探究大粒径沥青碎石在高速公路养护上的应用

摘要：大粒径透水性沥青混合料用作道路基层，既具有良好的排水性能又具较高模量与耐久性。在高速公路沥青路面养护工程中，对于基层出现裂缝的路段，尤其是下基层也出现裂缝的路段采用大粒径沥青碎石基层，不仅能延缓维修后裂缝的产生，由于其空隙率比较大，还可以起到排除结构层内水分的作用。很多高速公路的养护施工工程中，都应用大粒径沥青碎石基层，并取得了良好的效果。

关键词：高速公路；大粒径沥青碎石；养护

中图分类号：U412.36+6 文献标识码：A 文章编号：

大粒径沥青混合料是指最大粒径在25～63mm范围的热拌热铺沥青混合料。大粒径沥青混合料主要包括大粒径透水性沥青混合料LSPAM和大粒径沥青混合料LSAM两类。实践表明，大粒径沥青混合料具有以下优点：①级配良好的大粒径透水性沥青混合料可以抵抗较大的塑性和剪切变形，承受重载交通的作用，具有较好的抗车辙能力，提高了沥青路面的高温稳定性，特别是对于低速、重车路段，需要的持荷时间较长时，设计良好的LSAM与传统的沥青混凝土相比，显示出十分明显的抗永久变形能力。②大粒径透水性沥青混合料有着良好的排水功能，可以兼有路面排水层的功能。③由于大粒径透水性沥青混合料有着较大的粒径和较大的空隙，它可以有效地减少反射裂缝。④大粒径集料的增多和矿粉用量的减少，减少了比表面积，减少了沥青用量，从而降低工程造价。⑤与半刚性基层相比，减少了养生时间，可提高工程施工进度，尽早开放交通。

一、原材料

大粒径沥青混合料中的原材料包括粗集料、细集料、矿粉及添加剂。粗集料起到骨架作用，粗集料的质量和其物理性能严重地影响着混合料的使用性能，因此混合料中粗集料应使用轧制的坚硬岩石。细集料包括人工砂、石屑和天然砂。采用反击式 破碎机生产的硬质岩集料经过筛选的小于2.36mm的部分具有较好的角砾性，可以作为人工砂使用，大粒径沥青混合料可以使用人工砂和石屑作为细集料，但不准采用天然砂。细集料棱角性必须大于42%，砂当量值不小于65%。合安路石灰岩细集料砂当量值为77%。由于大粒径沥青混合料为透水混合料，为了提高沥青混合料的抗水损害能力，填充料宜采用干燥消石灰粉或生石灰粉，填充料技术要求可根据当地情况而定，至少应满足Ⅲ级要求。为了保证大粒径透水性沥青混合料的耐久性，混合料需要比较厚的沥青膜，但同时必须防止混合料的析漏，因此应当采用黏度较高的沥青胶结料。

二、配合比设计

1、级配透水性大粒径沥青混合料采用的是骨架空隙型结构，混合料中粗集料所占比例较多，彼此紧密相接，细集料的数量较少，不足以填充大颗粒之间的空隙，石料充分形成骨架，空隙率较大，渗透系数较高。混合料的强度主要依靠粗骨料之间的内摩阻力来承担。其强度机理如下：大粒径沥青混合料具有较大的内摩擦力和嵌挤力；大粒径沥青混合料的设计，无论是骨架嵌挤类型还是开级配类型，都要求粗集料通过良好的石－石接触形成骨架嵌挤结构以承受荷载作用。大粒径沥青混合料具有较好的骨架稳定性；研究表明，大粒径沥青混合料能消除或降低车辙的产生。大粒径沥青混合料的骨架稳定性是其高温稳定性的关键，其良好的骨架作用使得集料承受荷载后具有较小的变形和较高的承载能力。强度衰减慢；大粒径沥青混合料的强度主要是由内摩擦力和黏聚力形成，内摩擦力的大小取决于摩擦角的大小，摩擦角的温度敏感性较小，内摩擦力的变化也很小，大粒径沥青混合料总的沥青用量较少，黏聚力强度的衰减不明显。因而大粒径沥青混合料衰减很慢，这对延长路面使用寿命十分有利。

大粒径透水性沥青混合料的设计采用了新的理念，从级配设计角度考虑，大粒径透水性沥青混合料（LSPM）应当是一种新型的沥青混合料，通常由较大粒径（25~62mm）的单粒径集料形成骨架由一定量的细集料形成填充而组成的骨架型沥青混合料。大粒径透水性沥青混合料（LSPM）设计为半开级配或者开级配，由于大粒径透水性沥青混合料（LSPM）有着良好的排水效果，通常为半开级配（空隙率为13%~18%）。大粒径透水性沥青混合料级配经过严格设计，其形成了单一粒径骨架嵌挤，并且采用少量细集料进行填充，提高混合料模量与耐久性，在满足排水要求的前提下降低混合料的空隙率，其空隙率一般为13%~18%，因此其既具有良好的排水性能又具较高模量与耐久性。

2、沥青用量 纵观国内外对排水性大孔隙沥青混合料最佳沥青用量确定的方法，主要是经验方法。根据课题研究，最佳沥青含量的确定应采用沥青膜厚度、设计空隙率并综合析漏与飞散试验方法确定。由于大粒径沥青混合料具有排水功能，其空隙中有自由水的存在，为了满足水稳定性的要求使得混合料具有好的耐久性，混合料应当具有足够的沥青膜厚度。沥青膜厚度可以通过沥青含量与集料表面积来计算，沥青含量应当采用有效沥青含量，考虑到有效沥青含量的计算比较麻烦，当集料吸水率较小时可以采用沥青含量。集料表面积的计算可根据美国AI给出的经验公式估算，即ARER＝0.41+0.0041P4.75+0.0082P2.36+0.0164P1.18+0.0287P0.6+0.0614P0.3+0.1229P0.15+0.3277P0.075（m2/kg）。综合密级配沥青混凝土以及SMA混合料的水稳定性研究，以及课题研究，对大粒径沥青混合料要求沥青膜厚度为12μm。析漏试验和飞散试验是确定透水性沥青混合料最佳沥青用量的两项必不可少的试验。通过析漏试验可以确定保证沥青不产生流淌的最大沥青用量；通过飞散试验可以确定透水性沥青混合料不发生严重飞散的最小沥青用量。根据这两个沥青用量就可以确定透水性沥青混合料的沥青用量范围，在此范围内再参考设计试件体积指标与沥青膜要求的结果，选择合适的沥青用量作为最佳沥青用量。为了保证沥青不产生流淌，对于大粒径沥青混合料由于最大粒径较大，考虑施工中的离析等因素，对大粒径沥青混合料要求析漏质量损失不大于0.2%；为了保证混合料不发生松散，飞散试验的质量损失不能大于20%。

三、大粒径碎石基层治理方案

1、布设排水管，采用导向钻孔式暗管排水的方式。在路面基层横断面方向，通过钻机在水稳基层之间位置钻孔，置入PVC-80管道，使层间水汇流如管道内，排出到道路边坡外，减少由于层间水造成的水损害。

2、下封层与土工格栅。为了保证大粒径透水性沥青混合料渗透的水分不继续下渗而破坏下面结构层以及与沥青层的更好黏结，要求水稳基层与沥青层之间设置下封层，下封层应于沥青层铺筑前一天施工，下封层采用单层热沥青表处。采用与面层基质沥青相同的70-A级热沥青，洒布量为1.4~1.6kg/m2，同步洒布采用0.3%~0.4%沥青用量进行预拌的5~10mm碎石，洒布量为6~8kg/m2。在裂缝位置铺设土工格栅。对于基层裂缝较宽的路段应灌缝处理，纵缝张开较宽时，先用水泥浆灌缝，后采用灌缝胶。

3、大粒径沥青碎石施工。控制好大粒径碎石的温度、拌合时间及压实。对于大粒径沥青混合料现场压实度应采用空隙率与压实度双指标进行控制，还需要通过压实遍数来进行压实控制。现场路面钻芯取样检测空隙率应控制在平均值为13%~18%，极值为20%，压实度的控制与普通沥青混合料相同，不应小于98%。

4、沥青面层。大粒径沥青碎石基层上面铺筑3层沥青层，中、上面层采用改性沥青。

结语

根据大粒径沥青碎石的特点，对于基层有裂缝的路段，尤其是下基层也出现裂缝的路段采用大粒径沥青碎石基层，不仅能延缓裂缝的反射，由于其空隙率比较大，还可以起到排除结构层内水分的作用。在某些高速公路的养护施工工程中，应用大粒径沥青碎石基层，以取得良好的效果。

【参考文献】

[1] 刘红坡，邱延峻，艾长发．柔性基层在高寒地区沥青路面结构中的应用研究［Ｊ］．公路交通科技，2009，26（9）：21-24．