歐來文

摘要：文章以某市公路工程為依托，基于海綿城市理念設(shè)計了一種PAC-13排水瀝青混凝土路面上面層材料：對原材料進(jìn)行了檢驗與測定;完善了排水瀝青混凝土路面的設(shè)計方法;確定了混合料為間斷級配結(jié)構(gòu)，混合料組成結(jié)構(gòu)類型為骨架空隙結(jié)構(gòu);確定了高粘改性劑的摻配比例;確定了最佳油石比，得到了排水瀝青混合料的目標(biāo)配合比。

關(guān)鍵詞：配合比設(shè)計;病害;排水瀝青混凝土;海綿城市

中圖分類號：U416.217文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.09.016

文章編號：1673-4874（2019）09-0053-04

0引言

海綿城市理念，又被稱作低影響開發(fā)（LID），指的是將整個城市看作“海綿”，從而有效地吸收、利用城市雨水，從而在一定程度上消減城市化進(jìn)程對生態(tài)環(huán)境的破壞作用。有關(guān)海綿城市建設(shè)理念，國內(nèi)專家學(xué)者已有了一定的研究。劉雙為降低城市洪澇災(zāi)害的發(fā)生，將透水混凝土應(yīng)用于海綿城市建設(shè)工程中，結(jié)合工程建設(shè)實際，提出了透水混凝土的制備工藝。余海燕等人研究了孔隙率、水灰比對透水混凝土路用性能的影響，并研究了粉塵粒徑對其堵塞情況的影響。上述學(xué)者在研究海綿城市建設(shè)路面材料的過程中，多考慮水泥混凝土的應(yīng)用，而涉及到排水瀝青混凝土的研究還有著一定的空白。在排水瀝青混合料的研究方面，李飛揚(yáng)研究了高粘瀝青的制備，重點研究了混合料水穩(wěn)定性能影響規(guī)律，而對具體的設(shè)計方法并未過多涉及。

本文所述排水瀝青混合料指的是多孔瀝青混合料（PAC）。針對排水瀝青混合料的特征，對其混合料配合比優(yōu)化設(shè)計進(jìn)行了研究，設(shè)計了一種PAC-13排水瀝青混凝土路面上面層材料，完善了排水瀝青混凝土路面的設(shè)計方法，對原材料進(jìn)行了檢驗與測定。確定了混合料為間斷級配結(jié)構(gòu)，混合料組成結(jié)構(gòu)類型為骨架空隙結(jié)構(gòu);確定了高粘改性劑的摻配比例;確定了最佳油石比，得到了排水瀝青混合料的目標(biāo)配合比。

1原材料選擇

排水性PAC-13瀝青混合料中的各項原材料種類及其性能指標(biāo)對混合料使用性有著決定性的影響，本文涉及到的原材料有：SBS改性瀝青、高粘改性劑、礦粉、細(xì)集料、粗集料。

1.1瀝青

本文所述的排水PAC-13瀝青混合料選用的瀝青種類為SBS改性瀝青，該種瀝青應(yīng)用于混合料中可以有效提升道路的高溫性能以及低溫性。本文涉及到的SBS改性瀝青生產(chǎn)廠家及批次均一致，并且其中的SBS改性劑摻加量都達(dá)到了5%以上。依照《規(guī)程》對其進(jìn)行檢測并得到檢測結(jié)果。本文所用的SBS改性瀝青各項指標(biāo)均達(dá)到《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTGF40-2004）的要求。其具體檢測數(shù)據(jù)見表1。

1.2 礦粉

為了充分填充排水性PAC-13瀝青混合料中的多余空隙，選用礦粉作為其填料。此外，礦粉還能促進(jìn)混合料穩(wěn)定性和強(qiáng)度的提升。本文涉及到的礦粉含水量為0.93%、無團(tuán)聚結(jié)塊的現(xiàn)象、相對表觀密度為2.828、粒徑<0.075mm的占比達(dá)95.6%，均滿足規(guī)范要求。

1.3細(xì)集料和粗集料

本文所選的集料表面具有干燥、無各類雜質(zhì)、質(zhì)地堅硬和耐風(fēng)化性能好的特征，去除了各類有害物質(zhì)，且其表面粗糙、棱角性較好、無細(xì)長顆粒、無集料形狀扁平的情況。

原材料中集料要優(yōu)先選用憎水性的集料，另外其表面更不能粘附部分夾層等，否則會影響粘結(jié)作用，尤其是在集料和瀝青之間的作用，最嚴(yán)重的后果是會引起排水性PAC-13瀝青混合料的松散。

排水性PAC-13瀝青混合料中的粗集料是非常重要的組成材料，通過粗骨科之間的擠壓以及嵌接作用，能夠搭建起骨架體系，從而確保路面的穩(wěn)定。排水性PAC-13瀝青混合料中的細(xì)集料顆粒粒徑應(yīng)<4.75mm，質(zhì)量占比大約在20%?；旌狭现械拇旨虾图?xì)集料性能檢測數(shù)據(jù)如表2、表3所示。

1.4 纖維

本文所述的排水性PAC-13瀝青混合料類型為骨架空隙型，為了提升填料和瀝青間粘結(jié)力并增強(qiáng)混合料穩(wěn)定性，可以在其中摻加適量的木質(zhì)纖維素，其摻量確定為混合料質(zhì)量的0.35%。

1.5高粘改性劑

本文所述排水性PAC-13瀝青混合料中的高粘劑選用高粘添加劑。這種高粘添加劑是由高分子聚合物構(gòu)成的，能夠顯著提升SBS改性瀝青的動力黏度，提高礦質(zhì)集料以及高粘改性瀝青之間的粘結(jié)力，最終達(dá)到增強(qiáng)混合料高低溫性能、水穩(wěn)性、強(qiáng)度以及耐疲勞和抗分散等多方面性能的目的。

2混合料的級配組成設(shè)計方法

2.1優(yōu)選設(shè)計方法

瀝青混合料力學(xué)性質(zhì)和路用性能由礦質(zhì)集料間內(nèi)摩阻力以及瀝青膠漿粘結(jié)力直接決定。美國SHRP對瀝青混合料路用性能的影響因素進(jìn)行過分析，包括有混合料級配、礦質(zhì)集料、瀝青膠漿等。不難發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)?shù)脑O(shè)計方法對此類新型路面材料有著決定性的影響作用。

采用間斷型級配設(shè)計方案可以充分利用粗集料之間的嵌擠作用，為混合料提供一個穩(wěn)定的骨架支撐，由此方案設(shè)計出來的排水性瀝青混合料有著很好的抗車轍性能。故本文選用粗集料間斷級配的設(shè)計方案，用于研究排水性PAC-13瀝青混合料配合比的優(yōu)化設(shè)計。

2.2 模型建立

本文所采用的排水性PAC-13瀝青混合料間斷型級配設(shè)計方法相較于連續(xù)型級配設(shè)計方法，其最大的不同之處在于礦料級配的搭配方案，而且采用粗集料斷級配設(shè)計方法的瀝青混合料有著很好的路用性能。

在級配的構(gòu)建過程中，采用雙級配曲線合成的方案，也就是“兩線三點”的混合料級配設(shè)計模型，而非直接取用寬級配范圍。

首先需要將各個關(guān)鍵篩孔尺寸及每個篩孔尺寸的通過率確定好，規(guī)定礦料的公稱最大粒徑以及公稱最大粒徑的通過率;隨后規(guī)定混合料中集料粒徑≥4.75mm的碎石含量;再規(guī)定混合料中的礦粉占比，隨后得到兩條集料的級配曲線，將二者連接起來成為新的間斷級配曲線.從理論上來說，通過兩個關(guān)鍵點的曲線可以構(gòu)造出無數(shù)條。按以往的經(jīng)驗及應(yīng)用實例，現(xiàn)階段常用的是三類曲線模型，分別為對數(shù)函數(shù)模型、指數(shù)函數(shù)模型以及冪函數(shù)模型。采用的級配曲線模型種類不同，得到的各篩孔礦料通過率也隨之改變，最終得到的瀝青混合料性能也會有明顯的差異.本文所述排水性PAC-13瀝青混合料的級配模型選擇冪函數(shù)模型，最終擬定的0.075-4.75mm冪函數(shù)公式為y=16.745x，4.75-13.2mm冪函數(shù)公式為y=4.8145x。

3高粘復(fù)合改性瀝青

3.1高粘改性劑摻配比例

首先確定高粘改性劑摻配比例為6%（質(zhì)量占比），對形成的高粘復(fù)合改性瀝青進(jìn)行動力黏度檢測，得到動力黏度檢測數(shù)值為1.86×10Pa·s，無法滿足規(guī)范中2×10Pa·s的要求，因此需調(diào)整高粘改性劑和SBS改性瀝青之間的質(zhì)量比。

最終得到的高粘改性劑摻配比例為7%，對形成的高粘復(fù)合改瀝青進(jìn)行動力黏度檢測，得到的動力黏度檢測數(shù)值為2.64×10Pa·s，滿足規(guī)范要求。

3.2 高粘復(fù)合改性瀝青制備

高粘復(fù)合改性瀝青的制備方式：將SBS改性瀝青及高粘改性劑混合后高速剪切20min，設(shè)定剪切的速度為5000轉(zhuǎn)/min、剪切溫度為180℃。待剪切完成后，將剪切后的瀝青置于190℃的烘箱中保存20min即可。

4配合比設(shè)計結(jié)果

4.1級配參照

為滿足排水性PAC-13瀝青混合料路用性能要求，保證瀝青混合料的飽和度，減少水的滲入和高溫季節(jié)的泛油現(xiàn)象。在其礦質(zhì)集料級配設(shè)計過程中參照的是常規(guī)PAC-13瀝青混合料間斷級配的設(shè)計方案，其要求如表4所示。

4.2礦質(zhì)集料級配設(shè)計

初擬了3種礦質(zhì)集料級配方案，將礦質(zhì)集料按照礦粉、0-5mm、5-10mm以及10-15mm成4組，針對每組礦料選用不同的搭配比例，形成三種礦質(zhì)集料具體設(shè)計方案。其搭配比例方案分別為12：18：29：41;12：16：30：42以及10：12：28：50。

初擬油石比為5.0%，對3種方案分別進(jìn)行馬歇爾擊實試驗，以體積指標(biāo)為參照，選取最佳級配方案為方案3。

礦質(zhì)集料的設(shè)計結(jié)果見表5，為選定最佳級配方案測定的各數(shù)據(jù)結(jié)果如表6所示。

4.3最佳油石比

為得到排水性PAC-13瀝青混合料的最佳油石比，以上述方案3的礦質(zhì)集料級配為基準(zhǔn)，對油石比為4.0%、5.0%以及6.0%的混合料采用馬歇爾法進(jìn)行測定與計算，具體試驗結(jié)果如下頁表7所示。

結(jié)果表明：隨著油石比的不斷提升，理論相對密度整體呈現(xiàn)出下降的趨勢，但其下降趨勢并不明顯;與之類似，毛體積相對密度的變化值總體呈現(xiàn)略微上升趨勢，變化同樣不明顯;VV的變化率最大，從4.7%下降到了4.0%;VMA和VCA較為穩(wěn)定，而VFA則呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢，下降率達(dá)到了4.5%;穩(wěn)定度總體呈現(xiàn)出上升趨勢，而流值變化相對較小。

因此得出結(jié)論，以礦粉、0-5mm、5-10mm以及10-15mm四類礦質(zhì)集料按照10：12：28：50的比例設(shè)計級配方案，得到的排水性PAC-13瀝青混合料最佳瀝青用量為6.0%。測定過程中的各項指標(biāo)均達(dá)到了規(guī)范要求。

5 工程應(yīng)用

將排水性PAC-13瀝青混合料實鋪于某市公路改造工程，該路段總長16.7km.

選用礦粉、0-5mm、5-10mm以及10-15mm四類礦質(zhì)集料按照10：12：28：50的比例設(shè)計級配方案，同時規(guī)定排水性PAC-13瀝青混合料瀝青用量為6.0%，并以此為基準(zhǔn)進(jìn)行鋪筑。

依照《規(guī)程》對瀝青進(jìn)行檢測并得到檢測結(jié)果。所用的SBS改性瀝青各項指標(biāo)均達(dá)到《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）的要求。優(yōu)選的礦粉，無團(tuán)聚結(jié)塊的現(xiàn)象;粗細(xì)集料表面均具有干燥、無各類雜質(zhì)、質(zhì)地堅硬、耐風(fēng)化性能好的特征，去除了其中各類有害物質(zhì)，并且表面粗糙、棱角性較好、無細(xì)長顆粒、無集料形狀扁平的情況;摻加適量的木質(zhì)纖維素，其摻量確定為混合料質(zhì)量的0.35%。

鋪筑施工流程一般首先對局部基面進(jìn)行銑刨，然后清理路面，再撒布乳化瀝青及攤鋪瀝青，最后對路面進(jìn)行碾壓處理，待自然降溫后即可開放交通.在攤鋪路段的中底層施工后，在其上加鋪4.0cm（高粘改性劑占比為7%）排水性PAC-13瀝青混合料。完成鋪筑、碾壓成型等工作后，得到的路面施工質(zhì)量滿足《城市道路工程施工與質(zhì)量驗收規(guī)范（CJJ1-2008）》標(biāo)準(zhǔn)。后續(xù)進(jìn)行了抗滑值和滲透系數(shù)測定，抗滑值達(dá)到68%-73%，滿足設(shè)計值及路面使用要求。

6 結(jié)語

（1）排水性PAC-13瀝青混合料類型為骨架空隙型，礦質(zhì)集料級配類型為間斷級配。

（2）木質(zhì)纖維素?fù)搅看_定為混合料質(zhì)量的0.35%，高粘改性劑摻配比例為7%。

（3）礦粉、0-5mm、5-10mm以及10-15mm最佳比例為10：12：28：50。

（4）以最佳礦質(zhì)集料比例為基準(zhǔn)，得到的最佳油石比為6.0%。