新油膜厚度在沥青混合料设计中的应用

新油膜厚度在沥青混合料设计中的应用

摘要：传统设计方法中，沥青混合料的沥青用量采用油膜厚度指标确定，但传统油膜的厚度与混合料的实际油膜厚度有误差。本文提出了新的油膜厚度指标，并进行沥青混合料的配合比设计，对该指标进行了试验检验。

关键词：油膜厚度、新油膜厚度、沥青混合料

1前言

确定沥青混合料中的最佳沥青用量是沥青混合料设计好坏的重要一环，如果沥青用量过大沥青混合料颜色黑亮，施工时易发生推移现象，同时其高温稳定性差。而沥青用量过小，沥青混合料颜色较暗，沥青混合料使用时易开裂老化，同时水稳定性差。传统的设计方法中沥青用量是用油膜厚度这个指标来衡量的，但是传统的油膜厚度的定义中[1]，油膜厚度的大小只和胶结材料的用量体积有关，与矿料的颗粒分布情况和混合料的压实情况无关，也就是说沥青混合料设计中，最佳沥青用量的确定不考虑混合料的空隙率和VMA。这种假设与混合料在压实过程中的情况有很大的差别，混合料在压实过程中矿料颗粒之间空隙逐渐减小，包裹矿料颗粒的沥青厚度也会受到影响。所以用油膜厚度来确定最佳沥青用量误差较大，本文针对这种情况，采用新沥青油膜厚度对沥青混合料进行设计。

2 新油膜的概念

新油膜厚度t的定义为沥青混合料矿料的表面穿过油膜到空气的最短距离。并且假设所有矿料颗粒的新油膜是均匀的薄壳，这个薄壳就被称为“新油膜”。

传统油膜在进行建模时假设矿料包裹上油膜厚[2]，矿料之间不发生接触，这样的话，每个矿料所包裹的油膜其厚度必然会相同，如矿料的粒径就没有关系了。但实际上沥青混合料的矿料颗粒并不是相互独立互补接触的状态，在沥青混合料的搅拌、运输、摊铺、压实的过程中，时刻在接触，这时，一定会出现两个矿料颗粒间的距离小于最佳油膜厚度的情况，也就是说矿料的油膜出现了重叠部分。

这种情况下，在按照传统油膜的模型就会有误差了[3]，实际中的矿料油膜会相互接触的，矿料油膜厚度包括有效厚度和小于油膜厚度。为了避免计算时颗粒粒径太小，表面积计算值过大的情况，对沥青混合料矿料的最小粒径进行限制，因为纯沥青中最大的颗粒约为0.2μm，因此考虑集料的最小尺寸为0.2μm是有意义的。

3 油膜和新油膜区别计算示例

为了对比分析传统油膜和新油膜厚度的区别，现以某沥青路面混合料设计为例进行说明。该道路采用沥青AC-16作为道路上面层。其设计级配如表3-1所示。

为了说明油膜厚度和沥青用量的关系，现假设沥青混合料的级配保持不变，如表3-2所示，采用不同沥青胶结料用量压实成型试件，沥青胶结料用量分别为：4.2%、4.7%、5.2%、5.7%四个沥青含量，采用旋转压实法按照规范的压实次数成型试件，然后计算试验混合料的体积特性参数和传统油膜厚度、新油膜厚度，如表3-2所示。最后将计算结果用图示进行说明，如图3-1所示。

表3-1 混合料设计级配

表3-2 不同沥青用量下混合料的特性及油膜厚度

经过计算和绘图分析，可以看出传统油膜的分布是线性递增的，也就是说矿料的油膜厚度随着混合料的沥青含量增加而直线增加；而新油膜厚度的分布是三次曲线，如果按照新油膜的分布曲线来分析矿料油膜厚度的话，可以这样总结，就是如果增加混合料的沥青含量，则新油膜的厚度增加量要大于传统油膜厚度增加量。

图3-1油膜和新油膜随沥青用量变化曲线

上面是关于油膜厚度和沥青用量的关系，下图反映的是油膜厚度和矿料间隙率的关系。从图中的曲线可以看出，如果采用传统的油膜厚度，矿料的间隙率对油膜厚度是没有影响的，这一点从前面讲述的沥青油膜模型分析中可以看出，传统的油膜模型的假设前提是矿料颗粒之间互不接触，当然矿料的间隙率不会影响到油膜厚度的计算。从下图可以看出，新油膜厚度会随着矿料间隙率的增加而逐渐减小，从新油膜的模型中可以看出，当矿料颗粒之间越接近，新油膜的厚度会受到间隙变化的影响。

图3-2VMA对油膜和新油膜的影响

4.结论

综上所述，混合料中的矿料颗粒的油膜厚度既不能太大，也不能太小，如果油膜厚度太厚，会造成沥青高温稳定性下降，在混合料施工时会发生推移的现象；如果油膜厚度太薄，则混合料容易老化开裂，也就是混合料的水稳定性和低温开裂性能下降，从表观上看这时候的混合料色泽暗淡。油膜的取值有一个合适的取值范围。本文中采用新油膜确定沥青的最佳用量，所得的沥青用量范围比传统油膜所得结果小一些，所以对于沥青混合料的最佳沥青用量的确定，新油膜厚度更具有实用价值。

参考文献

包建设.隔离膜厚度在砂砾式应力吸收层沥青混合料设计中的应用[M].北京：公路，2009，7:38-39

许福,曹政.体积法计算中沥青膜厚度与最佳沥青用量关系新解[M].合肥：华东公路，2006，5:21-22

张兰峰.沥青路面Top-Down开裂影响因素及其评价方法研究[D].西安:长安大学硕士学位论文,2008