浅析透水沥青碎石基层配合比

刘晓实

摘要：本文就改性沥青透水碎石基层室内试验在级配选择、空隙率的测定、最佳沥青含量确定及高温稳定性方面应注意的问题进行了探讨，并对普通沥青透水碎石配合比设计进行了试验和尝试，以使其更加经济、合理地应用于道路工程中。

关 键 词： 透水沥青基层配合比

2O世纪70年代早期，透水路面停车场便成功地应用于美国宾州、德州,在道路系统及水土保持方面亦卓有成效。在英国将其应用于机场跑道上，可以改善飞机起降的安全性及减少事故。透水沥青路面的特殊路用性能使得它在许多国家正日益受到重视。

半刚性基层沥青路面经过一段时间的使用后，往往需要进行加铺改造，以恢复路面的使用功能，尤其是当路面出现早期损害时，更需要早些进行加铺改造。大量研究证明，采用大粒径透水性沥青混合料能够有效的防止反射裂缝的产生，并且能够排出路面结构内部的水分，避免水分对下层路基或沥青面层的破坏；另外，大粒径透水性沥青混合料具有较高的模量和抵抗变形的能力，可以直接用于旧路补强或新建路的结构层中。本文对该材料配合比设计的特点进行了分析和研究。

一、级配选择

从级配设计角度考虑，大粒径透水性沥青混合料(LSPM)是就是最大集料公称粒径大于26.5mm,从级配上看是较大粒径(26.5 mm -52 mm)的集料和一定的细料组成,其最大一档集料通常在50%以上, 通常是由较大粒径(26.5mm-52 mm)的单粒径集料形成骨架，由一定量的细集料形成填充而组成的的混合料是”单粒径骨架连通孔隙结构”型沥青混合料。大粒径透水性沥青混合料(LSPM)设计为半开级配。它不同于沥青处治碎石( ATPB)基层，沥青处治碎石(ATPB)是由粗集料形成骨架嵌挤，但由于基本上没有细集料填充，因此空隙率很大，一般大于20％，所以ATPB具有非常好的透水效果，同时却导致其模量较低而且耐久性较差。而LSPM级配经过设计，形成了单一粒径骨架嵌挤，并且采用少量细集料进行填充，在满足排水要求的前提下降低混合料的空隙率，其空隙率一般为13％～l8％ ，采用粘度较高的改性沥青保证沥青膜厚度,因此，LSPM 既具有良好的透水性,抗车辙,抗反射裂缝能力,以及较好的抗疲劳性能。

在通常情况下普通石灰岩集料可以采用表1中提供的级配范围，当集料性质发生较大变化时需要对级配进行设计，设计方法可以采用NCHRP Report 386提供的方法或者采用粗骨料骨架嵌挤方法，但在实际中，常需要根据其他指标进行调整以期获得满意的级配。大粒径透水性沥青混合料合理级配如表1所示。

二、配合比设计技术指标

2.1 考虑目前的实际条件，以大型马歇尔击实成型，双面各击实112次可作为大型马歇尔击实成型的标准击实次数。相应的配合比设计控制指标如表2所示。

2.2 空隙率的确定。空隙率的确定主要是指毛体积密度的测定，对LSPM 毛体积密度的测定采用实测法和计算法，计算法规范有相应的规定，由集料所占百分率与毛体积密度确定，类同于普通沥青混合料的空隙率的计算。当采用实测法时应用二次蜡封法，即首先采用橡皮泥将试件表面大空隙填平，然后称重，将橡皮泥填充的体积作为试件的体积，然后进行封蜡测定水中重，通过式(1)就可以测定试件的密度：

(1)

其中，ma为试件的空中质量；mp 为二次蜡封试件的空中质量；mc为二次蜡封试件的水中重；ms为试件覆盖橡皮泥后的空中质量；rp 为蜡相对于常温下水的比重。

2.3 最佳沥青含量的确定。国内外对排水性大孔隙沥青混合料最佳沥青用量确定的方法，主要都是经验方法。本文中借鉴国内外的经验，采用沥青膜厚度、设计空隙率并综合析漏与飞散试验确定最佳沥青用量。大粒径透水性沥青混合料的水稳定性主要以保证沥青膜厚度即沥青含量为指标来进行检验与控制。沥青膜厚度可以通过沥青含量与集料表面积来计算，沥青含量应当采用有效沥青含量，集料表面积的计算可根据美国AI给出的经验公式(2)计算：

其中，Pi 分别为各级筛孔的通过率，％。

2.4 高温稳定性。对于大粒径沥青混合料，经研究,它有一个最小压实厚度(8∞)，当车辙板小于该厚度时，粗集料之间不能形成良好的石一石接触，骨料之间没有互相嵌挤，因此，在轮载的作用下，粗集料发生侧向推挤，永久变形很大，动稳定度很小。大于该厚度时混合料会产生累加变形，累计变形也会增大，不符合实际路用状况，且不易统一评价，因此采用8 cm车辙板进行车辙试验，其他条件同标准车辙试验。

三、室内试验

目前国内的LSPM 主要采用SBS或MAC改性沥青作胶结料，主要在高等级公路维修和补强中应用，并取得了良好的效果。当采用普通70号A沥青作为LSPM一30混合料的胶结料时，在室内依据上述方法进行试验，通过改变级配、沥青膜厚度进行了6组混合料试验，并控制空隙率在15％～20％范围内。采用石灰岩碎石，级配组成如表3所示。

经研究发现对普通沥青为胶结料的LSPM飞散性能均不能满足小于20%的要求，其余指标均可满足相应要求，因为普通沥青胶结料的LSPM可以放宽对飞散指标的限制，将其上限提高至30%。经分析6号级配确定的透水沥青混合料各项指标最接近配合比控制指标要求,故最终确定6号级配为最佳级配。

四、结束语

通过试验可以看出透水普通沥青碎石经过严格目标配合比设计基本能够达到透水改性沥青碎石的要求与性能。可见在旧路维修补强和新建道路中，可以使用透水普通沥青碎石作为排水基层，以期使其更加经济、合理的应用到新建路面和旧路维修与补强中。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。