剪应力的奇异性。

无论是对称荷载还是分对称荷载作用，裂缝尖端的应力强度因子都将随着加铺基层模量的增大而增大。

LSPM由于空隙率较大、沥青含量低，因此其模量也较低，一般在400—600Mpa之间，远较密级配沥青混合料低。

根据断裂力学及以往施工经验分析，混合料中没有空隙或空隙非常小时，无论是对称荷载还是分对称荷载作用，裂缝尖端应力状态都有很大的奇异性，当存在较大空隙时将极大地消减了裂缝尖端的应力集中，即说明在裂缝扩展过程中，大空隙的存在能阻碍裂缝进一步的发展。

综合以上对LSPM性能的分析，可以得到的性能优点：
①LSPM由于粗集料形成了完整的骨架嵌挤结构，具有较强的抵抗车辙变形
能力；
②采用了较高黏度的改性沥青，沥青膜厚度较大，具有较高的水稳定性；
③空隙率较大，渗水系数能够满足结构排水要求，能够将渗入路面的水分迅速排出结构以外；
④由于其模量不是非常高，而且存在大量的连通空隙，具有很高的抵抗反射裂缝能力。

3 LSPM柔性基层质量控制
对于LSPM现场压实度采用空隙率与压实度双指标进行控制，从路面取芯样以二次封蜡法或计算法进行测试，混合料理论最大密度采用计算法，另外还需要通过压实遍数来进行压实控制。

由于现场压实与室内击实存在差别以及现场沥青封层和石屑的上浮，造成混合料底部比较密实也影响了空隙率，综合考虑各种因素，现场路面钻芯取样检测空隙率宜控制在平均值为13%-18%，极值为20%，考虑空隙率测定方法的不同，在正式实施时还可以进行调整；压实度的控制与普通沥青混合料相同，不应小于98%。

现场芯样的检验频率按照规范要求进行，或根据招标文件要求进行。

拌和站控制室要逐盘打印沥青及各种矿料的用量与拌和温度，同时由质检人员检验混合料出厂温度、摊铺温度和碾压温度，并对混合料进行目测，检验有无花白料、严重离析现象等。

每天结束后，用拌和站打印的各种数量、以总量控制的各仓用量及各仓级配计算平均施工级配、油石比和抽提结果相比较。