大粒径透水性沥青混合料在高速公路基层中的应用

摘要：现在我国的高等级公路中大部分采用的是半刚性的基层，这种结构形似带来的反射裂缝问题目前比较突出，而且也没有得到很好的解决。随着大粒径沥青混合料的出现很好的解决了这个问题。大粒径透水性沥青混合料能够起到很好的抵抗反射裂缝和抗车辙的能力。

关键字：高速公路；大粒径透水性沥青混合料；基层

Abstract: Of the highway is mostly semi-rigid grass-roots level, this structure is the shape of the reflective cracking problem is more prominent, and there is no good solution. With the emergence of large stone asphalt mixture a good solution to this problem. The large diameter of permeable asphalt mixture can play a very good ability to resist reflective cracking and rutting resistance.

Keywords: highway; large particle permeable asphalt mixture; the grassroots level.

中图分类号：U412.36+6文献标识码：A 文章编号：

1 引言

大粒径透水性沥青混合料（LSPM）指含有最大公称粒径大于25mm矿料的沥青混合料。长期以来, 我国高等级公路沥青路面基层普遍采用半刚性基层, 但是石灰、水泥稳定的半刚性基层, 在多年的使用过程中暴露出许多难以克服的缺点, 它存在明显的由温缩和干缩而发生开裂, 以致引起沥青面层出现反射裂缝, 并且出现的速度非常快。而采用大粒径的沥青混合料作为柔性基层能够很好的改善沥青路面的反射裂缝。

大粒径沥青混合料的粗集料必须形成稳定的空间骨架嵌挤结构，以承受车辆荷载的作用。在级配组成上，大粒径透水性沥青混合料与传统的沥青混合料级配设计理念有所不同，通常需要考虑粗集料在嵌挤状态下的体积和空隙率等来确定粗集料与细集料的比例。

2 传统半刚性基层路面的不足

2.1 反射裂缝问题普遍

半刚性基层路面的反射裂缝问题由来已久，并且难以得到彻底的解决。这是因为半刚性基层材料在外界因素的作用下会产生温缩和干缩，这样在裂缝处就会产生较大的应力集中，使得基层的裂缝沿着面层的下部逐渐向上发展，直至贯通整个沥青面层。

2.2 排水性能差

半刚性基层材料的排水性能差，这也是造成沥青路面早起损害的主要原因之一。当自由水通过沥青面层进入到半刚性基层之后就会滞留在半刚性材料的内部，在车辆荷载的反复作用下，就会产生动水压力，使得基层材料中的细料部分被冲刷下来星辰白浆。这些白浆会沿着路面裂缝被挤压到道路表面。特备是在冬季气温较低的北方地区，渗入到路面基层的水还会产生不均匀的冻胀，如果不及时的进行处理的话，进行一个冻融循环之后会对路面的承载能力造成严重的影响。

2.3 加铺改造的能力差

半刚性基层路面在经过一定时间的使用之后，其本身的道路使用性能已经大幅降低，必须要进行加铺或者是改建。特别是目前路面早起病害的现象越来越严重。通常的加铺改建方案是铺设半刚性基层材料在在其上铺筑沥青面层。这样的加铺改建方案工程量大，没有对旧半刚性基层路面进行充分的利用，对于反射裂缝的防治和处理水损害问题也没有很好的解决。

3 大粒径透水性沥青混合料路用性能研究

3.1高温稳定性

目前，高温车辙问题己成为当今世界上沥青路面三大破损形式(疲劳、车辙、低温开裂)中最为突出的问题。通过进行动稳定试验可以发现大粒径沥青混合料的动稳定度较大，主要是因为这种级配的粗集料都形成了骨架嵌挤结构，粗集料之间的摩擦力与嵌挤力对混合料的强度起着主要作用，它受孔隙率的影响很小，因而高温稳定性较好。动稳定度公式按照计算，式中d1 为对应于时间t1的变形量;d2为对应于时间t2的变形量, mm; C1,C2为试验机类型修正系数.表1是集中不同混合料的动稳定度试验对比。

表1 不同级配车辙试验数据

级配 动稳定度（次/mm） 总变形量(mm)

LSPM-30 4700 2.1

OGFC-16 2752 2.78

SMA-13 3905 2.82

3.2 水稳定性

水损害是沥青路面的主要病害之一。水分逐渐渗入沥青与集料的界面上, 使沥青粘附性降低并逐渐丧失粘结力, 沥青膜从石料表面剥落, 沥青混合料强度降低, 沥青层的应变变得更大, 将加速路面的破坏, 在路表面形成坑槽、推挤变形等损坏现象。我们通过浸水马歇尔试验得到的残留稳定度来评价沥青混合料的水稳定性。LSPM 抗水害能力普遍优于普通沥青混合料的抗水害能力。

表2 不同级配的残留稳定度

混合料类型 油石比（%） 残留稳定度（%）

LSM-30 3.3 88.4

AC-20 4.4 87.6

SMA-13 6.2 92.5

3.3LSPM的劈裂强度

劈裂试验主要为了测得其间接抗拉能力。在我国沥青路面结构设计规范中，普通沥青混合料的抗拉强度是以劈裂强度实验来测定。劈裂抗拉强度的计算为：

式中：Rt 是劈裂抗拉强度；Pt是试验荷载的最大值；h是试件高度。通过试验得到LAM-30的平均劈裂抗拉强度为0.84MPa，而半刚性基层的平均劈裂抗拉强度为0.3～0.8MPa，平均值为0.55MPa，前者比后者高出52.7％。故LSAM-30作为基层将比半刚性基层有更好的防裂能力。

3.4 抗疲劳性能

LSPM 由于其空隙率较大, 沥青用量较少, 粗集料含量较多, 因此抗疲劳性能较密级配沥青混凝土要低, 但与密级配沥青碎石相当。如果经验算该层内存在较大的拉应力, 就必须采取相应的措施, 改善其抗疲劳性能。通过室内的四点小梁疲劳试验可以模拟混合料的疲劳过程，从而得到沥青混合料的疲劳寿命。沥青混合料疲劳性能通过疲劳方程为，通过对应力水平和疲劳寿命进行双对数回归，可得一直线，疲劳方程的两个参数k，n即为直线的截距和斜率。n值越大，疲劳曲线越陡，疲劳寿命对应力水平变化越敏感;而k值表示疲劳曲线线位的高低，k值越大，疲劳曲线线位越高，抗疲劳性能越好。疲劳寿命随着沥青用量的增加而显著增加,从提高沥青混合料抗疲劳性能的角度, 应在大型马歇尔设计方法确定的沥青用量的基础上增加0.3%-0.6%的沥青作为最佳沥青用量。

3.5 渗透性能

空隙率是影响沥青混合料排水性能和疲劳性能的重要指标，通过大量的试验和研究发现，大于18%的空隙率并不能继续提高大粒径沥青混凝土的排水性能，反而会降低其抗疲劳性能，而小于13%的空隙率讲是排水性能大幅度下降。

4 大粒径透水沥青混合料的技术优势和注意事项

4.1 技术优势

大粒径透水性沥青混合料能够提供较强的抗剪切变形和塑性能力，能够承载较大了车辆荷载的作用，抗车辙性能优越，特别是在重载交通路段和行车速度较低的路段，采用大粒径沥青混合料能保证沥青路面具有极好的高温稳定性。设立良好的大粒径透水性沥青混合料与传统的普通沥青混合料相比，在抵抗沥青路面永久变形方面的优势十分明显。

大粒径沥青混合料的集料用量较多，相对减少了矿粉的使用量。这也在一定的程度上减低了沥青混合料的比表面积，可以较少沥青的用量，但是也要保证沥青混合料中沥青膜的厚度足够厚来保证沥青和集料之间的粘附能力，同时保证沥青混合料的抗水冲刷能力。大粒径透水性沥青混合料的沥青用量较少，也在很大程度上降低了沥青路面的工程造价。

4.2 注意事项

LSPM的粒径大,沥青用量较小、易产生离析现象,所以施工工艺有别于一般的沥青混合料。要注意以下几个要点：

（1）沥青和集料的加热温度以及沥青混合料的出场温度控制。沥青加热温度为155℃，矿料温度比沥青高10℃～15℃，混合料出场温度为155℃～160℃。

（2）LSPM的拌制过程与普通HMA的拌制过程基本相同，但由于LSPM的矿料粒径较大、沥青用量较小、不易拌和均匀，不足以使矿料获得均匀一致的沥青裹覆层，所以LSAM拌制时应适当延长拌和时间。

（3）由于LSPM 是一种完整的粗骨架结构, 空隙率较大, 施工时既要保证粗骨料的骨架结构又要防止由于过碾而导致骨架棱角的破坏。

基于大粒径透水性沥青混合料的上述性能，LSPM在旧沥青路面、旧水泥路面加铺改造和新建工程中已得到广泛的应用，在山东省的应用总里程已经超过1000Km。

5结论

实践证明半刚性基层材料具有较好的路用性能，在提高沥青路面抗车辙能力的同时还能很好的改善沥青路面的抗疲劳性能、水稳定性和抗裂能力。综合路用性能十分优越。

参考文献

[1] 沙庆林.高等级公路半刚性基层沥青路面[M]．北京:人民交通出版社,1999．

[2] 冯俊领.大粒径沥青混合料路用性能研究[D]．长沙理工大学,2004．

[3] 王旭东.大型马歇尔击实试验研究[J]．公路交通科技,2002,19(1):16～ 19．

作者简介：刘儒成，（1984.10-），男，汉族，山东滕州人，研究方向，路桥施工。