2025-07-08
 
超薄罩面多孔沥青混合料配合比设计方法研究
2025年07月08日   阅读量:3710

摘 要:

沥青路面超薄罩面技术能够有效改善路表功能和使用性能,符合国家倡导建设“环保、低碳、节能、减排、降噪”道路的要求,具有良好的应用前景。本文从配合比设计的角度,室内成型马歇尔试件,对比分析不同级配的空隙率、马歇尔稳定度和劈裂强度等参数的变化规律,优选最佳级配;同时,从工作性能和路用性能两个方面,选择空隙率、析漏、飞散3个工作性能参数和马歇尔稳定度、高温动稳定度、低温弯拉应变和弯拉强度4个力学性能指标综合分析。通过对析漏试验、空隙率和飞散试验结果绘制成图,以混合料飞散损失结果曲线拐点对应的油石比为最小油石比 OAC1,以沥青析漏损失曲线拐点对应的油石比为最大油石比 OAC2,以混合料动稳定度曲线拐点对应的油石比 OAC3,马歇尔稳定度和低温最大弯拉应变的最大值分别为 OAC4和OAC5,最佳油石比 OAC取 OAC1~OAC5平均值,优选了最佳油石比,总结分析多孔沥青混合料配合比设计流程与方法。

关键词:超薄罩面;多孔沥青混合料;配合比设计

0 引言

沥青路面超薄罩面技术能够有效改善路表功能和使用性能,符合国家倡导建设“环保、低碳、节能、减排、降噪”道路的要求,具有良好的应用前景。工程实践和相关研究表明,通 过 超薄罩面能够有效提升道路表面的服役质量与服役性能,同时能够有效改善路面结构内部健康状态,延缓乃至阻止病害的发生与发展[2-6]。

但是,当前的超薄罩面多孔沥青混合料配合比设计依赖经验,缺乏理论基础和行业设计规程,配合比设计质量难以控制,较大地影响了多孔沥青混合料质量。

从原材料选择、矿料级配选择、最佳油石比确定、路面性能验证等各个环节,探究超薄罩面的配合比设计方法,以 期 为 同类道路养护工程提供参考。

1试验原材料

1.1 高黏高弹改性沥青

本文采用某高黏高弹改性沥青,相关性能测试见表 1。

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1.2 集料

本文采用枞阳县玄武岩粗集料、彭泽县细集料和怀宁县的矿粉,其技术性能测试结果分别见表2~表4。

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2 配合比设计方法

2.1 最佳级配的选择

2.1.1 矿料级配设计

依据以往工程及排水沥青混合料设计经验,沥青膜厚度取12μm 计算初步油 石 比,多孔沥青混合料油石比初选 7%,外掺混合料质量0.3%的聚酯纤维。空隙率12%~15%,目 标 空隙率13.5%,选取5种级配(粗、中、细),通过调整2.36mm 筛孔通过 率 ±1.5%、4.75 mm 筛 孔 通 过 率 ±0.5% 进 行 级 配 试配,如表5和图1所示。

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2.1.2 合成级配优选

初选5种级配,室内成型马歇尔试件,综合分析空隙率、马歇尔稳定度和劈裂强度测试结果,优选最佳级配。

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从表5、图 2、图 3可以分析 出,超薄罩面多孔沥青混合料空隙率 随 着2.36mm 筛孔通过率的增大而逐渐减小,主 要 是增加的细集料与沥青形成胶浆逐渐填充骨架间的空隙;空隙率随着4.75mm 筛孔通过率的增加,呈先增大后减小趋势,主 要是4.75mm 筛孔通过率的增大干涉了5~10mm 集料骨架,使得集料骨架重新排列,但4.75mm 筛孔通过率继续增加,填 充了骨架空隙。

基于沥青混合料体积参数和劈裂强度力学指标对合成 级配进行对比分析,选择最优级配,见表6。

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结合表6测试 结 果,JP4空 隙 率13.76%与目标空隙率接近,且马歇尔稳定 度 值 最 大,劈 裂 强 度 较 高,级 配 良 好,JP4级配作为最优级配。

2.2 最佳油石比的选择

依据以往工程及排水沥青混合料设计经验,沥青膜厚度取12μm 计算初步油石比,多孔沥青混合料油石比预估为6.8%,变化沥 青 用 量±0.2%,初 选5种 油 石 比。从工作性能和力学性能两个方面,选择空隙率、析漏、飞散3个工作性能参数和马歇尔稳定度、高温动稳定度、低温弯拉应变和弯拉强度4个 力学性能指标综合分析,优选最佳油石比,探究最佳油石比的选择方案(图4~图9,表7)。

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通过对析漏试验、空隙率和飞散试验结果绘制成图,以混合料飞散 损 失 结 果 曲 线 拐 点 对 应 的 油 石 比 为 最 小 油石比(OAC1),以沥青析漏损失曲线拐点对应的油石比为最大油石比(OAC2);以混合料动稳定度曲线拐点对应的油石比为OAC3,马歇尔稳定度和低温最大弯拉应变的最大值分别为OAC4和 OAC5,最佳油石 比 OAC取 OAC1~OAC5平 均 值,且选择试件表面无沥青析出,试件空隙率与目标空隙率接近。

OAC= (OAC1+OAC2+OAC3+OAC4+OAC5)/5=(6.65+6.95+6.9+6.8+6.8)/5=6.82通过计算分析,油石比计算平均值为6.82%,取 整 油 石 比为6.8% 。油 石 比 为6.8% 的多孔沥青混合料高温稳定性优 、低温抗裂性能好,且试件表面无沥青析出,试件空隙率13.81%与目标空隙率接近。因此,综合性能与经济性,选择6.8%作为最佳油石比。

3 生产验证分析

超薄罩面多孔沥青混合料规模化施工前,选 择 了2000m作为试验段,对沥青拌合站生产的多孔沥青混合料进行黑料抽样测试与验证。通过对比分析,沥青拌合站生产的多孔沥青混合料与室内配合比设计结果相近,见表8。

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4 结束语

本文从多孔沥青混合料配合比设计方法方面对超薄罩面进行了探讨,对比分析矿料级配、油石比对多孔沥青混合料体积参数、路用性能和力学性能的影响规律,总结分析多孔沥青混合料配合比设计流程与方法,愿能对同类项目设计与施工有一定的启发。

参考文献:

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[2] 罗幸平.超薄磨 耗 层(NovaChip)在京珠北高速公路预防性养护中的应用[D].广州:华南理工大学,2010.

[3] 张姝为.多孔隙沥青混凝土试验研究[J].公路交通科技(应用技术版),2008,4(9):97-99,107.

[4] 陈灿,段 靖 轩,邹 尚 缙,等.薄层多孔沥青路面抗滑性能研究[J].现代交通与冶金材料,2023,3(1):2-8.

[5] 虞将苗,杨倪坤,于华洋.道路高性能沥青超薄磨耗层技术研究与应用 现 状 [J].中 南 大 学 学 报 (自 然 科 学 版),2021,52(7):2287-2298.

[6] 王雪莲,黄晓明,陈泳陶.基于离散元法多孔沥青混合料空隙衰变数值分析[J].武汉理工大学学报,2018,40(9):39-45

原创作者:王文飞,安徽省交通控股集团有限公司,安徽 合肥 230001。

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