排水沥青混合料设计方法

排水沥青混合料设计方法
摘要:排水沥青混合料设计和普通沥青混合料设计方式存在很大差异。

文章首先对排水沥青原材料进行分条列举，其次阐述美国与中国在排水沥青混合料设计中对材料提出的要求、配合比设计方法以及在沥青用量等方面的研究。

最后结合某城市道路项目建设工程，对排水沥青混合料混合比例规划流程进行分析，即首先依照空隙率与沥青用量关系曲线初步确定沥青用量，继而进行析漏试验和飞散试验检验，以明确排水沥青混合料沥青用量的最佳值。

关键词:排水沥青混合料；配合比；沥青用量；设计方法；优化措施
0引言
在高速行车的情况下，大孔隙排水沥青混合料OGFC可以迅速通过混合料内部开口空隙将雨水排出路面以外，还具有不产生水雾不发生溅水及降噪等优势，在城市道路发展中将会有更好的应用前景。

但是，通过总结长期施工经验发现，排水沥青混合料应用开级配与大空隙率，致使它在配比规划策略和使用期间更为复杂，难度不断提升。

在混合料配比缺乏合理性的情况下，若存在沥青含量偏高的问题，就会使沥青发生析漏现象，经车轮碾压后形体发生改变，而沥青含量的偏低，会降低沥青混合料的耐久性。

因此，为优化排水沥青路面运行效果，应对排水沥青混合料的配合比科学设计，文章对相对应的办法进行分条探究。

1原材料
1.1沥青
与工程施工中常用的沥青原料相比，这种沥青的最大特征体现在骨架空隙结构性质方面，要求沥青具备一定黏合度，使沥青膜厚度得到根本上的保障，进一步提升骨料间的粘结性，并在路面工程中具有一定强度，延长整体结构的使用年限[1]。

1.2矿质集料
在OGFC排水沥青混合料中，粗集料的含量在矿料总量中所占的比例通常超过85%，集料的质地、形状结构以及重量都是影响排水混合料性能高低的主要因素。

为使道路工程路面的施工质量有所保障，就应该对粗集料的质量匀称性、洁净度，包括对粒径大于9.5mm及粒径小于9.5mm的粗集料的针片状颗粒含量进行相应的控制。

同时，选用洁净干燥的细集料和矿粉。

该城市道路工程项目采用了优质矿质集料，粗集料选用宁德福鼎生产的玄武岩，用反击破生产工艺生产。

矿粉由三明尤溪生产的憎水性石灰岩磨细制得[2]。

2国内外排水沥青混合料设计方法
2.1美国联邦公路管理局的设计方法
美国联邦公路管理局(FHWA)在20世纪90年代初期编制了“开级配沥青抗滑表层(OGFC)混合料设计方法”,排水沥青在那个年代被称之为开级配抗滑表层，为一类间断级配的混合料，空隙率大概是22%～15%，厚度约20～25mm，其主要作用体现为能够创造一个较高抗滑阻力的表层,也具备降噪声，减少水漂、水溅、水雾、眩光等功效[3]。

用于OGFC排水沥青混合料中的矿料组成可以被细化为粗集料、细集料及
填料。

对用于沥青表面层的粗集料磨光值PSV要求大于42,其他层次最低不得低于38,石灰岩等质地软、易磨光的集料不得采用。

沥青胶结料必须具有良好的抗老化能力，经粘附性试验测得的与集料的粘附性不得低于4级，通常选用高粘度改性沥青，结合OGFC所用矿质材料的空隙率相对较大、易老化和水易侵入等现实问题，可应用添加剂，以优化其抗剥落性，能有效提高混合料的抗松散性。

2.2国内排水性沥青混合料的研究
2.2.1排水性沥青混合料的级配组成研究
均匀设计法是一类体积法，在沥青混合料级配设计环节上有所应用，对于排水性沥青混合料配合比设计而言,其重点是确保混合料空隙率达到20%。

通常情况下，采用均匀设计法设计出的级配制作试件,获得的空隙率通常与目标值要求极为相近。

进行试验分析时，需采用以下几道流程:①确定试验目的，明确考评指标。

对于排水性沥青混合料而言，考核指标是空隙率。

②筛选因素、选择层面。

编制因素水平表即对考评指标产生影响的因素，层面是各因素在试验中需对比的具体条件。

对于排水性沥青混合料而言，孔径各筛孔通过率均应严格控制符合级配范围，其中2.36mm尤为重要；层面则是依照我国相关规范设定的。

③选用最适的均匀表，进行有关的试验或数据测算，以获得每种试验条件下各考评指标的数值。

④采用回归分析方法，辨识影响因素对考评指标影响程度，明确考评指标与不同因素之间的关系[4]。

2.2.2沥青用量的综合确定法
参照国外相关研究成功明确沥青用量最佳值，其主要应用综合法。

具体步骤如下:首先采用理论计算法，参照沥青膜厚度与集料表面积初步设定沥青用量；继而按照±0.5%或±0.3%调整沥青用量，分别依照相关标准有次序进行马歇尔试验测得空隙率、稳定度及析漏试验、飞散试验，依照析漏试验与飞散试验所设定的沥青用量范畴(也可以依照马歇尔稳定度试验结果)明确排水沥青混合料的最佳沥青用量；最后必须对设计的最佳沥青用量进行析漏损失试验、肯特堡飞散损失试验，并对混合料进行高温稳定性车辙试验、水稳定性浸水马歇尔等进行检验，检验结果必须符合规范要求[5]。

3设计矿料级配的确定
首先先按相关试验规程规定的试验方法测定各种原材料的相对密度及颗粒级配，粗集料按粗集料密度及吸水率试验（网篮法）测定毛体积相对密度及表观相对密度、按粗集料及集料混合料的筛分试验测定颗粒级配，细集料用筛出的2.36~4.75mm的部分按粗集料密度及吸水率试验（容量瓶法）测定毛体积相对密度及表观相对密度、按细集料筛分试验测定颗粒级配，矿粉按矿粉密度试验测定表观相对密度、按矿粉筛分试验（水洗法）测定颗粒级配。

将已规范或者设计图纸要求的级配范围作为配合比设计的级配范围，在级配范围内掺配3种不同比例的矿料级配（重点区别2.36mm通过率的不同）作为初选级配进行试验。

4最佳沥青用量的确定
排水沥青混合料最佳沥青用量的确定，需同时符合析漏损失和肯
特堡飞散损失试验的相关标准。

排水沥青混合料设计方法要求将预算沥青用量设为参照指标，沥青用量变化率在0.3%～0.5%区间取值，采用分阶段方法进行相关试验，并借此方式获得混合料沥青用量的最佳值[6]。

采用上述方法运行相关过程后，获得的析漏损失曲线与飞散损失曲线并不能保证100%存在转折点，此时就不能确保一定会获得沥青用量范畴，故对相关方法过程进行简化与优化,明确排水沥青混合料沥青用量的最佳值，主要是保证混合料的空隙率与目标空隙率与相关规定相匹配。

此外，确保沥青用量的适宜性，能够有效维持并提升混合料的粘结度与耐久性，本次研究中，在对混合料配比规划时，初步规划对5组沥青用量存在差异的混合料试件实施马歇尔试验，以得到首次确定沥青用量最适值。

接下来，对上一阶段确定的最佳沥青用量相对应的混合料分批次进行析漏试验与飞散试验，以检测并判断该数值与工程有关技术标准间的相符性，决定是否做出相应改动与调整，最后确定本工程路面施工期间沥青用量的最佳值[7]。

综合以上阐述的内容，发现如上优化措施的应用，能够免去析漏试验和飞散试验各15个，同时也协助工程路面施工设计人员较为迅速、精确地获得最佳沥青用量数值。

4.1沥青用量的相关公式及计算
结合希望的沥青膜厚度和集料的表面积测算沥青用量。

通常情况下OGFC沥青膜厚度h选用14μm。

带入公式Pb=h×A计算得到选定的中值的沥青用量是5.0%，按照±0.5%沥青用量变化，上下分别调整两级获得了5个不同的沥青用量[8]。

4.2进行马歇尔试验绘制相关曲线
对选定的5个沥青用量分别拌制沥青混合料并制作马歇尔试件，对5个不同沥青用量的马歇尔试件共20个分别测定相关密度及空隙率,绘制油石比与空隙率的关系曲线图1，设计空隙率所对应的油石比是4.7%。

4.3析漏损失和肯特堡飞散损失试验
经过5组不同的沥青用量的马歇尔试验及目标空隙率的对应，确定出沥青混合料的最佳油石比为 4.7%后，对最佳油石比进行析漏损失、飞散损失及动稳定度车辙试验，最终测得析漏损失、飞散损失及动稳定度车辙试验数值均达到要求。

得出结论,油石比4.7%为该排水沥青混合料的最佳油石比。

5结语
文章主要对排水沥青混合料配比设计的最优设计措施与过程进行探究，先是采用相关实验获得空隙率与油石比相关性曲线，并在目标空隙率的协助下对排水沥青混合料沥青用量有大致了解，继而在析漏损失和肯特堡飞散损失试验帮助下，最终明确沥青用量的最佳值。

本次研究采用的设计措施与规划的程序，在节省时间与精力的同时，也使得试验结果精确性以及与相关技术标准的相符性有所保障。

通过实践检验发现，通过该设计方法获得的排水沥青混合料能够符合路用性能标准。

参考文献:
[1]姜平忠,林颀栋,吴海,陈凌云.基于排水路面的环氧沥青混合料配
合比设计及路用性能研究[J].交通世界,2017(29):25-27.
[2]黎晓,程志豪,郑少鹏.排水沥青混合料永久变形性能试验研究[J].公路工程,2017,42(1):185-189.
[3]丁志勇.排水沥青混合料高粘沥青类型的对比和评价研究[J].交通科技,2016(5):143-145.
[4]肖鑫,张肖宁.基于CAVF法的排水沥青混合料组成设计[J].公路交通科技,2016,33(10):7-12.
[5]郭宏坤.排水沥青混合料的矿料级配设计方法优化[J].安徽建筑,2016,23(4):184-185+225.
[6]肖鑫,张肖宁.基于工业CT的排水沥青混合料连通空隙特征研究[J].中国公路学报,2016,29(8):22-28.
[7]肖鑫,张肖宁.基于排水沥青混合料细观结构的排水特性分析[J].华南理工大学学报(自然科学版),2016,44(6):113-120.
[8]邱自萍,王玉文.Sasobit温拌排水沥青混合料路用性能研究[J].城市道桥与防洪,2015(6):192-194+201+20.
作者:黄勤锋单位:福建博海工程技术有限公司。