CAVF法在小粒徑排水瀝青混合料級配設(shè)計中的應(yīng)用

陸書豪 楊清塵

（重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，重慶400060）

具有大空隙特征的排水抗滑磨耗層(OGFC)因其抗滑、排水降噪的優(yōu)良功能特性，在我國已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，但對于其瀝青混合料的級配設(shè)計方法，當(dāng)前仍然沒有定論。為了提高瀝青混合料的強(qiáng)度，滿足設(shè)計空隙率的要求，華南理工大學(xué)張肖寧[1]提出了一種基于骨料體積組成的瀝青混合料級配設(shè)計方法-主骨料空隙填充法（CAVF），該方法的設(shè)計原則是發(fā)揮粗集料在混合料中的嵌擠作用，提高瀝青混合料的內(nèi)摩阻力，并最終形成穩(wěn)定性較高的骨架空隙結(jié)構(gòu)。同時為了避免細(xì)集料顆粒影響粗集料形成的嵌擠結(jié)構(gòu)，瀝青混合料采用間斷級配，通常間斷1.18-2.36mm 或2.36mm-4.75mm 檔細(xì)集料，并利用瀝青、細(xì)集料、礦粉填充粗骨料形成的間隙，使瀝青膠漿對粗集料的嵌擠能力不產(chǎn)生干涉作用。此后，為了減小設(shè)計空隙率和實(shí)測空隙率之間的誤差，葛折圣、肖鑫[2-3]等學(xué)者相繼對CAVF 進(jìn)行了優(yōu)化和修正。本文設(shè)計的OGFC-10 混合料由于最大公稱粒徑較小，因此各檔料篩孔通過率對瀝青混合料空隙率的影響較大，為了更加準(zhǔn)確的控制空隙率大小，提高小粒徑排水瀝青磨耗層的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，采取主骨料填充法對其級配進(jìn)行設(shè)計。同時為了探究2.36mm 通過率對OGFC-10 混合料的空隙率的影響程度，設(shè)定了3 條級配曲線，確定了其合理的通過率范圍。最后，依據(jù)室內(nèi)瀝青混合料路用性能試驗評價了基于CAVF 法設(shè)計的級配合理性。

1 試驗原材料

膠結(jié)料采用HVA 改性劑和SBS 改性瀝青復(fù)配的高粘改性瀝青，技術(shù)指標(biāo)如表1 所示。粗集料采用強(qiáng)度較高玄武巖，細(xì)集料和礦粉選擇堿性的石灰?guī)r，經(jīng)試驗測試，其各項指標(biāo)均能滿足要求。

表1 高粘改性瀝青技術(shù)指標(biāo)

2 基于CAVF 法的OGFC-10 級配設(shè)計

根據(jù)經(jīng)驗確定合適的粗集料、細(xì)集料，礦粉的參配比例為84:12:4，計算出粗細(xì)集料的密度參數(shù)及搗實(shí)狀態(tài)下的粗骨料間隙率VCADRC。按照式（1）和式（2）聯(lián)立方程組，其中預(yù)設(shè)目標(biāo)空隙率為20%，瀝青用量為5.0%，礦粉用量為4%，帶入求解粗細(xì)集料用量。

式中：qc、qf、qp、qa分別是粗集料、細(xì)集料、礦粉、瀝青質(zhì)量百分比（%），γf、γp、細(xì)集料、礦粉表觀相對密度，γa為瀝青密度（g/cm3）,VCADRC是粗集料間隙率（%），Vv 是瀝青混合料設(shè)計空隙率（%），α 為干涉系數(shù)（1.0～1.2），本文取α=1.1。

最終經(jīng)過計算和修正，本文得到的集料最終質(zhì)量比為粗集料：細(xì)集料：礦粉=83.8：10.7：5.5，紀(jì)為OGFC- Ⅱ型，調(diào)整2.36mm 篩孔的通過率得到另外兩組級配OGFC-Ⅰ和OGFC-Ⅲ型，其級配組成如表2 所示，擬定瀝青膜厚度為14μm，按照經(jīng)驗公式[4]計算初始瀝青用量，試驗得到各個級配的體積參數(shù)如表3。

表2 OGFC-10 混合料礦料級配組成

由表3 可知，3 種瀝青混合料的VCAMIX均小于VCADRC種,可見其內(nèi)部粗集料均形成了嵌擠結(jié)構(gòu)，有利于混合料的強(qiáng)度提升。隨著2.36mm 通過率從9.7%提高到13.4%，瀝青混合料的空隙率從21.2%下降到19.8%，可見2.36mm 的通過率對OGFC-10的空隙率影響較大，隨著2.36mm 通過率增大，空隙率下降明顯，這是因為細(xì)集料的增多一定程度填充了空隙。當(dāng)OGFC-10的空隙率要求在20%～21%時，推薦2.36mm 的通過率應(yīng)在10%～12%之間。

表3 各個級配瀝青混合料體積參數(shù)

3 瀝青混合料路用性能驗證

3.1 最佳油石比

選擇更接近目標(biāo)空隙率20%的OGFC-Ⅱ類瀝青混合料進(jìn)行飛散試驗和析漏實(shí)驗，根據(jù)飛散損失不大于20%,析漏損失不大于0.3%的要求確定了其油石比的范圍在4.42%～5.03%之間。為了增大瀝青膜厚度，提高瀝青與集料的粘附能力，本文選擇5.0%作為最佳油石比。

3.2 路用性能評價

按照上述級配和最佳油石比設(shè)計了瀝青混合料，并采取車轍試驗、凍融劈裂試驗、小梁低溫彎曲試驗檢驗了其高溫穩(wěn)定性，低溫抗裂性以及水穩(wěn)定性。同時測試了瀝青混合料的滲水性能和抗滑性能，其技術(shù)指標(biāo)如表4 所示。

表4 OGFC-10 混合料的性能指標(biāo)

由表4 可知，小粒徑排水混合料各項性能均能大于規(guī)范要求，這表明基于CAVF 法設(shè)計的小粒徑排水瀝青路面能夠具有良好的路用性能。

4 結(jié)論

通過CAVF 法設(shè)計了OGFC-10 混合料級配，擬定的3 條級配曲線體積參數(shù)表明其均能夠滿足目標(biāo)空隙率要求，且三種級配均能形成粗集料嵌擠結(jié)構(gòu)，有利于提高瀝青混合料強(qiáng)度。

基于2.36mm 通過率和空隙率的大小關(guān)系，提出小粒徑排水瀝青混合料2.36mm 通過率的合理范圍應(yīng)在10%～12%之間。

通過室內(nèi)試驗，驗證了基于CAVF 法設(shè)計的排水瀝青混合料能夠保證良好的路用性能，該方法設(shè)計的級配是可行的。