排水瀝青路面混合料的組成設(shè)計(jì)及施工要點(diǎn)探討

摘要 OOGFC-5瀝青混合料是一種大孔隙開級(jí)配瀝青材料，具有優(yōu)良的降噪、排水及抗滑性能，在公路工程建設(shè)中得到了大規(guī)模應(yīng)用。為準(zhǔn)確確定OGFC目標(biāo)空隙率與級(jí)配等級(jí)，提高OGFC瀝青混合料路用性能，該文基于CAVF設(shè)計(jì)理論，分別選取16%、20%、24%三種OGFC目標(biāo)空隙實(shí)施級(jí)配設(shè)計(jì)，對(duì)不同目標(biāo)空隙率級(jí)配設(shè)計(jì)條件下OGFC瀝青混合料路用性能變化情況實(shí)施探究，確定OGFC瀝青混合料最優(yōu)目標(biāo)空隙率為20%，并詳細(xì)總結(jié)了OGFC施工技術(shù)要點(diǎn)，該文研究成果具有重要的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞 排水瀝青路面；CAVF法；級(jí)配設(shè)計(jì)；施工技術(shù)要點(diǎn)

中圖分類號(hào) U414 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）14-0167-03

0 引言

近年來(lái)，隨著生活水平的提升，工程中對(duì)公路路面排水、降噪功能也提出了更高的要求。OGFC瀝青混合料作為一種開級(jí)配骨架空隙結(jié)構(gòu)，其空隙較大，排水、防滑及降噪性能優(yōu)良，在公路建設(shè)中應(yīng)用廣泛?，F(xiàn)階段，針對(duì)OGFC混合料級(jí)配設(shè)計(jì)通常是在設(shè)定目標(biāo)空隙率的條件下開展的，盡管混合料路用性能能夠滿足實(shí)際使用需求，但同時(shí)也存在較大局限性，導(dǎo)致OGFC混合料性能無(wú)法有效發(fā)揮。因此，如何探索出一種精準(zhǔn)確定OGFC混合料目標(biāo)空隙率及級(jí)配設(shè)計(jì)的方法，已成為OGFC路面施工的關(guān)鍵。該文基于CAVF設(shè)計(jì)理論，對(duì)排水瀝青路面混合料的組成設(shè)計(jì)展開綜合探究，確定了最佳目標(biāo)空隙率及級(jí)配，并詳細(xì)總結(jié)了OGFC混合料施工技術(shù)要點(diǎn)，研究成果對(duì)提高OGFC排水瀝青路面施工質(zhì)量，保證路面使用性能具有重要意義。

1 原材料與級(jí)配設(shè)計(jì)

1.1 原材料

粗集料：選用經(jīng)破碎、篩分、凈化處理的花崗巖，質(zhì)地潔凈、干燥、無(wú)雜質(zhì)，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

細(xì)集料：選用破碎、篩分、凈化處理的花崗巖碎石，粒徑位于20～40 mm范圍內(nèi)，主要通過(guò)機(jī)制砂工藝加工，相關(guān)性能指標(biāo)全部滿足標(biāo)準(zhǔn)要求[1]。

高黏復(fù)合改性瀝青：瀝青材料采用江蘇省產(chǎn)高黏復(fù)合型改性瀝青，相關(guān)性能指標(biāo)均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.2 級(jí)配設(shè)計(jì)

CAVF法設(shè)計(jì)原理介紹：CAVF法主要通過(guò)對(duì)混合料中粗集料空隙實(shí)施控制，實(shí)現(xiàn)與瀝青材料、細(xì)集料、礦料、目標(biāo)空隙總體積相同的目的[2]。由于實(shí)際拌和過(guò)程中，各種集料之間容易出現(xiàn)相互干擾現(xiàn)象，可采取限制細(xì)集料粒徑的方式進(jìn)行優(yōu)化處理，通常在粒徑2.36～4.75 mm區(qū)間內(nèi)采用間斷級(jí)配，以保證粗集料之間相互嵌擠形成骨架，CAVF法基本公式如下：

式中：qc、qf 、qa—粗集料、細(xì)集料、礦粉質(zhì)量（kg）；VDRC —干燥條件下粗集料空隙率（%）；qp—油石比（%）；

VV —設(shè)計(jì)空隙率（%）；γs—粗集料松散狀態(tài)下毛體積密度（%）；γf 、γa—細(xì)集料、礦粉表觀密度（%）；γv—瀝青材料密度（%）。其中，VDRC、γs、γf 、γa、γv五項(xiàng)指標(biāo)均可通過(guò)試驗(yàn)測(cè)得，所以，式（1）、式（2）中僅剩qc、qf、qa、qp、VV 5項(xiàng)未知指標(biāo)。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)定3項(xiàng)指標(biāo)便可得到全部指標(biāo)值。

不同目標(biāo)空隙率級(jí)配設(shè)計(jì)：根據(jù)相關(guān)研究成果，并結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為保證OGFC混合料排水、抗滑、高溫及水穩(wěn)性能，其空隙率常控制在15.0%～25.0%區(qū)間內(nèi)。為有效探究不同目標(biāo)空隙率級(jí)配設(shè)計(jì)條件下OGFC瀝青混合料路用性能變化情況，該試驗(yàn)基于CAVF法基本原理，依次選取16%、20%、24%三種OGFC目標(biāo)空隙實(shí)施級(jí)配設(shè)計(jì)，根據(jù)三種級(jí)配類型下混合料路用性能，確定最優(yōu)目標(biāo)空隙率和級(jí)配類型。16%、20%、24%目標(biāo)空隙率依次表示低、中、高空隙率條件下混合料路用性能[3-5]。

實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，各組目標(biāo)空隙率全部設(shè)置三種2.36 mm通篩率級(jí)配，并制備標(biāo)準(zhǔn)試件，通過(guò)綜合比較確定最優(yōu)級(jí)配類型。然后按照最優(yōu)級(jí)配成型標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，并通過(guò)試驗(yàn)獲得各種目標(biāo)空隙率下最佳油石比。16%、20%、24%空隙率下最優(yōu)級(jí)配，如圖1所示，三種目標(biāo)空隙率下的最佳油石比依次為5.1%、4.9%、4.7%。

2 路用性能分析

2.1 排水性能

OGFC瀝青混合料具有十分優(yōu)良的排水性能，因此，采用CAVF法對(duì)OGFC級(jí)配實(shí)施設(shè)計(jì)時(shí)，必須檢驗(yàn)其排水能力。根據(jù)預(yù)先確定的配合比制備OGFC混合料，并通過(guò)輪碾法成型標(biāo)準(zhǔn)車轍板構(gòu)件，測(cè)定OGFC滲透系數(shù)，檢測(cè)結(jié)果如圖2所示：

從上圖2可知：（1）OGFC混合料空隙率越大，其滲透系數(shù)越大，當(dāng)空隙率由16%增大至24%時(shí)，其滲透系數(shù)從3 454 mL/min增至4 474 mL/min；（2）空隙率20%和24%條件下的OGFC混合料滲透系數(shù)相差不大；（3）16%、20%、24%三種空隙率條件下的滲透系數(shù)全部符合排水要求[6]。

2.2 高溫穩(wěn)定性

動(dòng)穩(wěn)定度值是反映OGFC混合料高溫性能的重要指標(biāo)，因此按照標(biāo)準(zhǔn)要求成型試件，測(cè)定混合料動(dòng)穩(wěn)定度，對(duì)其高溫性能實(shí)施評(píng)價(jià)。試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果，如圖3所示。

從圖3可知：空隙率越大，混合料動(dòng)穩(wěn)定度越小，當(dāng)空隙率由16%增加至24%時(shí)，混合料動(dòng)穩(wěn)定度由10 534次/mm減小到6 482次/mm。充分證明三種目標(biāo)空隙下OGFC混合料內(nèi)部集料嵌擠效果良好，能夠形成穩(wěn)定的骨架體系，具有優(yōu)良的高溫性能，而當(dāng)空隙率逐漸增大時(shí)，混合料內(nèi)部粗集料比重增加，導(dǎo)致瀝青黏附性能下降，進(jìn)而在一定程度上降低其高溫性能[7]。

2.3 抗滑性能

摩擦系數(shù)、構(gòu)造深度是反映OGFC抗滑性能的重要指標(biāo)，通過(guò)測(cè)取OGFC試件構(gòu)造深度、擺值對(duì)其抗滑性能實(shí)施評(píng)價(jià)。試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果，如表1所示：

從表1可知：16%、20%、24%三種空隙率下OGFC試件構(gòu)造深度依次為2.1 mm、2.3 mm、2.3 mm，擺值分別為67.2、70.1、69.2；綜合兩項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，20%空隙率下OGFC混合料抗滑性能最優(yōu)。

2.4 水穩(wěn)定性

OGFC混合料為大空隙開級(jí)配結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)良的排水性能，但容易出現(xiàn)水損破壞，該文采用浸水馬歇爾試驗(yàn)測(cè)定混合料水穩(wěn)性能，經(jīng)試驗(yàn)得出了OGFC浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度比變化如圖4：

從上圖4可知：空隙率越大，OGFC混合料殘留穩(wěn)定度比越小，水穩(wěn)性能越差。16%、20%、24%三種空隙率下OGFC試件殘留穩(wěn)定度比依次為90.4%、88.2%和84.2%。

根據(jù)16%、20%、24%三種空隙率下OGFC試件排水、抗滑、高溫及水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)空隙率由16%增至20%時(shí)，混合料滲透系數(shù)提高22.3%，動(dòng)穩(wěn)定度下降11.2%，并且抗滑能力達(dá)到最佳。而隨著空隙率繼續(xù)增加至24%，滲透系數(shù)提高6.0%，但高溫性能、抗滑性能、水穩(wěn)性能均出現(xiàn)了下降趨勢(shì)，由此表明當(dāng)空隙率為20%時(shí)，OGFC路用性能最佳。所以，選用20%空隙率對(duì)應(yīng)的級(jí)配及配合比作為OGFC混合料設(shè)計(jì)級(jí)配[8]。

3 施工要點(diǎn)分析

3.1 黏油層撒布

OGFC瀝青混合料攤鋪前，應(yīng)對(duì)基面實(shí)施全面清理，確保表面潔凈、干燥，清理完成后，嚴(yán)格按照施工規(guī)范要求灑布黏層油，其均勻度、厚度需符合標(biāo)準(zhǔn)要求，灑布完畢應(yīng)在24 h內(nèi)完成OGFC瀝青混合料攤鋪。

3.2 排水槽施工

OGFC瀝青路面具有較強(qiáng)的排水性能，雨水經(jīng)路面空隙滲入結(jié)構(gòu)層內(nèi)部后，沿橫向坡度匯聚于結(jié)構(gòu)層兩側(cè)，所以應(yīng)在相應(yīng)部位設(shè)置排水槽。但應(yīng)特別強(qiáng)調(diào)的是，排水槽需在面層鋪設(shè)前修建完畢，槽體采用OGFC填筑平整并壓實(shí)，以最大限度提高排水能力。

3.3 混合料拌和及運(yùn)輸

OGFC混合料拌和時(shí)應(yīng)加強(qiáng)溫度控制，具體控制標(biāo)準(zhǔn)為：集料溫度為（200±10）℃，瀝青溫度為170℃，混合料溫度為（185±5）℃。同時(shí)，還應(yīng)嚴(yán)格控制各環(huán)節(jié)拌和時(shí)間，干、濕拌和時(shí)間分別控制在15 s和45 s左右，最大限度保證混合料均勻性[9]。

OGFC混合料由于粗集料含量較大，控制不當(dāng)容易出現(xiàn)離析問(wèn)題，所以運(yùn)輸時(shí)應(yīng)按照前、后、中順序進(jìn)行裝料，避免一次性裝料高度過(guò)大，造成混合料離析；裝料完成后應(yīng)采用篷布進(jìn)行覆蓋，避免溫度散失過(guò)快；混合料運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行攤鋪，避免等待時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，影響混合料性能。

3.4 混合料攤鋪及碾壓

OGFC混合料攤鋪對(duì)溫度要求較高，其攤鋪溫度應(yīng)保持在（170±5）℃范圍內(nèi)，正式施工前應(yīng)進(jìn)行提前1 h預(yù)熱熨平板，確保溫度滿足要求。同時(shí)，應(yīng)預(yù)先進(jìn)行試鋪，從而確定合理的攤鋪、碾壓施工參數(shù)。試驗(yàn)段施工完成后，嚴(yán)格按照確定的攤鋪及碾壓工藝參數(shù)進(jìn)行正式施工。

OGFC混合料壓實(shí)應(yīng)按照“高頻、低幅、勻速、緩慢”的原則進(jìn)行碾壓，初壓溫度保持在160 ℃左右振動(dòng)壓實(shí)3遍；復(fù)壓溫度控制在140℃靜壓3遍；終壓溫度保持在100℃靜壓2遍[10]。

3.5 排水性能檢測(cè)

按照現(xiàn)行《瀝青路面試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》相關(guān)規(guī)定，采用滲透系數(shù)檢測(cè)儀對(duì)施工成型的OGFC路面排水能力實(shí)施測(cè)試，測(cè)得其滲透系數(shù)為4 528 mL/min，完全滿足路面排水要求。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，該文章基于CAVF設(shè)計(jì)理論，分別選取16%、20%、24%三種OGFC目標(biāo)空隙實(shí)施級(jí)配設(shè)計(jì)，對(duì)不同目標(biāo)空隙率級(jí)配設(shè)計(jì)條件下OGFC瀝青混合料路用性能變化情況實(shí)施探究，根據(jù)各種空隙率條件下OGFC混合料排水、高溫、抗滑及水穩(wěn)性能變化規(guī)律，確定了最優(yōu)目標(biāo)空隙率為20%，并以此為標(biāo)準(zhǔn)開展實(shí)際工程施工，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)要求開展黏層油灑布、排水槽施工、OGFC混合料拌和、攤鋪、碾壓施工，取得了顯著成效，OGFC路面排水性能完全符合要求，該研究成果對(duì)類似工程具有重要的參考意義。

參考文獻(xiàn)

[1]李松斌，徐科，溫俊濤，等.高溫多雨區(qū)排水瀝青路面設(shè)計(jì)及施工關(guān)鍵技術(shù)研究[J].公路，2021（7）：107-110.

[2]劉棟，紀(jì)文強(qiáng)，裘秋波. 小粒徑開級(jí)配瀝青混合料超薄磨耗層工程應(yīng)用研究 [C].中國(guó)公路學(xué)會(huì)養(yǎng)護(hù)與管理分會(huì)第十二屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.中國(guó)公路學(xué)會(huì)養(yǎng)護(hù)與管理分會(huì).2022：389-390.

[3]潘京軍.OGFC-13排水瀝青路面性能及應(yīng)用研究[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2023（18）：12-16.

[4]何澄平，楊洪鴻.沿海濕熱地區(qū)排水瀝青混合料路用性能及排水特性研究[J].市政技術(shù)，2022（12）：84-89.

[5]竇大峣.寒冷地區(qū)瀝青路面排水基層混合料的試驗(yàn)分析[J].黑龍江交通科技，2022（4）：17-19.

[6]張曉清.高速公路排水瀝青混凝土路面施工技術(shù)[J].四川建材，2021（11）：112-114.

[7]李松斌，徐科，溫俊濤，等.高溫多雨區(qū)排水瀝青路面設(shè)計(jì)及施工關(guān)鍵技術(shù)研究[J].公路，2021（7）：188-191.

[8]郭建偉.雙層排水瀝青混合料在公路養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用[J].交通世界，2021，（17）：29-32.

[9]鄭牡丹 . 對(duì)高速公路工程中瀝青混合料的試驗(yàn)檢測(cè)分析 [C].中國(guó)公路學(xué)會(huì)養(yǎng)護(hù)與管理分會(huì)第十二屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.中國(guó)公路學(xué)會(huì)養(yǎng)護(hù)與管理分會(huì).2022：300-303..

[10]解金龍.排水瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)用滲透性樹脂砂漿性能研究[D].邯鄲：河北工程大學(xué)，2021.

收稿日期：2024-03-06

作者簡(jiǎn)介：張一（1991—），男，本科，工程師，主要從事公路工程施工技術(shù)工作。