大粒径透水性沥青混和料LSPM配合比设计与施工

摘要：大粒径透水性沥青混和料LSPM能提高路面的排水性能，从而延长其使用寿命和使用性能。

关键词：大粒径透水性沥青混和料 配合比设计施工

一、大粒径透水性沥青混和料LSPM概述

大粒径透水性沥青混和料（LARGESTONEPOROUSASPHALT MIXES）是指混和料最大公称粒径大于26.5mm，具有一定空隙率，能够将水分自由排除路面结构的沥青混和料，通常用作路面基层。它采用新的设计理念，用较大粒径（25－62mm）的单粒径集料形成骨架，用一定量的细集料形成填充。它不同于密集配大粒径沥青混和料（ATB），也不同于一般的沥青处治碎石（ATPB）。ATB具有良好的骨架结构，空袭率一般在3～6％，不具有排水性能。ATPB粗集料形成了骨架嵌挤，基本上没有细料填充，空隙率很大，一般在18％以上，透水效果非常好，但模量较低，耐久性较差。大粒径透水性沥青混和料克服了上述两种结构的缺点，借鉴了其优点，具有以下特点：⑴可以抵抗较大的塑性和剪切变形，有较好的抗车辙能力，提高沥青路面的高温稳定性。特别是对与低速、重车路段，具有明显的抗永久变形能力。⑵具有良好的排水性能，能够将路面渗水及时排除，避免以下结构层的水损坏，提高了路面的耐久性能。⑶粒径较大、空隙率较大，能有效的减少反射裂缝。⑷大粒径集料用量大，矿粉用量很少，减少了沥青用量。

二、LSPM配合比设计

1、材料要求。所有的矿料要求无塑性，因为粘土颗粒成分能引起沥青混和料的体积膨胀，在水的作用下容易引起沥青膜与矿料相互剥离。由于粗集料在沥青混和料中起到骨架作用，其质量和物理性能直接影响混和料的使用性能，因此粗集料要求用坚硬岩石轧制，破碎形式采用锤击式或反击式，细长及扁平颗粒含量不超过15％，压碎值不大于26％，与沥青的粘结力为5级，其他指标应满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40－2004）要求。细集料包括机制砂、石屑和天然砂，大粒径沥青混和料要求使用机制砂和石屑，不准使用天然砂。细集料棱角性应大于42％，砂当量值不小于65％。由于大粒径沥青混和料透水性好，为了提高沥青混和料的抗水损害能力，填充料宜采用干燥消石灰粉或生石灰粉，满足Ⅲ级要求。为了保证大粒径透水性沥青混和料的耐久性，沥青膜要求比较厚，但同时必须防止淅漏，因此需要用粘度较高的沥青胶结料，可以采用MAC-70＃或SBS改性沥青。

2、级配设计。大粒径透水性沥青混和料用作基层，除承受车辆荷载外，还应具有良好的透水性能，因此混和料的级配设计时要形成骨架结构，空隙率在15％左右。级配曲线与原材料有很大关系，原材料不同级配曲线也不一样，济莱路LSPM-30推荐级配曲线范围如下：

大粒径沥青混和料LSPM-30推荐级配

筛孔 37.5 31.5 26.5 19 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075

LSPM-30 100 90-100 70-95 40-76 28-58 19-39 6-29 6-18 3-15 2-10 1-7 1-6 1-4

3、指标的测定

⑴密度的测定。密度的测定有实测法和计算法。由于LSPM透水性强，实测法为二次封蜡法，将试件表面的大空隙用橡皮泥填平后称重，然后进行封蜡测定水中重，通过计算测定试件的密度。该法误差较小，但人为影响较大，由于橡皮泥填充的体积作为了试件的体积，不同的人对表面空隙掌握的尺寸不一样，另外测定过程比较麻烦。计算法是直接用游标卡尺测量试件的直径和高度来计算试件的体积，然后根据试件的质量来计算密度。该法简单直接，但由于试件的表面不规则，边角容易破碎，误差较大。结合济莱路的实际情况，我们采用了计算法。

⑵空隙率的测定。空隙率通过沥青混和料试件的密度和最大理论相对密度的计算得到。最大理论相对密度的测试方法有真空实测法和计算法。普通沥青混和料采用实测法，改性沥青混和料采用计算法。这是因为LSPM使用改性沥青，粘度较大，人工很难将混和料分散到6mm以下，而且在小于6mm以下的团粒中仍包含有不少气泡，用真空理论试验仪进行振荡，不能使团粒继续分散，使的封闭在集料团粒中的空气不能排出，从而测得的最大理论相对密度较小，因此采用计算法。然后根据下面公式计算空隙率。

VV=(1－γf／γt)×100

式中：VV――试件的空隙率，％；

γf――测定试件的毛体积相对密度，无量纲；

γt――大粒径沥青混和料的最大理论相对密度，采用计算法，无量纲。

⑶最佳沥青含量的确定。大粒径透水性沥青混和料最佳沥青用量的确定与普通沥青混和料的方法有所不同，后者采用马歇尔试验方法进行确定，而LSPM则依据沥青膜厚度、设计空隙率、谢伦堡析漏试验、肯塔堡飞散试验等指标进行确定。由于大粒径混和料具有排水功能，空隙中存有自由水，为了保证混和料的耐久性和水稳定性，混和料应具有足够的沥青膜厚度。沥青膜的厚度应根据有效沥青含量与集料表面积进行计算，大粒径沥青混和料要求沥青膜厚度应不小于12μm。计算公式如下：

Pba=［（γse－γsb）×γb×100］／(γse×γsb)

Pbe=Pb－(Pba×Ps／100)

SA=Σ(Pi×FAi)

DA=［Pbe／(γb×SA)］×10

式中：Pba ――被集料吸收的沥青比例，％；

Pbe――有效沥青含量，％；

γse――合成矿料的有效相对密度，无量纲；

γsb――矿料的合成毛体积相对密度，无量纲；

γb――沥青的相对密度（25℃/25℃），无量纲；

Pb――沥青含量，％；

Ps――矿料占沥青混和料的百分率，即Ps=100－Pb，％；

SA――集料的比表面积，m2/kg；

Pi――各种粒径的通过百分率，％；

FAi――相应于各种粒径的集料的表面积系数，见下表；

DA――沥青膜有效厚度，μm。

集料的表面积系数

筛孔 19 16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075

FAi 0.0041 - - - 0.0041 0.0082 0.0164 0.0287 0.0614 0.1229 0.3277

析漏试验和飞散试验对LSPM来说是两项非常重要的试验。通过析漏试验确定保证沥青不产生流淌的最大沥青用量，通过飞散试验确定混和料不发生严重飞散的最小沥青用量，从而确定沥青用量范围。在此范围内根据设计空隙率和沥青膜厚度要求，选择最佳沥青用量。大粒径沥青混和料要求析漏试验质量损失不大于0.2％，飞散试验质量损失不大于26％，参考沥青用量范围3～3.5％。

三、LSPM的施工控制

1、做透层与封层。为了保证下层与大粒径透水性沥青混和料的粘结与密水性，应当对下层顶面进行撒布透层油处理，采用慢裂阴离子或非离子乳化沥青，保证层间粘结良好，同时为了保证渗透的水分不继续下渗破坏下面的结构层，在透层油之上作封层与密水层。

2、拌和参数的要求与温度控制。为保证混和料的连续施工，混和料的拌和、摊铺、压实能力必须相匹配，拌和机产量不能小于240吨/小时。由于LSPM中细颗粒成分较少，在干燥筒中容易过热，拌合时会促使沥青老化，故此应对拌和温度进行控制。大粒径沥青混和料与普通沥青混和料存在较大的差异。济莱路在建设中采用MAC-70＃改性沥青，要求沥青采用导热油加热，温度在170～180℃之间，集料加热温度在180～190℃之间，拌和料出厂温度控制在170～185℃，废弃温度为195℃。试验室击实温度为165～170℃，现场碾压温度为165～175℃。拌和时要注意均匀，必须使所有颗粒全部裹覆沥青，无花白料、结团和离淅。由于LSPM最大粒径比较大、粗集料多而且沥青用量小，因此必须保证拌和时间，不应少于45s。

3、摊铺控制。大粒径沥青混和料中粗集料用量较大，容易产生离淅，从一开始就应注意。在向运输车装料时，要求料车前后移动分多堆装车，并进行覆盖；运输车应在摊铺机前面10－30cm处停住，不得撞击摊铺机，卸料时应挂空档由摊铺机推动前进，同时起千斤顶时，一定要速度快，避免大料先下落。摊铺机要匀速、缓慢、不间断的摊铺，速度不得大于2m/min。布料器中的料位应略高于螺旋布料器2/3高度，螺旋布料器转速一定要均匀，不得忽快忽慢，且不宜过快，在中间及两端安置反向叶片。在布料器前面安装挡板，减少离淅。

4、碾压控制。大粒径沥青混和料是一种完整的粗骨料骨架结构，施工时既要保证粗骨料的骨架结构又要防止骨架棱角的破坏，因此必须配备适宜的碾压设备，确定合理的碾压组合和工艺。由于LSPM空隙率较大，因此必须配备20－30T胶轮压路机。碾压时好控制碾压温度（初压165～175℃）、碾压速度（一般为1.5～2km/h）、平整度。压路机要紧跟摊铺机进行碾压，为了避免粘轮，可使用植物油，严禁使用柴油。大粒径沥青混和料空隙率较大，表面粗糙，在重车通行下表面容易发生松散，施工完成后尽量避免车辆驶入。

5、质量检测。现场钻芯取样检测空隙率宜控制在13～18％，极值为20％。压实度不应小于98％。抽提与筛分试验，每日至少两次，应分别从拌和站和摊铺现场取样，每次取样不少于4kg。混和料的级配曲线以抽提筛分结果为准，重点控制0.075、4.75、9.5、13.2、26.5、31.5通过率。沥青含量允许偏差为±0.2％。

［结束语］大粒径沥青混和料在青临高速公路建设用于柔性基层，铺筑过程中采取了以上措施进行控制，取得了明显效果。通过检测，透水性能良好，与水泥稳定碎石下基层和下面层粘结效果很好，空隙率在16％左右，最佳油石比3.2％，为该项技术的推广与应用积累了科学数据和工程实践经验。

参考文献：

1、《公路沥青路面施工技术规范》 （JTG F40-2004）

2、《大粒径透水性沥青混和料柔性基层设计与施工指南》