基于空隙率指标的多孔沥青混合料压实效果试验研究

王 莎，杨元元

（陕西省高速公路建设集团公司西汉分公司，陕西 西安 710054）

0 引言

多孔沥青混合料具有较大的构造深度和丰富的连通空隙，铺筑而成的路面在雨天时能够快速排除路表水［1］，因而具有良好的抗滑、安全和降噪性能［2］，在国内外的路面工程中得到了越来越多的应用。与常规密实结构的沥青混合料不同，多孔沥青混合料是一种典型的骨架空隙结构，空隙率一般在18%～22%［3］，因此，这类混合料的室内压实特性与现场压实工艺与常规密实型沥青混合料存在较大差异［4-6］。本文基于空隙率指标，对多孔沥青混合料的室内压实特性进行试验［7］，研究集料性质、击实次数、拌合以及击实温度对成型试件的空隙率影响规律，评价多孔沥青混合料的压实效果，提出多孔沥青混合料的现场压实工艺。

1 试验原材料

沥青为SK—70，混合料拌和时掺加沥青质量12%的高粘度沥青改性剂TPS，改性后沥青的相关指标如表1所示。

表1 掺加TPS改性剂的SK—70改性沥青的主要技术指标

试验采用玄武岩和石灰岩两种集料。主要技术指标见表2。

表2 玄武岩和石灰岩粗集料主要技术指标

试验采用的多孔沥青混合料级配及油石比如表3所示。

表3 试验用多孔沥青混合料级配

2 室内压实特性

分别采用玄武岩和石灰岩集料按照室内标准击实法成型马歇尔试件，同时调整击实次数、拌和及压实温度，测定不同情况下成型试件的空隙率指标，研究集料性质、击实次数、拌和以及击实温度对成型试件的空隙率指标影响规律。

2.1 集料性质对空隙率的影响

按照表3给出的级配，分别采用玄武岩集料和石灰岩集料成型马歇尔试件，击实次数为双面50次，拌和温度185℃，击实温度175℃。试件成型冷却后，采用体积法［7］测定空隙率指标。试验结果如图1所示。

图1 不同类型集料的空隙率试验结果

由图1可知，集料的类型对成型试件的空隙率大小影响显著，玄武岩集料试件空隙率为20.5%，而相同级配和成型条件的石灰岩集料试件空隙率仅为17.2%。其原因主要是由于多孔沥青混合料是骨架空隙结构，与密实型的沥青混合料相比，集料与集料间的接触面积相对较小，通常是依靠沥青结合料点接触粘结，对集料的强度要求较高。试验采用的石灰岩集料压碎值较大，在击实力的作用下，容易被击碎（如图2所示），从而导致成型后试件的空隙率较小。

图2 石灰岩集料试件集料破碎现象明显

2.2 击实次数对空隙率影响

采用玄武岩集料按照室内标准击实法成型马歇尔试件，研究不同击实次数时，成型试件的空隙率变化规律。试验采用的拌和温度为185℃，击实温度为175℃，结果如图3所示。

图3 不同击实次数时多孔沥青混合料的空隙率

由试验结果可知，随着击实次数的增大，多孔沥青混合料的空隙率降低。由图3可以看出，在击实次数达到50次后，继续增大击实次数，混合料的空隙率虽然继续降低，但降幅明显减小。由于多孔沥青混合料形成的骨架结构中，细集料和沥青胶浆相对较少，混合料的可压实性相对较好，因而在击实力的作用下，在较少的击实次数下即可达到预期的骨架接触状态。采用旋转压实方法成型多孔沥青混合料也有类似结论［6］。这对于多孔沥青混合料的现场压实具有指导意义。

2.3 拌合与击实温度对空隙率的影响

采用玄武岩集料，按照不同的拌合温度和击实温度双面标准击实50次成型马歇尔试件，研究拌和击实温度对多孔沥青混合料空隙率指标的影响规律。试验选取的5个不同的拌和、击实温度，拌合温度分别为155℃、165℃、175℃、185℃和195℃，击实温度为对应的拌合温度减10℃，得到试验结果如图4所示。

图4 不同拌和温度时多孔沥青混合料的空隙率

试验结果表明，随着多孔沥青混合料的拌合、击实温度增大，成型试件的空隙率也在逐渐减小。由于在多孔沥青混合料中一般采用高粘度改性沥青，因此当拌合温度低于180℃时，击实温度低于170℃时，成型试件的空隙率偏大；为防止沥青老化，拌合温度也不宜高于190℃。

3 现场施工压实控制

基于上述空隙率影响因素的室内试验结果，对多孔沥青混合料的现场压实工艺进行控制。

试验路为厚度5cm的多孔沥青混合料，室内双面标准击实试验得到的混合料空隙率为20.2%。混合料生产采用的拌合温度为185℃，运输至施工现场时摊铺温度为175℃，初压温度为170～175℃，采用两台DD110（10～12t）双钢轮压路机紧跟摊铺机静压3遍，复压采用BOMAG（16～18t）双钢轮压路机静压2遍，终压采用20t胶轮压路机消除轮迹，图5所示为现场压实。试验后对钻取路面芯样进行压实度检测，试验结果如表4所示。

图5 施工现场压实

表4 多孔沥青路面芯样压实度检测结果

芯样测试结果表明，多孔沥青混合料的可压实性良好，与密实结构的沥青混合料相比，压实次数减少，且在压实过程中全部采用静压，能够达到预期的压实效果。

4 结论

4.1 集料类型、击实次数、拌和及压实温度对多孔沥青混合料的压实效果具有显著的影响。随着击实次数、拌和及击实温度的增大，成型后混合料的密实度随之增大。

4.2 多孔沥青混合料形成的骨架接触状态要求采用压碎值较小的坚硬集料，避免击实过程中造成集料破碎；骨架空隙结构的混合料中，细集料和沥青胶浆相对较少，混合料的可压实性相对较好，双面击实50次，能够达到预期空隙率。

4.3 多孔沥青混合料在拌和温度为185℃，初压温度为170～175℃时，初压采用10～12t钢轮压路机，复压采用16～18t钢轮压路机，终压采用20t胶轮压路机，各压实过程静压2～3遍，能够到达良好的压实效果。

［1］Han T A.Evaluating Rutting on Porous Asphalt Mixescomparison Between Marshall and Superpave Method in Terms of Volumetric Properties［D］.Malaise:University Technology Malaysia, 2007.

［2］Bendtsen H.Noise Reduction by Drainage Asphalt［J］.Nordic Road &Transport Research, 1997，（1）：6-8.

［3］毛爱明.排水沥青路面压实度超密现象分析［J］.公路，2006，7（7）：158-160.

［4］蒋国良.级配和成型方法对沥青混合料性能的影响［J］.公路，2002，（6）：129-133.

［5］李宇峙，杨瑞华，邵腊庚，等.沥青混合料压实特性分析［J］.公路交通科技，2005，22（3）：28-34.

［6］蒋玮，沙爱民，裴建中，等.多孔沥青混合料旋转压实特性［J］.长安大学学报：自然科学版，2010，30（5）：11-16.

［7］JTG F40—2004，公路沥青路面施工技术规范［S］.