CN111021182A

CN111021182A - 一种超高黏多孔抗滑沥青排水表层

Info

Publication number: CN111021182A
Application number: CN201911231352.7A
Authority: CN
Inventors: 黄晓明; 黄怡; 马涛; 胡建英; 马柏杨; 蒋永茂
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2019-12-05
Filing date: 2019-12-05
Publication date: 2020-04-17

Abstract

本发明公开了一种超高黏多孔抗滑沥青排水表层，是以超高黏沥青为结合料，以开级配碎石为骨料，温拌形成的一种混合料。在实施过程中最终控制表层的空隙率处于13％～16％之间，以提高排水路面的耐久性，同时本发明的渗水能力大于4000mL·min^‑1，摩擦系数为在64～67的范围内，具有很好的抗滑性能。本发明在减小了沥青表层空隙率的基础上保证了排水抗滑性能，能够有效提高排水路面结构的疲劳耐久性。

Description

一种超高黏多孔抗滑沥青排水表层

技术领域

本发明属于交通工程技术领域，具体涉及一种超高黏多孔抗滑沥青排水表层。

背景技术

随着高等级道路的发展，以及人们对道路安全性，舒适性，环保性要求地提高，排水沥青路面作为一种高品质路面被越来越广泛地被使用。其能在雨天防止路表水膜的形成，大大减少车轮发生水漂的概率，并具有抑制溅水以及降低噪声的功能。开级配抗滑磨耗层OGFC是现阶段排水路面中最为广泛使用的类型。

开级配排水沥青磨耗层OGFC具有大的空隙(一般在18％～25％之间)，通常使用高粘度沥青或者通过拌合时外加高粘度改性剂获得。水能在荷载动力作用下或者无动力条件下，在混合料的有效空隙中自由流动，使路面上层渗下来的水能及时排走，但是由于这种材料本身抗弯拉强度较底，导致其使用寿命较短。同时由于其空隙率较大，在环境和荷载的作用下，相较于密级配面层在一定程度上其抗疲劳性能较差。研究表明：在相同应力比条件下，OGFC混合料的疲劳寿命远低于密集配沥青混合料。在荷载作用下，OGFC混合料中的空隙成为疲劳裂缝发展的起始源和扩展路径；同时由于OGFC混合料中颗粒间接触点较少，因此裂缝扩展过程中的能量耗散较少，从而易于扩散。因此现阶段在保证排水抗滑能力的情况下，如何提高排水路面的抗疲劳性能是需重点考虑的问题。一定程度上减小混合料的空隙率，提高沥青含量可以在一定程度上增加路面结构的使用寿命。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术中的沥青表层存在的抗疲劳性能差，造价较高等问题，本发明提供了一种超高黏多孔抗滑沥青排水表层HVPC(High-Viscosity PorousCourse)。

技术方案：本发明所述的一种超高黏多孔抗滑沥青排水表层，以60℃动力黏度大于200000Pa·s的超高黏改性沥青为结合料，以开级配碎石为骨料，温拌形成的混合料。

上述超高黏多孔抗滑沥青排水表层，空隙率为13％～16％，摩擦系数在64～67范围内，渗水系数大于4000ml·min^-1。

所述结合料超高黏改性沥青技术指标：

本发明所选用的超高黏改性沥青具有黏度大的特点，60℃动力黏度需处于200000Pa·s～300000Pa·s之间，同时沥青使用性能分级达到PG82-22等级，才能够充分发挥多孔沥青碎石混合料的优良路用性能。

表1超高黏改性沥青技术指标

上述温拌是指在100～120℃条件下均匀搅拌，对于超高黏沥青与集料的期望质量百分比，先根据《道路排水性沥青路面技术规范》(DG/TJ08-2074-2010)的沥青膜厚计算得到初试沥青用量，再根据对马歇尔试件毛体积参数的测定和VV，VMA，VFA的计算得到最佳沥青用量为7～7.5％，最终得到沥青与骨料的质量百分比为7.5～8％。

级配设计要求

本发明提出的HVPC-10与HVPC-13的公称最大粒径分别为9.5mm与13.2mm，所采用的级配均降低了4.75mm筛孔的通过率，此种级配能够使沥青很好地与集料相连接，形成更为牢固地三维结构，提高沥青混合料的使用寿命。

表2超高黏多孔沥青混合料HVPC-10设计级配范围

超高黏多孔沥青混合料HVPC-13设计级配范围：

筛径(mm)	HPFC-13通过率(％)	现行规范OGFC-13通过率(％)
			16	100	100
13.2	95～100	90～100
			9.5	70～90	60～80
4.75	12～26	12～30
			2.36	10～22	10～22
1.18	5～16	6～18
			0.6	3～14	4～15
0.3	3～8	3～12
			0.15	2～7	3～8
0.075	1～5	2～6

所述骨料技术要求：

本发明要求粗集料应均匀，洁净，干燥，不含风化颗粒，针片状颗粒少，颗粒形状近似立方体，具有足够的强度和耐久性，宜选用高粘附性，高耐磨耗性，高耐破碎性的优质骨料，如玄武岩。

表3集料技术要求

空隙率与沥青用量：

目前国内外排水沥青路面的空隙率一般选定为18～25％。在本发明中，综合考虑提高耐久性的要求，排水，抗滑，降噪等功能，将开级配多孔高黏沥青混合料的目标空隙率定于13％～16％之间。

根据《道路排水性沥青路面技术规范》(DG/TJ08-2074-2010)，按照公式(1)(2)计算混合料的初试沥青用量

P_b＝h×A (2)

h——沥青膜厚，

A——集料的总表面积

a,b,c,d,e,g——矿料分别在4.75mm，2.36mm，1.18mm，0.6mm，0.3mm，0.15mm，0.75mm的筛孔通过率

我国规范推荐的沥青膜厚度为14μm，日本《排水性路面技术指南》中推荐PA的沥青膜厚度再20μm以上，沥青膜厚度的增加有效地提高沥青混合料的耐久性，故再考虑经济性和高黏沥青混合料在施工过程中的特性，选择计算沥青膜的厚度为17μm。

再通过对试件双面各击实50次成型马歇尔试件，采用体积法测定沥青混合料的毛体积密度，通过计算最大理论密度，空隙率VV，矿料间隙率VMA和饱和度VFA确定最佳沥青用量为7.0～7.5％。

混合料性能验证：

本发明中的混合料设计在于专门的级配设计和最佳沥青用量设计，尽可能提高混合料的抗疲劳性能。

表4超高黏多孔抗滑沥青混合料技术要求

试验项目	单位	技术要求
			马歇尔试件击实次数	次	双面50
空隙率	％	13-16
			稳定度	kN	≥4.0
析漏损失	％	≤0.3
			飞散损失	％	≤20
车辙试验动稳定度	次/mm	≥3000
			低温小梁弯曲试验	με	2500
残留马歇尔稳定度	％	≥80
			冻融劈裂实验残留强度	％	≥75
浸水车辙动稳定度	次/mm	≥1500
			渗水量	ml/15s	实测，一般大于900

上述方案中：HVPC-10的推荐摊铺厚度为4-8cm；HVPC-13的推荐摊铺厚度为6-10cm。

有益效果：与现有OGFC相比，本发明超高黏多孔抗滑沥青排水表层具有以下优势：

(1)抗疲劳性能提高：本发明采用特别设计的开级配矿料，因此该混合料的抗疲劳性能优于其他类型的排水面层。因HVPC的空隙率小于OGFC，试验表明，在相同条件下，其疲劳寿命能够达到OGFC的1.5倍以上，故能够明显改善目前常用的排水面层耐久性差的问题。

(2)HVPC-10与HVPC-13经由摆式仪测得的摩擦系数在64～67之间，与OGFC的摩擦系数相差不大。同时，根据试验测得结果，HVPC透水性能与OGFC相差不大。根据相关的研究，采用电子渗水仪测得的HPVC-10和HVPC-13的透水系数大于4000mL·min^-1。能够使路面结构形成顺畅的内部排水***，并及时排出进入路面结构内部的水分，从而减少或避免沥青路面的早期水损坏，延长道路的使用寿命。

(3)经济性强：本发明提供的超高黏多孔抗滑沥青排水表层具有优良的使用性能之外，还有较好的经济型，与普通沥青磨耗层相比，能够降低造价20％以上。同时，其与OGFC面层相比，从全寿命周期的角度来看，也更为经济。

(4)环保性强：本发明提供的多孔排水面层是一种温拌混合料，具有较好的环保特性。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本申请进行详细说明。

实施例1：

超高黏沥青结合料性能：

采用三档集料和矿粉(≤0.075mm)，控制关键筛孔2.36mm的通过率，选择11.7％，15.2％，17.4％三组级配作为初始级配。

根据最佳沥青用量7～7.5％，由关系

沥青用量＝油石比/(1+油石比)

得到沥青与骨料的质量百分比处于7.5～8％的范围内。

故在本实施例中，选取油石比7.5％作为初试级配的油石比。双面各击实50次成型马歇尔试件，采用体积法测定沥青混合料毛体积密度，马歇尔试验结果如下表所示。

以14％为目标空隙率，选定如下级配作为设计级配：

筛孔尺寸(mm)	13.2	9.5	4.75	2.36	1.18	0.6	0.3	0.15	0.075
										HVPC-10	100	97	55	17	10	8	6	4	2
级配上限	100	100	50	25	20	18	8	7	5
										级配下限	100	95	20	10	5	3	3	2	1

取马歇尔试件进行性能试验，其结果如下表所示：

排水性能：利用轮碾机成型的车辙试件，脱模架起进行渗水试验，测定沥青混合料试件的渗水系数，评价超高黏多孔抗滑沥青面层HVPC-10的排水性能，参考《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)，与OGFC-10的结果相比，说明超高黏多孔抗滑沥青混合料HVPC-10具有良好的排水性能。

抗滑性能：利用轮年机成型的车辙试件，用摆式仪测定沥青混合料在潮湿条件下的摩擦摆值，评价路面的抗滑性能。摆式仪测试结果如下：

混合料类型	1	2	3	平均值(BPN)	技术要求
						HVPC-10	64	64	65	64.3	≥58

可以看到多个平行试件的平均值为64.3，满足设计规范总对摩擦摆值大于58的技术要求。故超高黏沥青混合料HVPC-10具有很好的抗滑性能。

实施例2：

超高黏沥青结合料性能同实施例1。

采用三档集料和矿粉，控制关键筛孔2.36mm的通过率，选择三组级配作为13.2％,16.9％,19.4％初始级配。

同实施例1，将油石比7.5％作为初试级配的油石比。双面各击实50次成型马歇尔试件，采用体积法测定沥青混合料毛体积密度，马歇尔试验结果如下表所示。

以14％为目标空隙率，选定如下级配作为设计级配：

同实施例1取马歇尔试件进行性能试验，结果如下所示：

排水性能：同实施例1，评价超高黏多孔抗滑沥青面层HVPC-13的排水性能，参考《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)，根据上表结果与OGFC-13相比，说明超高黏多孔抗滑沥青面层HVPC-13具有良好的排水性能。

抗滑性能：同实施例1，得到试验结果如下：

混合料类型	1	2	3	平均值(BPN)	技术要求
						HVPC-10	67	65	66	66	≥58

可以看到多个平行试件的平均值为66，满足设计规范总对摩擦摆值大于58的技术要求。故超高黏沥青混合料HVPC-13具有很好的抗滑性能。

Claims

1.一种超高黏多孔抗滑沥青排水表层，其特征在于，以60℃动力黏度大于200000Pa·s的超高黏改性沥青为结合料，以开级配碎石为骨料，温拌形成的混合料。

2.根据权利要求1所述的超高黏多孔抗滑沥青排水表层，其特征在于，空隙率为13％～16％，摩擦系数在64～67，渗水系数大于4000ml·min^-1。

3.根据权利要求1所述的超高黏多孔抗滑沥青排水表层，其特征在于，所述混合料温拌温度在100～120℃之间。

4.根据权利要求1所述的超高黏多孔抗滑沥青排水表层，其特征在于，所述结合料和骨料两者的质量百分比为7.5～8％。

5.根据权利要求1-4中任一所述的超高黏多孔抗滑沥青排水表层，其特征在于，所述超高黏多孔抗滑沥青排水表层为HVPC-10，其混合料的级配范围如下表所示：

筛径(mm) 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075 HVPC-10通过率(％) 100 95～100 30～50 10～20 5～18 3～16 3～8 2～7 1～5

6.根据权利要求1-4中任一所述的超高黏多孔抗滑沥青排水表层，其特征在于，所述超高黏多孔抗滑沥青排水表层为HVPC-13，其混合料的级配范围如下表所示：

7.根据权利要求1所述的超高黏多孔抗滑沥青排水表层，其特征在于，所述结合料超高黏改性沥青60℃动力黏度需处于200000Pa·s～300000Pa·s之间，同时沥青使用性能分级达到PG82-22等级。

8.根据权利要求1-4中任一所述的超高黏多孔抗滑沥青排水表层，其特征在于，所述结合料超高黏改性沥青的技术要求如下表所示：

9.根据权利要求1-4中任一所述的超高黏多孔抗滑沥青排水表层，其特征在于，所述骨料满足以下技术要求：

指标技术要求试验方法石料压碎值(％) ≤25 T0316 洛杉矶磨耗损失(％) ≤28 T0317 石料磨光值(PSV) ≥42 T0321 针片状含量(％) ≤12 T0312 含2个或2个以上破碎面颗粒的含量(％) ≥90 T0361 表观相对密度(t/m<sup>3</sup>) ≥2.60 T0304 吸水率 ≤2 T0304 坚固性 ≤12 T0314 软石含量(％) ≤3 T0320 粗集料与沥青的粘附性(级) 5 T0616