（道路与铁道工程专业论文）排水性沥青路面在山区高速公路中的应用研究.pdf

摘要 排水性沥青路面是一种骨架嵌挤多孔结构的沥青路面，具有良好的排水、抗滑 和降低噪音等功能，保证了雨天行车的安全性和生态环保。同时，随着社会的不断 进步，人们对高速公路和城市主干道的要求越来越高，主要体现在行车舒适性、安 全性和环保性。因此，排水性沥青路面适合多雨地区高等级路面上应用，在我国有 很大的推广前景。 本文依托安徽六潜高速公路排水性沥青路面试验段实体工程，在分析国内外相 关技术标准和规范的基础上，通过室内试验及分析，提出不同原材料的技术性能指 标要求及配合比设计目标。并结合国内外现有试验路段的设计级配，围绕设计空隙 率为2 0 左右，在设计级配范围内拟定了三种级配，目的是考察9 5 m m 筛孔的不同 通过率对排水性沥青混合料性能的影响，进而对不同级配的混合料在力学性能、高 温稳定性能、水稳定性能、透水性能和抗滑性能等路用性能进行试验研究，据此提 出优选级配。 针对排水性沥青路面的耐久性能，提出以肯塔堡飞散试验来作为其有效评价方 法。试验研究表明，沥青混合料的老化和水的作用是影响排水性沥青路面耐久性能 的重要因素；在设计级配范围内，关键筛孔通过率的影响作用也十分显著，随着 9 5 m m 筛孔通过率的增大，混合料的飞散损失相对会减小，耐久性能随之增强。而 采用高粘度改性沥青和掺加消石灰做填料，可以有效的提高排水性沥青路面的耐久 性能和水稳定性能。 最后，结合安徽六( 安) 潜( 山) 高速公路排水性沥青路面试验路段的铺筑， 对现场施工工艺进行了深入探讨和研究，为今后排水性沥青路面在山区多雨地区高 速公路上的铺筑提供进一步的参考。 关键词：排水性沥青路面；空隙率；级配；耐久性能；试验路 a b s t r a c t p o r o u sa s p h a l tp a v e m e n ti sas k e l e t o n c o m p a c to ft h es t r u c t u r eo f p o r o u sa s p h a l t p a v e m e n tw i t hg o o dd r a i n a g e ，a n t i - s l i da n dl o w - n o i s ef u n c t i o n ，t h u se n s u r et h es a l e t vo f d r i v i n gi n r a i na n de c o l o g i c a le n v i r o n m e n tp r o t e c t i o n a tt h es a m et i m e w i t ht h e c o n t i n u o u sp r o g r e s so fs o c i e t y ，t h er e q u i r e m e n t so ft h eh i g h w a ya n d u r b a na r t e r i a lr o a d s ， f u n c t i o nb e c o m em o r ea n dm o r es t r i c t ，m a i n l yr e f l e c t e di nt h ed r i v i n gc o m f o r t s a f e t y a n de n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n t h e r e f o r e ，t h ed r a i n a g ea s p h a l tp a v e m e n t a p p l i e st om a n y h i g h w a y si nr a i nr e g i o na n dh a sg r e a tp r o m o t i o n a lp r o s p e c t si nc h i n a b a s e do nt h ep o r o u sa s p h a l tp a v e m e n tt e s tr o a do fl i uq i a nh i g h w a yi na n h u i p r o v i n c e ，i nt h ea n a l y s i so fr e l e v a n tt e c h n i c a ls t a n d a r d sa n dn o r m sa th o m ea n d2 i b r o a d ， t h r o u g ht h el a b o r a t o r yt e s ta n da n a l y s i s ，t h ep a p e rp u tf o r w a r dt h em i x t u r ed e m a n do f d i f f e r e n tr a wm a t e r i a l sa n dt h ea g g r e g a t eg r a d a t i o nd e s i g nt a r g e t c o m b i n e dw i t h d e s i g n g r a d a t i o n so ft h ee x i s t e dp i l o tr o a da th o m ea n da b r o a d ，a r o u n dt h ed e s i g nv o i di sa b o u t 2 0 ，w i t h i nt h ed e s i g ng r a d i n g ，d r a f t e dt h r e ek i n d so fg r a d a t i o nt os t u d vd i f f e r e n tp a s s r a t e so f9 5 m mo nt h ep e r f o r m a n c eo ft h ep o r o u sa s p h a l tm i x t u r ea n de x p e r i m e n t a l s t u d yd i f f e r e n tg r a d a t i o nm i x t u r ei nm e c h a n i c a lp e r f o r m a n c e ，h i g h t e m p e r a t u r es t a b i l i t v w a t e rs t a b i l i t y p e r f o r m a n c e ，p e r m e a b i l i t yp e r f o r m a n c ea n ds k i dr e s i s t a n c es u c ha s p e r m e a b l ep a v e m e n tp e r f o r m a n c e ，h e r e b yp u tf o r w a r dt h eo p t i m a lg r a d a t i o n f o rt h ed u r a b i l i t yo ft h ep o r o u sa s p h a l tp a v e m e n t ，o f f e r e dt oc a n t a b r or a v e l i n gt e s t t oe v a l u a t ei t sd u r a b i l i t ya sa ne f f e c t i v ew a y e x p e r i m e n t a ls t u d i e ss h o w t h a t ，t h ea g i n g o fa s p h a l tm i x t u r ea n dt h er o l eo fw a t e ra r ei m p o r t a n tf a c t o r sa f f e c t i n gt h ed u r a b i l i t vo f p o r o u sa s p h a l tp a v e m e n t ；i nt h er a n g eo fd e s i g ng r a d a t i o n s ，t h ee f f e c to ft h e p a s sr a t e so f t h ek e ys i e v ei s s i g n i f i c a n t ，w i t ht h ei n c r e a s i n go ft h ep a s sr a t e so f9 5 m ms i e v e t h e r a v e l i n gl o s sw i l lr e d u c er e l a t i v e l y ，t h ed u r a b i l i t yw i l le n h a n c e ds u b s e q u e n t l y a n du s i n g h i g hv i s c o s i t ym o d i f i e da s p h a l ta n dh y d r a t i n gl i m et od of i l l e r ，c a ne f f e c t i v e l yi m p r o v e t h ed u r a b i l i t ya n dw a t e r s t a b i l i t yo fp o r o u sa s p h a l tp a v e m e n t f i n a l l y ，c o m b i n e dw i t hp a v i n gt h ep o r o u sa s p h a l tt e s tr o a do fl i uq i a nh i g h w a v i na n h u ip r o v i n c e ，e x p l o r e da n ds t u d i e di nd e p t hc o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g vo f t h ep o r o u s a s p h a l tp a v e m e n t ，a n dt h e np r o v i d ef u r t h e rr e f e r e n c ef o rt h ep o r o u sa s p h a l tp a v e m e n t p a v i n go nt h eh i g h w a yi nr a i n ym o u n t a i nr e g i o ni nf u t u r e k e y w o r d s ：p o r o u sa s p h a l tp a v e m e n t ；p o r o s i t y ；g r a d a t i o n ；d u r a b i l i t y ； t e s tr o a d i i 长沙理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的 研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：寸 主新j 日期：力易年岁月日日期：力咖年岁月矿日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权长沙理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“4 ) 作者签名寸之雾彳吼小年夕月吵日 导师签名： 1 0 0 l0 05 0 6 续上表 闪点 3 4 83 3 03 2 02 6 0 密度 g c m 3 1 0 2 61 0 2 01 0 2 8实测 费拉斯脆点 2 3 1 5 39 5 溶解度( 三氯乙烯) 9 9 9 79 9 o 粘韧性( 2 5 ) n m 2 9 0 52 4 52 3 92 0 韧性( 2 5 ) n m2 1 6 618 41 8 21 5 6 0 * ( 2 动力粘度 p a s 6 8 7 0 0 02 4 0 3 4 31 8 0 3 5 02 0 0 0 0 质量变化 + 0 0 5 4o 0 2o 0 10 6 t f o t ( 或 针入度比2 5 r t f o t ) 8 1 48 3 6 8 2 36 5 后残留 延度1 5 c m4 7 物 延度5 c m3 0 4 2 8 2 通过西安咸阳机场高速和江苏盐通高速排水性沥青路面的实际应用，其各项 性能技术指标均能保持良好的路用性能，故本文在参考其技术指标的基础上，结 合我国规范技术要求，并针对本课题试验路段的气候环境和交通荷载，提出适合 本地区的高粘改性沥青的技术指标要求，见表2 2 。此外，在我国排水性沥青路 面部分试验路段中，其沥青结合料的6 0 动力粘度的技术指标虽已超过规范中的 要求值2 0 0 0 0p a s ，但仍达不到1 0 0 0 0 0p a s ，在通车后不久，便出现了沥青混合 料松散、脱落等现象。因此，笔者认为，排水性沥青结合料的6 0 。c 动力粘度的技 术指标要求应至少达到1 0 0 0 0 0p a s 以上，才能保证其具有更强的耐久性能和抗水 损害能力。同时考虑到施工的和易性要求，对排水性沥青结合料的1 3 5 运动粘 度的技术指标提出了要求值，不能大于3 0p a s 。 表2 2高粘度改性沥青技术指标要求 技术指标单位技术要求 试验规范 针入度( 2 5 ，1 0 0 9 ，5 s ) 0 1 m m4 0t 0 6 0 4 - 2 0 0 0 针入度指数p i + o 2t 0 6 0 4 。2 0 0 0 软化点 8 0t 0 6 0 6 _ 2 0 0 0 延度5 ，5 c m m i n c m 4 0t 0 6 0 5 1 9 9 3 延度1 5 ，5 c m m i n c m8 0t 0 6 0 5 1 9 9 3 闪点 2 6 0t 0 6 1 1 一1 9 9 3 密度 g c m 3 实测 t 0 6 0 3 一1 9 9 3 费拉斯脆点 2 0t 0 6 1 3 一1 9 9 3 溶解度( 三氯乙烯) 9 9 5t 0 6 0 7 1 9 9 3 7 续上表 粘韧性( 2 5 ) 2 0 韧性( 2 5 ) 15 6 0 c 动力桔度 1 0 0 0 0 0 1 3 5 运动粘度 t f o t ( 或 质量变化 r t f o t ) 肝残留针八度比2 5 6 5 物 延度5 2 5 弹性恢复 8 5 2 12 所用改性沥青的性能分析 2 l2 lt p s 改性剂 本试验路段采用深圳海川科技公司提供的高粘改性剂t p s ( 见囤21 ) 来进行 改性，以提高沥青的6 0 动力粘度、粘韧性、韧性等技术指标，以确保沥青混合 料的稳定性。t p s 是一种专门为排水性沥青路面而开发的沥青改性剂它的主要 成分是热塑性橡胶，掺加了粘结性树脂、抗老化剂和增塑剂等其他成分的颗粒状 物质。其主要技术指标如表23 所示。 图2i深圳海川公司生产的高牯改性剂t p s 表23t p s 改性剂的拄术指标 项目颜色 直径( r f i m ) 密度( c m 3 ) 吸水率( ) 技术指标黑色 507 lo 2 122 掺配比的确定 本文中基质沥青采用东海a h 一7 0 基质沥青，其技术指标检测结果见表2 4 。 为得到t p s 改性剂与基质沥青的最佳掺配比例以求所掺配成的高枯度孜性沥青 性能达到最佳。采用5 种不同的掺配比( 0 、1 2 、15 、17 、2 0 ) ，利用高 速剪切的方法制备高粘改性沥青，对其基本性能进行测试，具体测试结果见表2 5 和效果对比图2 2 图2 8 。 表2 4东海a h 7 0 基质沥青技术指标检测结果 技术指标 单位东海a h 7 0要求值 针入度( 2 5 。c ，1 0 0 9 ，5 s ) 0 1 m m6 86 0 8 0 针入度指数p i 1 1 1 5 + 1 o 软化点 4 8 74 6 1 0 延度c m4 l2 5 1 5 延度 c m 1 5 01 0 0 闪点 3 2 22 6 0 溶解度( 三氯乙烯) 9 9 9 09 9 5 含蜡量( 蒸馏法) 1 8 02 2 密度( 15 ) g c m 3 1 0 2 l 实测 6 0 。c 动力粘度 p a s2 1 8 21 8 0 质量变化 0 0 1 7o 8 残留针入度比 7 1 5 6 l t f o t ( 或 残留延度( 1 0 ) c m7 46 r t f o t ) 后 残留延度( 15 。c ) c m1 0 81 5 表2 5不同t p s 剂量的改性沥青性能比较 改性沥青t p s 改性剂：东海a h 7 0 沥青 性能指标0 ：1 0 01 2 ：8 81 5 ：8 51 7 ：8 32 0 - 8 0 针入度( 2 5 ) 0 1 m m 6 8 05 7 05 4 05 2 o4 8 7 软化点 4 8 78 9 79 2 59 4 69 6 8 延度( 5 ) c m 1 5 24 4 65 1 55 6 36 5 o 粘韧性( 2 5 c ) n m3 22 7 42 9 83 0 73 1 2 韧性( 2 5 ) n m 2 02 0 8 2 1 7 2 0 31 9 6 1 3 5 粘度p a s0 3 9 01 6 5 l2 2 7 0 2 8 3 4 4 7 4 3 6 0 。c 动力粘度p a s 2 1 8 2l0 2 6 4 0 31 4 5 8 7 1 0l6 8 7 0 0 04 0 8 32 6 0 t f o t ( 或质量变化 0 0 1 7o 0 2 lo 0 3 7 0 0 3 00 0 7 6 r t f o t ) 残留针入度比 7 1 57 9 38 2 78 5 28 8 6 后 残留延度( 5 ) 2 7 93 0 1 3 4 44 2 0 弹性恢复 4 1 o 9 9 49 9 9 9 9 91 0 0 o 9 o 闽月l 1 2 1 5 1 72 0 t p s 掺量( ) 图2 2 不同t p s 掺量针入度试验 7 0 6 0 暑5 0 。4 0 静 l o o o1 21 51 72 0 t p s 掺量( ) 图2 4 不同t p s 掺量5 延度试验 2 5 2 0 g 圭1 5 掣1 0 晕5 0 o 蓁 霍 1 21 51 72 0 t p s 掺量( ) 图2 6 不同t p s 掺量韧性试验 05 0 0 0 0 0 盘4 0 0 0 0 0 越3 0 0 0 0 0 舞2 0 0 0 0 0 r 臀1 0 0 0 0 0 p 8 0 o 1 1 0 1 0 0 p 9 0 o 8 0 7 0 萋5 6 。0 4 0 0 震匡冀 1 21 51 72 0 t p s 掺量( ) 图2 3 不同t p s 掺量软化点试验 3 5 3 0 尹2 5 弓2 0 趟1 5 幂1 0 耍5 o 01 21 51 72 0 t p s 掺最( ) 图2 5 不同t p s 掺量粘韧性试验 o1 2 1 51 72 0 t p s 掺量( ) 图2 7 不同t p s 掺量1 3 5 c 粘度试验 图震 1 21 51 72 0 t p s 掺量( ) 图2 8 不同t p s 掺量6 0 c 动力粘度试验 加 弱的钙 量h0)世 2 00 0 0p a s ) 。这说明t p s 改性剂与东海a h 7 0 基质沥青有着良好的相容性，改 性之后的沥青高温稳定性好、强度高、具有良好的抗永久变形能力。但是，当t p s 改性剂掺入量达到2 0 时，其6 0 动力粘度突出得高，达到4 0 8 3 2 6 p a s 。而同时 改性沥青的1 3 5 粘度值也达到了4 7 4 3p a s ，超过了常规( 3 0p a s ) 的施工和 易性要求。这种粘度过大的沥青在不提高温度的情况下，泵送也困难，不利于施 工。因此，t p s 剂量应适中，并不是越大越好。 ( 5 ) 由薄膜烘箱试验结果可知，加入t p s 改性剂后的沥青通过薄膜烘箱试 验后5 延度变化减小，针入度比值增大，质量损失也满足规范要求。说明高粘 度改性沥青抗老化耐久性能优良j 由上分析可得，t p s 改性剂的合理剂量应在1 5 1 7 之间，而1 7 掺量的 沥青结合料各项指标均能满足排水性沥青路面所用高粘度改性沥青的技术要求， 而且其6 0 动力粘度值达到1 6 8 7 0 0p a s ，更有利于保证排水性沥青路面具有良好 的长期路用性能。同时兼顾考虑施工的和易性和经济的可行性，本课题组最终确 定t p s 改性剂的掺量为1 7 ，即：1 7 s i n o t p s 改性剂+ 8 3 东海a h 7 0 号基质 沥青。按上述掺配比制备的高粘度改性沥青的技术指标检测结果如表2 6 所示， 经测定本研究所使用的高粘改性沥青的各项技术指标均满足技术要求，能保证排 水性沥青路面具有良好的路用性能。 表2 6t p s 高粘度改性沥青技术指标检测结果 技术指标单位t p s 改性沥青技术要求 针入度( 2 5 c ，1 0 0 9 ，5 s ) 0 1 m m5 2 4 0 针入度指数p i + o 2 软化点 9 4 68 0 延度5 ，5 c m m i nc m5 6 34 0 闪点 3 5 02 6 0 密度 g c m 3 1 0 3 4 实测 费拉斯脆点 1 0 62 0 溶解度( 三氯乙烯) 9 9 99 9 5 粘韧性( 2 5 )n m3 0 72 0 韧性( 2 5 ) n m2 0 31 5 6 0 。c 动力粘度p a s1 6 8 7 0 01 0 0 0 0 0 t f o t ( 或 质量变化 0 0 30 6 r t f o t ) 后残留 针入度比2 5 8 5 26 5 物 延度5 c m3 4 42 5 弹性恢复 9 9 98 5 2 2 集料 2 2 1 粗集料 排水性沥青混合料所用的粗集料较一般的a c 类沥青混合料要多，其含量占 到矿料总量的8 0 以上，所以在进行粗集料的选择使用上应慎重考虑。从成型机 理可以知道，排水性沥青混合料之所以能够保证具有较高的空隙率，是基于粗集 料相互之间的嵌挤作用；而这种嵌挤作用的好坏在很大程度上是由集料的坚硬性、 棱角性和颗粒性等性质所决定的。由此可见，粗集料的性质、形状及级配对排水 性沥青混合料的性能影响很大。 因此，对排水性沥青路面所使用粗集料的关键性控制指标应有严格的技术要 求，如石料的压碎值、洛杉矶磨耗值、针片状颗粒含量和粘附性等。石料的压碎 值越低，所形成混合料的嵌挤作用的强度也就越高；洛杉矶磨耗值越低，则集料 抵抗摩擦、撞击的能力越强，所铺筑成的排水性沥青路面的抗车辙能力、耐磨性、 耐久性也就得到了增强；而针片状颗粒含量越多，更容易被压路机压碎或折断， 进而堵塞空隙，影响排水效果，同时也降低混合料之间的粘结力；由于排水性沥 青路面长期会受到水的损害，矿料与沥青的粘附性对路面的正常使用和耐久性能 将产生很大的影响，所以集料与沥青应具有很好的粘附性。 1 2 总体来讲，排水性沥青混合料所用粗集料应具有良好的物理性能，最好选用 玄武岩或花岗岩。参照国内外已有的研究经验，并结合本工程实际情况，本研究 提出了排水性沥青混合料粗集料的具体技术指标要求如表2 7 所示。 表2 7 排水性沥青路面粗集料技术指标要求 技术指标单位技术要求 试验规范 石料压碎值 2 0t 0 31 6 2 0 0 5 洛杉矶磨耗损失 2 0t 0 3 1 7 2 0 0 5 表观相对密度 t m 32 7t 0 3 0 4 。_ 2 0 0 5 吸水率 2 0t 0 3 0 4 _ 2 0 0 5 针片状含量 l o t 0 3 1 2 2 0 0 5 坚固性 1 2t 0 3 1 4 2 0 0 0 石料磨光值p s v 4 5t 0 3 2 l 一2 0 0 5 石料冲击值 2 5t 0 3 2 2 。2 0 0 0 与沥青的粘附性 5 级 t 0 6 1 6 一1 9 9 3 水洗法 9 0 本研究所使用的粗集料是舒城远洋石料场加工生产的9 5 16 m m 和 4 7 5 9 5 m m 的玄武岩碎石，通过对其性能指标进行检测，其试验结果见表2 8 。 表2 8 粗集料性能指标试验结果 毛体 表观 针片状 洛杉矶磨 积相压碎值 吸水率 与沥青的 坚固性 试验项目相对含量 耗损失 对密 ( )( ) 粘附性 ( ) 密度 ( )( ) 度 技术要求2 7l o2 0 2 0 5 级 1 22 0 9 5 1 3 2 r a m 2 6 5 82 7 3 63 89 41 0 851 0 5 碎石 4 7 5 - 9 5 m m 2 6 5 l 2 7 4 l7 81 2 4 2 1 0 5 碎石 2 3 6 4 7 5 m m 2 6 3 72 7 4 51 4 9 碎石 由表2 8 试验结果可知，本课题提出了高于规范要求的石料压碎值、洛杉矶 磨耗损失、粘附性、细长扁平颗粒含量等技术标准，而试验路所采用的粗集料都 能够满足以上技术要求，具有良好的物理特性。 2 2 2 细集料 细集料在排水性沥青混合料中只占很小的比例，然而它对排水性沥青混合料 的性能影响较大。细集料最好使用人工破碎的机制砂，因为机制砂洁净、粗糙度 高、棱角性好，能增强排水性沥青路面的抗车辙能力。而天然砂表面圆滑，与沥 青的粘附性较差，使用太多对路面的高温稳定性不利。石屑是石料破碎过程中表 面剥落的下脚料，棱角性虽好，但粉尘含量多且强度很差、扁片状颗粒含量较大， 施工性能不好，更不容易被压实。我国规范对沥青混合料中所使用的石屑提出了 很高的技术要求，用于热拌沥青混合料的石屑的砂当量必须大于6 0 。 因此，细集料应洁净、坚硬、干燥、无风化，有适当的级配，并且与改性沥 青有良好的粘附性。参考国内外相关资料，本研究提出对细集料的技术要求见表 2 9 ，并对试验路所使用细集料的技术指标进行了检测，其试验结果见表2 1 0 。 表2 9 排水性沥青路面细集料技术指标要求 技术指标 单位技术要求 试验规范 表观相对密度 t m 32 5t 0 3 2 8 。_ 2 0 0 5 砂当量 6 0 t 0 3 3 4 1 。4 2 0 0 5 亚甲蓝值m b v g k g 2 5t 0 3 4 9 - 。2 0 0 5 棱角性( 流动时间) s3 0t 0 3 4 5 。2 0 0 5 水洗法 0 0 7 5 m m 颗粒含量 3 0t 0 3 3 3 。2 0 0 0 表2 1 0 细集料技术指标试验结果 毛体积相表观相对砂当量 0 0 7 5 m m亚甲蓝值棱角性 试验项目 对密度密度( )含量( ) m b v ( g k g ) ( s ) 技术要求2 56 03 o2 53 0 o 2 3 6 m m 机制砂2 7 7 42 8 2 07 8 2 0 o 8 4 4 3 2 3 填料 排水性沥青混合料由于要保证较大的空隙率，其粗集料含量较之密集配混合 料的要多，而矿料比表面积则相对较小，要提高其排水、抗滑和降噪等性能，势 必会降低了混合料的耐久性能。为了增强排水性沥青混合料的耐久性能，沥青结 合料的作用就显得尤为重要，所以一定要严格控制矿粉的质量。故填料的用量一 般占混合料总量的3 左右，且各项性能要保证良好，必须要用石灰岩或岩浆岩 等碱性石料经磨细得到的矿粉，原石料中的泥土杂质应除净。矿粉要求干燥洁净， 能自由从石粉仓中流出，具体技术指标要求及本研究所用矿粉的性能检测结果分 别见表2 1 1 和表2 1 2 。 1 4 表2 1 l排水性沥青路面矿粉技术指标要求 技术指标 单位 技术要求 试验规范 表观相对密度 t m 32 5t 0 3 5 2 2 0 0 0 外观无团粒结块 亲水系数 0 8t 0 3 5 3 。2 0 0 0 含水量 1 0t 0 3 5 5 _ 2 0 0 0 加热安定性实测记录 t 0 3 5 5 2 0 0 0 塑性指数 3 ot 0 3 5 4 2 0 0 0 0 6 m m1 0 0 粒度 o 1 5 m m9 0 1 0 0t 0 3 5 l 一2 0 0 0 范围 0 0 7 5 m m 8 0 1 0 0 表2 1 2 矿粉技术指标试验结果 试验项目技术要求 试验结果 相对密度 2 52 7 3 8 0 6 r a m ( )1 0 01 0 0 粒度 0 15 r a m ( ) 9 0 1 0 09 9 6 范围 0 0 7 5 m m ( )8 0 1 0 08 8 8 外观无团粒结块无团粒结块 亲水系数 0 80 6 含水量( )1 0 0 4 加热安定性实测记录颜色无变化 塑性指数 3 0 2 7 2 4 其他添加剂 对于排水性沥青混合料，为使其在生产、运输和铺筑过程中避免产生沥青流 淌或离析现象，且具有能够保证其耐久性能的足够油膜厚度，除使用高粘改性沥 青外，也可添加稳定添加剂，如：纤维素。其在沥青混合料中的主要作用有： 加筋作用分散作用增粘作用吸附及吸收作用稳定作用等。 此外，由于排水性沥青混合料允许水分由其结构层内的连通空隙排出，水分 及空气的存在会导致沥青结合料与集料剥落及加速老化或老化的过程，为改善此 种现象，一般添加抗剥落剂或消石灰。 由于本次课题研究采用的深圳海川公司生产的高粘改性剂t p s ，由其改性后 的沥青具有很高的粘度，能很好的与集料结合而达到较为满意的效果，同时考虑 到工程经济性，故没有添加纤维稳定剂，但添加了1 5 的消石灰，以增强其耐久 性和水稳定性。 2 5 本章小结 本章在国内外相关研究及实践经验的基础上，结合本课题试验路段的实际情 况，通过室内试验，对排水性沥青路面的原材料性能进行了分析。主要结论有： ( 1 ) 本课题通过添加t p s 改性剂对基质沥青进行改性，试验结果表明改性后 的沥青的各项性能均得到了很明显的改善。经过不同t p s 掺量的性能试验分析， 并考虑施工和易性和经济可行性，最终确定t p s 与基质沥青的掺配比为1 7 ：8 3 ， 经测定所制备的高粘度改性沥青的技术指标均满足技术要求。 ( 2 ) 经过室内试验及分析，从材料的选择和技术指标要求等方面，对改性沥 青、集料、填料等原材料提出了进一步的要求，而本次研究所选用材料的各项性 能指标均满足技术要求。 ( 3 ) 添加抗剥落剂或消石灰，可使排水性沥青混合料的耐久性能和水稳定性 能得到增强，本课题就添加了1 5 的消石灰。 1 6 第三章排水性沥青混合料配合比设计 排水性沥青混合料配合比设计方法和一般的密集配沥青混合料的设计方法有 所不同，是以马歇尔试件的体积设计方法进行，并以空隙率作为配合比设计主要 目标。配合比设计后，必须对设计沥青用量进行析漏试验和肯塔堡飞散试验，并 对混合料高温稳定性、水稳定性等性能进行检验。 3 1 排水性沥青混合料配合比设计方法 3 1 1 国外排水性沥青混合料配合比设计方法 3 1 1 1 美国f h w a 设计法 美国联邦公路管理局( f h w a ) 在1 9 9 0 年制定了“开级配抗滑表层( o g f c ) 混合 料设计方法 。而当时所设计的开级配抗滑表层，是一种间断级配的沥青混合料， 空隙率约为1 2 1 5 ，厚度约为2 0 - 2 5 c m ，其主要功能是保证表层具有较高 的抗滑阻力，同时具有降噪、排水、减少眩光等作用。但f h w a 将此设计方法向 各州推荐使用的过程中，逐渐发现存在以下一些缺陷：所推荐的集料最大公称 粒径偏小，矿料级配偏细，空隙率偏小，导致排水效果不佳，且强度和稳定性偏 低。最佳沥青用量的确定方法不大合理，没有考虑不同沥青油膜厚度的影响。 不能全面评价沥青混合料的性能，仅以浸水抗压残留强度指标来控制。 为了提出一套适用于美国各州的o g f c 配合比设计方法，k a n d h a l 和m a l l i c k 推荐了一新型设计方法1 2 9 i1 3 0 ll a l l ，步骤如下： ( 1 ) 材料的选择：选择适用于o g f c 的材料，包括沥青、集料和添加剂等。 ( 2 ) 设计级配的选择：分别取规范级配的上限、下限和中值等3 种混合料级 配；根据a a s h t ot 1 9 测定各级配的粗集料在干捣状况下的空隙率( v c a d r c ) ， 沥青用量采用6 0 - - 一6 5 ，用s u p e r p a v e 的旋转压实仪( g y r a t o r y ) 来制作试件， 测定每一击实混合料的粗集料空隙率( v c a ) ，若v c a 弋v c a d r c ，则说明所击实 混合料存在着石对石的接触，即作为设计级配。 ( 3 ) 最佳沥青用量的确定：依据表3 1 的设计准则。 表3 1k a n d h a l 和m a l l i c k 建议设计准则 性质 准则 性质 准则 集料级配 n c a tp e p o r t 4 2 5 老化试件磨耗损失 l8 析漏损失率 0 3 未老化的飞散损失率 2 0 老化后的飞散损失率 1 0 0 m d 3 1 1 3 日本道路协会设计法 日本道路协会在排水性路面技术指南指出：排水性沥青混合料因在马歇 尔试验时与传统的密集配沥青混合料表现不同，没有峰值点，所以不能用马歇尔 试验进行混合料的配合比设计，但仍可以作为参考试验；同时认为应尽量使用较 大的沥青用量，以增加沥青油膜厚度，保证路面的使用性能。在配合比设计上， 在借鉴欧洲设计方法的基础上，通过试算法确定矿料配合比及初试沥青用量，仍 然采用马歇尔体积法以求得所需的空隙率，然后由析漏试验和肯塔堡飞散试验综 合确定最佳沥青用量，最后利用力学性能试验、高温稳定性试验、水稳定性试验、 低温性能试验、透水性能试验和抗滑性试验等对排水性沥青混合料的性能进行验 证。具体设计流程图如图3 1 所示。 1 8 匝匦鲴 目标空隙率的设定一 i f2 3 6 m m 筛子l 通过率在中央级配附近以3 左右相差的( 暂定) 3 个级配选定。 王 暂定沥青含量计算一 王 试件制作一 冬 围 = = 乡 ，7 l 卜i 决定矿科配台比一 l 混合料流淌试验一混合料飞款试验。 i 最佳沥青含量的设定一 。氰赢纛围 图3 1 日本排水性沥青混合料配合比设计流程图 3 1 2 国内排水性沥青混合料配合比设计方法 我国规范在设计中主要吸收借鉴了日本的成功经验，并结合实体工程的实际 特点，对排水性沥青路面试验路进行了配合比设计。设计步骤如下： ( 1 ) 外部因素的设定：进行排水性沥青混合料配合比设计时，除了考虑混合 料内部的因素以外，也要考虑其使用场合的气候环境条件、交通量以及路面状况。 ( 2 ) 确定目标空隙率：应根据当地的实际情况，针对空隙率与功能性和耐久 性的关系来进行分析和确定，般空隙率在1 8 2 5 之间。 1 9 ( 3 ) 材料选择与初始级配的确定：一般在规定的级配范围内根据2 3 6m m 通过率中值及中值3 ，确定3 组不同的矿料级配作为初选级配。 ( 4 ) 计算每种矿料级配下的初始沥青用量，试拌马歇尔试件。采用经验公式 ( 3 1 ) 和( 3 2 ) 求得估算初始沥青用量，通常情况下，排水性沥青混合料的沥 青膜厚h 宜取l o 1 4 1 , t m 。 其初始沥青用量计算公式如下所示： a = ( 2 + 0 0 2 a + 0 0 4 b + 0 0 8 c + 0 1 4 d + 0 3 e + 0 6 f + 1 6 9 ) 4 8 7 4 ( 3 1 ) 忍= a xh( 3 2 ) 式中：彳代表集料的表面积；只表示初始沥青用量；a 、b 、c 、d 、e 、f 、 g 分别为4 7 5m m 、2 3 6m m 、1 1 8m m 、0 6m m 、0 3m m 、0 1 5m m 、0 0 7 5m m 筛孔的质量通过百分率。 ( 5 ) 进行马歇尔试验确定每种级配的空隙率，由目标空隙率初步确定设计级 配。根据空隙率和2 3 6m m 筛孔通过率的关系曲线确定出2 3 6m m 的通过率，由此 确定目标级配。 ( 6 ) 确认混合料的空隙率和最佳沥青用量的确定。对达到目标空隙率要求的 级配，一般在沥青用量4 0 6 0 的范围内，以0 5 为增量，进行析漏试验和飞 散试验，分别来确定最大沥青用量和最小沥青用量，由此得到沥青用量的范围。 在此范围内参照马歇尔试验的结果，选择适宜的沥青用量作为最佳沥青用量。 ( 7 ) 混合料配合比的验证。在初步设计的最佳沥青用量下对排水性沥青混合 料进行性能试验。 3 2 目标空隙率的确定 排水性沥青混合料配合比设计，以设计目标空隙率为控制指标，同时也必须 保证路面的功能性和耐久性的相互统一，即：不仅要达到良好的排水、降噪、抗 滑等效果，又要保证其具有较强的耐久性能。 3 2 1 功能性与空隙率的关系 ( 1 ) 排水功能与空隙率的关系 排水性沥青路面的良好排水功能主要是由于其结构内部存在着大量相互连通 的空隙，因而大大提高了排水效率。由于连通空隙率的测试不太方便，而经过试 验证明连通空隙率与全空隙率之间存在着良好的线性关系1 3 4 l ，所以可以用混合料 的全空隙率来测试混合料的透水能力大小。其中排水性沥青混合料的毛体积密度 采用体积法测的，空隙率及连续空隙率可按照式3 3 和式3 4 计算可得。 v 阿= ( 1 一生) 1 0 0 ( 3 3 ) 以 式中：一一试件的空隙率，； 以一沥青混合料理论最大相对密度； 乃一一试件的毛体积相对密度。 阿=v - ( t o o - m 1 ) p o 1 0 0 矿 ( 3 4 ) 式中：一试件的连通空隙率，5 矿一一采用体积法测的试件的体积； 扁一一常温下水的密度； ，m 一一分别为试件在空气中和水中的质量。 目前，国内外主要考虑到施工、运营等因素影响，对排水性沥青路面的空隙 率一般设定为1 8 , - - , 2 5 。不同国家对排水性沥青路面的初始空隙率的要求值如表 3 3 所示。 表3 3 各国排水性沥青路面的初始空隙率的要求值 国家美国英国日本法国德国荷兰新加坡比利时 空隙率要求值( ) l82 02 02 02 0 2 42 02 02 2 能够及时排走路表面的水是排水性沥青路面的主要功能之一，因此降雨量成 为确定设计目标空隙率的重要依据。通过对满足一定降雨强度要求的排水性沥青 路面所需的空隙率范围进行理论研究，国内学者得出排水性沥青路面满足不同降 雨强度时所需要的空隙率范围的一个参考值3 引，见表3 4 。 表3 4 不同降雨强度对排水性沥青路面空隙率的要求( 华东地区) 降雨等级降雨量( m m h )所需透水能力( m m s )所需空隙率( ) 暴雨1 60 8 92 2 o 大雨 8 1 1 60 4 5 o 8 31 8 7 2 1 6 中雨2 6 8 00 1 4 0 4 41 4 1 1 8 6 小雨 2 5 经调查研究，交通事故在中小雨情况下发生次数要高于大雨时的次数，这可 能是降雨强度促使驾驶员警惕性提高的缘故。六潜高速公路地处大别山区，常年 平均降雨量为14 0 0 r a m ，平均降雨日为1 4 1 天，最少1 1l 天，除7 9 月份可能出 现大暴雨外，总体上降雨以小到中雨居多，但降雨比较频繁，因此满足中小雨降 雨强度要求的排水性沥青路面即会对该路段的行车安全性产生影响。 ( 2 ) 降噪功能与空隙率的关系 汽车轮胎在路面上行驶所产生的噪音主要包括：气压噪声、撞击噪声、滑粘 噪音等。排水性沥青路面可使气流顺利消散，所以能降低气压噪声和滑粘噪声p 引。 通过采用驻波法对不同空隙率下的排水性沥青混合料试样在实验室内测量降 噪功能，测得中频噪音频率为5 0 0 h z 的垂直入射吸声系数与试样空隙率关系见表 3 5 所示i 1 i 。 表3 5 空隙率与吸声系数的关系 频率空隙率( ) ( h z )5 2l1