（道路与铁道工程专业论文）排水性沥青混合料性能及设计方法研究.pdf

摘要 摘要 捧水性沥青路面是一种很有发展前景的路面结构形式，用于表面层的排水性沥青混合科 因其具有较大空隙率，而具有很好的表面抗滑性能。尤其在雨天，能迅速排除路表积水， 减少路面溅水和喷雾，极大地增强了安全性能。并且可降低交通噪音，改善交透对环境的 污染。 本文通过大量的室内外试验和检测，并借助有限元分析方法，对排水性沥青路面及其混 合料进行了系统、深入的研究，得出了排水性沥青混合料的设计方法及技术指标，分析了 排水性沥青面层在半刚性基层路面上的适用性，提出了排水性沥青面层半刚性基层路面的 合理结构形式，通过工程实践总结了排水性沥青路面的成套施工技术。 首先，通过均匀设计方法设计试验，对混合料的空隙率与各主要筛孔孔径的通过率之问 的关系进行回归，找出影响混合料空隙率的关键因素。在此基础上，提出了排水性沥青混 合料的合理级配范围和最佳沥青用量的确定方法。并对四种不同沥青、不同空隙率和级配 的排水性沥青混合料进行性能测试，分析了排水性沥青混合料性能的关键影响因素，提出 了排水性沥青混合料的设计方法及技术标准。 其次，研究分析了具有排水性沥青面层的半刚性基层路面的温度场，并与普通半刚性 基层沥青路面进行了对比分析，通过试验路一年多的温度测量，得到了大量实测数据。同 时采用二维有限元模型对半刚性基层路面的温度场进行预估。预估模型与实测结果误差较 小，可用来对半刚性基层路面的温度场进行可靠的计算和预测预测和分析结果表明，排 水性沥青面层有很好的温度调节作用，能有效改善半刚性基层的温度状况。 再次，为比较排水性沥青表层与密级配沥青上面层对路面结构抗反射裂缝性能的影响， 对排水性沥青面层在半刚性基层路面结构的适用性进行了分析，通过疲劳模型和有限元方 法分析了不同面层厚度，不同裂缝长度、宽度、层间接触状态以及混合料断裂韧性等反射 裂缝疲劳寿命的影响因素，并结合反射裂缝模拟试验，对比了不同沥青和级配对混合料抗 反射裂缝性能的影响。结果表明排水性沥青面层适用于半刚性基层路面结构。 最后。通过多条试验路的铺筑和使用，总结了排水性沥青面层半刚性基层路面的合理 结构形式、设计方法以及排水性沥青混合料设计、施工和检测的标准。 摘要 关键词：排水性沥青路面；排水性沥青混合料：空隙率；6 0 1 2 粘度；反射裂缝：半刚性 基层 i l a b s t r a c t p o r o u sa s p h a l tp a v e m e n tw i t hl a r g ep e r c e n t a g eo fa i rv o i d sh a sg r e a tp r o s p e c t sf o ri t s e x c e l l e n ta n t i s k j dq u a l i t y e s p e c i a l l yi nt h e 月如甲d a y s ，i ti n c r e a s e sh i g h l yt r a f f i cs e c u r i t yb y d r a i n i n go f f w a t e rs w i f i l ya n dd e c r e a s i n gw a t e rs p r a yo nt h ep a v e m e n t i na d d i t i o n , i tc a l lr e d u c e r o a dn o i s ep o l l u t i o n t h i sp a p e ri n v e s t i g a t o sp o r o u sa s p h a l tp a v e m e n ts y s t e m a t i c a l l ya n dw o r ko u tt h ed e s i g n m e t h o d sa n dt e c h n i c a ln o r n eo f p o r o u sa s p h a l tm i x t u r eb yl a ba n df i e l dt e s t s i ti sa l s oa n a l y z e d w h e t h e rs e m i - r i g i db a s ec a nb cs u r f a c e dw i t hp o r o u sa s p h a l tc o o r g eb yf l n i t o c l e m e n t m e t h o d o l o g y f i n a l l yt h er a t i o n a ls t r u c t u r a ls t y l eo fs e m i r i g i dp a v e m e n tw i t hp o r o u sa s p h a l t c o u r s ea n dc o n s t r u c t i o nm e t h o do f p o r o u sa s p h a l tp a v e m e n ta r ed r a w n f i r s t l y , b a s e do nt l mu n i f o r md e s i g na n dp l e n t yo fl a b o r a t o r yt e s t s ，t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e n t h ea i rv o i do ft h ep o r o u sa s p h a l tm i x t u r ea n dt h ep a s s i n gr a t i o so fm a i ns i e v es i z e sw a s r e g r e s s e d ，a n dt h ek e yf a c t o rt h a ti n f l u e n c e st h em g x t u r e sa i rv o i dw a sf o u n d t h er a t i o n a l g r a d a t i o nr a n g ea n dt h eo p t i m u ma s p h a l tc o n t e n t so ft h ep o r o u sa s p h a l tm i x t u r ew e r e r e c o m m e n d e d t h em a i nf a c t o rt h a ti n f l u e n c e sd u r a b i l i t yo fp o r o u sa s p h a l tm i x t u r 嚣w a s i n v e s t i g a t e db yp e r f o r m a n c e b a s e dt e s t s ，t h ed e s i g nm e t h o d sa n dt e c h n i c a ln o r m so fp o r o u s a s p h a l tm i x t u r ew e r ew o r k e do u l s e c o n d l y , t h et e m p e r a t u r ef i e l do fs e m i r i g i dp a v e m e n tw i t hp o r o u sa s p h a l tc o u r s eh a sb e e n a n a l y z e d ，a n dc o m p a r e dw i t hc o m m o ns e m i - r i g i dp a v e m e n td u r i n gt h er e s e a r c h ，l o t so f t e m p e r a t u r ed a t a sw e r em e a s u r e da n da2 - df i n i t ee l e m e n tm o d e lw a sd e v e l o p e dt oc a l c u l a t et h e t e m p e r a t u r eo f s e m i r i g i dp a v e m e n t a sar e s u l t , t h ed a t a c a l c u l a t e db yt h em o d e li sc l o s et ot h a t a c t u a l l ym e a s u r e d a n di t i sd r a w nt h a tp o r o u sa s p h a l tc o u r s ec a ni m p r o v et e m p e r a t u r e c o n d i t i o n so f s e m i r i g i db a s ep a v e m e n t t h i r d l y , t h ea n t i - c r a c kp e r f o r m a n c eo fp o r o u sa s p h a l ts u r f a c ec o u r s ew a sc o m p a r e dw i t h d e n s e g r a d a t i o ns u r f a c ec o u r b a s e do np a r i s s r u l e af i n i t e - e l e m e n tm o d e lw a sf o u n d e dt o a n a l y z et h ei n f l u e n c e so f t h et h i c k n e s so f s u r f a c ec o u r s e ，t h el e n g t ha n dw i d t ho f c r a c ko nf a t i g u e l i f eo fr e f l e c t i v ec r a c k i n g , f a t i g u em o d e lp a r a m e t e r so fd i f f e r e n ta s p h a l tm i x t u r ew e r ea n a l y z e d b yr e f l e c t i v ec r a c k i n gt e s t i ti sc o n c l u d e dt h a ts e m i - r i g i db a s ec a nb es u r f a c e dw i t hp o r o u s 1 1 1 a s p h a l tc o u r s e f i n a l l y , w i t hs o m ep r a c t i c a le x p e r i e n c et h er a t i o n a ls t r u c t u r a ls t y l eo f s e m i r i g i dp a v e m e n t w i t hp o r o u sa s p h a l tc o u r s e ，t h ed e s i g nm e t h o do fp o r o u sa s p h a l tm i x t u r ea n dt h ec o n s t r u c t i o n m e t h o d o f p o r o u s a s p h a l t p a v e m e n t a r e d r a w n o u t k e yw o r d s ：p o r o u sa s p h a l tp a v e m e n t ；p o r o u sa s p h a l tm i x t u r e ；a i rv o i d s ；v i s c o s i t ya t6 0 c ； r e f l e c t i v ec r a c k i n g ；s e m i - r i g i db a s e i v 第一章绪论 1 1 问题的提出 第一章绪论 随着时代的进步，人们所关心的公路品质，除了耐久性和舒适性，最为重要的就是安 全性。我国干线公路沥青路面的抗滑能力普遍达不到要求“j ，摩擦系数摆值f 9 9 9 9 9 99 9 离析试验，软化点差 1lll2 5 弹性恢复搦9 7 89 8 58 29 97 0 1 5 1 0 3 21 0 2 81 0 3 61 0 2 5 密度g c m 3 2 5 1 0 2 81 0 2 4 1 0 3 2 质量损失舶 l1li1 针入度1 5 2 2 82 4 72 2 j 3 r t f o t 0 1 m m 2 5 5 5 74 8 24 4 7 后残留 物 针入度比2 5 ， 8 99 2 7 89 06 5 延度5 2 6 3 3 2 52 2 3 c m 2 5 7 8 2 8 1 1 1 6 36 7 表2 3 句容茅迪玄武岩的试验指标与技术要求 试验项目 指标技术要求【4 】 压碎值1 1 22 8 洛杉矶磨耗值8 93 0 视密度g c m 3 2 9 5 8 2 5 吸水率， 1 02 0 粘结力级 4 i 4 级 针片状含量 2 8 21 5 磨光值，p s v5 34 2 抗压强度，m p a 1 4 l 实测 7 东南大学博士学位论文 3 矿粉 本试验采用石灰岩矿粉。矿粉的试验指标见表2 4 表2 4 矿粉的试验指标与技术要求 试验项目试验指标技术要求f 】 视密度e , e m 3 2 7 3 42 5 亲水系数 0 4 5 l 含水率 0 2 7l 加热安全系数 不变质不变质 塑性指数 2 14 0 3 r a m1 0 09 0 粒度范围， 0 1 5 r a m9 9 8 0 0 7 5 r a m9 7 t8 0 2 1 2 空隙率及级配组成设计 排水性沥青混合料与其它沥青混合料相比，最显著的特点就是具有较大的空隙率( 一般为 1 5 , - 2 5 ) 。而混合辩的空隙率主要取决于集料的级配组成和颗粒形状、沥青含量以及混合料的 压实程度。其中，集料级配组成是控制混合料空隙率大小的首要因素。为此，首先要找到对混合 料空隙率产生最显著影响的筛孔通过率。 为了尽量减少重复试验的次数，并保证试验结果的可靠性，选用均匀试验方法1 1 0 1 0 1 1 分析各孔 径筛孔的通过率对混合料空隙率的影响。试验中最大公称粒径分别为1 3 ，2 r a m ( 为了分析需要， 在试验里增加了1 3 2 r a m 孔径通过率为8 5 的方案) 和1 6 o m m ，以空隙率为检测指标，考察 1 3 2 m m 、9 5 m m 、2 3 6 m m 、o 0 7 5 r a m 筛孔孔径的通过率以及4 7 5 m m 与2 3 6 r a m 孔径筛孔的通过 率之差5 个因素，每个因素考虑4 个水平( 见表2 5 、表2 6 ) 。即对于两种最大公称粒径，试验 均为5 因素，每个因素4 个水平的试验。选用u 1 2 ( 4 5 ) ，即1 2 组试验的均匀试验方案。对照均匀 表可以列出各考察孔径的通过率，其它孔径的通过率通过内插法得到。最后确定的试验级配方案 见表2 7 、衰2 8 。每组试验方案成型3 个平行试件，共成型试件6 9 个 表2 5 试验考察因素、每个因素的水平以及试验的检测指标( 最大公称粒径1 3 2 r a m ) 编号考察因素考察指标( ) 检测指标 l1 3 2 r a m 的通过率 8 5 ，9 0 ，9 5 ，1 0 0 29 5 r a m 的通过率 5 5 。6 5 ，7 5 ，8 5 3 2 3 6 r a m 的通过率 8 ，1 3 。1 8 ，2 3空隙率 40 0 7 5 r a m 的通过率4 ，5 ，6 ，8 54 7 5 m m 的通过率与2 3 6 m m 通过率之差0 ，5 。1 0 ，1 5 8 第二章捧水性沥青混合科设计 表2 6 试验考察因素、每个因素的水平以及试验的检测指标( 最大公称粒径1 6 0 r a m ) 编号考察因素考察指标( )检测指标 l 1 3 2 m m 的通过率 6 0 ，7 0 ，8 0 9 0 2 9 5 n u n 的通过率 3 0 ，4 2 5 4 ，6 6 3 2 3 6 m m 的通过率 8 ，1 3 ，1 8 ，2 3空隙率 40 ，0 7 5 m m 的通过率4 ，5 ，6 ，8 5 4 7 5 r a m 的通过率与2 3 6 m m 通过率之差 o ，5 ，1 0 ，1 5 表2 7 试验级配方案及试验结果( 最大公称粒径1 3 2 m m ) 编 各筛孔( r a m ) 的通过率( )沥青空隙 用量 塞 号 1 61 3 29 1 54 7 52 3 61 1 30 6 o 3 0 1 50 0 7 5 ( )( ) 11 0 09 05 51 887 26 45 64 s43 22 6 9 2 1 0 01 0 08 52 81 81 5 21 2 49 66 ，8 4 4 02 0 7 3 1 0 09 57 51 81 31 1 49 88 25 6 5 3 62 4 5 41 0 01 0 0 5 5 2 82 31 9 41 5 81 2 28 654 41 5 0 51 0 08 56 51 81 81 5 21 2 49 66 844 22 0 7 61 0 0 1 0 06 52 3 87 6 7 26 ，s6 463 2 2 7 o 71 0 0 9 55 51 31 3 1 2l l l o9 8 4 2 2 3 3 81 0 09 06 53 82 32 01 71 41 184 81 2 9 91 0 09 57 52 81 81 5 61 3 21 0 88 464 51 7 9 1 0 1 0 09 08 52 32 31 9 61 6 21 2 89 465 0 1 7 1 1 11 0 08 58 52 81 31 1 49 88 26 654 02 2 6 1 2 1 0 08 57 51 38888883 32 7 - 4 表2 , 8 试验级配方案及试验结果( 最大公称粒径1 6 0 m m ) 编 各筛孔( m m ) 的通过率( )沥青 空隙 用量 塞 号1 61 3 2 9 5 4 7 52 - 3 61 1 80 6o 3o 1 50 0 7 5 ( )( ) 18 57 03 01 887 26 45 64 843 o2 4 4 2 9 59 06 62 81 81 5 21 2 49 66 844 ，01 8 6 39 0 8 05 4 1 8 1 3 1 3 8 1 1 69 47 254 02 1 9 49 59 03 02 82 31 9 41 5 8 1 2 28 6 5 4 51 6 5 58 06 04 21 81 81 5 21 2 4 9 66 8 44 4 1 8 4 69 59 04 22 387 67 26 86 463 32 3 6 7 9 08 03 01 31 31 4 a1 2 81 l ，29 684 12 3 7 88 5 7 0 4 23 8 2 3 2 01 7 1 4 l l84 8 1 2 2 99 08 0 5 4 2 81 81 5 61 3 21 0 88 ，464 5 1 5 8 1 08 57 06 62 32 31 9 61 6 21 2 89 465 01 3 o l l 8 06 06 62 81 31 3 81 1 69 47 254 0 1 28 06 05 41 38888 8 8 3 02 4 1 9 东南大学博士学位论文 在本试验中考虑的空隙率影响因素为混合料的级配。但沥青用量的变化也会对空隙率产生一 定的影响。为了尽量减小这种影响。沥青用量选用估算的最佳沥青用量。即先通过经验公式求得 的集料表面积与沥青膜厚的乘积来估算沥青用量州，之后通过析漏试验对沥青用量进行校核。集 料表面积的估算公式为： 矿料表面积= 0 4 1 + 0 4 1 a + o 8 2 b + 1 6 4 c + 2 8 7 d + 6 1 4 e + 1 2 2 9 f + 3 2 7 7 9 ( m k g ) ( 2 1 ) 式中：a 、b 、c 、d 、e 、f 和g 分别为4 7 5 、2 3 6 、1 1 8 、0 6 、0 3 、0 1 5 和0 0 7 5 r a m 筛孔通过 百分率。 沥青用量= 矿料表面积沥青膜厚 ( 2 2 ) 针对本试验选用的p g 7 6 沥青，沥青膜厚取1 0 1 2 1 u n 较为合适。各试验级配具体沥青用量 见表2 7 、表2 8 。 通过前进法筛选变量技术，对试验数据进行回归分析。所谓前进法，就是从m 个交量中选 出一个变量使它与y 的r 2 达到极大。然后从t 1 1 1 个变量中选出一个变量使它和已选中的一个变 量联合起来与y 的r 2 虽大。若已选出k - 1 个变量，则从剩余的m - - k + ! 个变量选一个变量，使它 与已选中的k 1 个变量联合起来与y 的r 2 达到最大，这个过程一直继续下去，直至到停止规则 为止。本试验的停止规则为进入回归方程的自变量数为4 。 以空隙率为应变量，1 3 2 r a m 、9 5 m m 、2 3 6 r a m 、0 0 7 5 m m 筛孔孔径的通过率以及4 7 5 m m 与 2 3 6 m m 孔径筛孔的通过率之差p m ，p 9 ，p 2 m 。p o0 7 j 和p 5 为自变量，通过前进法筛选变量技术 回归空隙率与各影响因素的关系。最大公称粒径为1 3 2 r a m 时，依次进入回归方程的参数分别 为p 23 6 p s ，p o0 7 ，p 9 ，和p 1 3 2 当回归方程中自变量数达到4 时即为推荐的回归模型，所得到 的回归方程依次如下，括号中为各回归方程的相关系数，五个自变量与空隙率的线性相关系数见 表2 9 。 表2 9 前进法筛选变量逐步回归过程( 最大公称粒径1 3 2 r a m ) 联合变量与空隙率之间的相关系数r 2 考虑因素选出参数 p u 2p 95 p 23 6 p 0 0 7 5 第一步0 0 3 8 40 0 0 1 7 50 9 3 3 3 00 0 0 8 3 30 0 0 0 5 1 p 23 6 第二步0 9 3 3 3 00 9 4 10 9 4 6 7 0 9 6 3 7 巩 第三步0 9 6 5 30 9 7 7 60 9 7 8 3p o0 7 ， 第四步 0 9 7 8 50 9 8 9 2 p 9 ， 第五步 0 9 9 1 8 p 1 3 2 h o = 0 3 0 7 3 0 0 0 8 0 p , 3 6 ( r 2 = 0 9 3 3 3 ) n o = 0 3 4 5 5 - 0 0 0 8 3 p 2 3 6 - 0 0 0 1 5 尸a r 2 = o 9 6 3 7 ) t o = 0 3 4 5 5 - 0 0 0 8 3 p 2 3 6 - o 0 0 3 8 p o 嘶j o o o l 5 p a r 2 = 0 9 7 8 3 ) ( 2 3 ) ( 2 4 ) ( 2 5 ) 以o = 0 3 1 5 4 + 0 0 0 0 4 p 9 ，- 0 0 0 8 5 p 2 舶一0 0 0 3 4 p o 0 0 7 5 - 0 0 0 1 6 p s ( r 2 = 0 9 8 9 2 ) ( 2 6 ) 最大公称粒径为1 6 0 r a m 时，依次进入回归方程的参数分别为p 2 3 6 ，p s 。p 1 3 2 ，p 95 和p 0 0 7 s 。 1 0 第二章捧水性沥青混台料设计 当回归方程中自变量数达到4 时即为推荐的回归模型所得的回归方程如下，括号中为各回归方程 的相关系数。五个自变量与空隙率的线性相关系数见表2 1 0 。 表2 1 0 前进法筛选变量逐步回归过程( 最大公称粒径1 6 o m m ) 联合变量与空隙率之间的相关系数r 2 考虑因素选出参数 p 1 3 2 p 95p 2 ，6p 0 0 7 5 p 6 第一步0 0 0 0 6 2 0 1 0 9 2 00 8 8 2 8 0 0 0 0 1 3 0 0 0 0 0 3 0 p 23 6 第二步0 8 9 4 3 0 9 0 20 8 8 9 2 o 9 1 8 9p 5 第三步 0 9 5 5 90 9 3 8 30 9 2 4 4 p 1 32 第四步0 9 7 2 10 9 5 6 8 p 95 第五步0 9 7 3 6 p 0 0 7 5 h o = 0 2 7 3 2 - 0 0 0 7 0 2 3 6 ( r 2 = 0 8 8 2 8 ) n d = 0 2 8 7 5 - 0 0 0 7 0 9 - o 0 0 1 6 j ( 9 2 = 0 9 1 8 9 ) ，| o = o 2 3 1 1 + 0 0 0 0 8 7 , 3 2 0 0 0 7 5 p 2 3 6 - 0 0 0 2 2 p 6 ( r 2 = 0 9 5 5 9 ) ( 2 7 ) ( 2 8 ) ( 2 9 ) 胛o = 0 2 5 0 7 + o ，o 0 0 8 , 32 一o o 0 0 4 马5 - 0 0 0 7 3 2 抽一o 0 0 2 2 p j ( 9 2 = o 9 7 2 0 ) ( 2 1 0 ) 从表2 9 和表2 1 0 可以看出，两种情况下，考虑的几个自变量中，2 3 6 m m 筛孔的通过率p 23 6 与混合料空隙率的线性相关系数分别达到0 9 3 3 3 0 和0 8 8 2 8 0 ，远远大于其它几个自变量。说明 2 3 6 r a m 筛孔的通过率对混合料的空隙率起决定性作用，是影响混合料空隙率的关键因素。因此， 在进行排水性沥青混合料级配设计时，可以首先变化2 3 6 m m 筛孔的通过率，通过试验确定混合 料空隙率与2 3 6 r a m 筛孔的通过率之间的线性关系，再根据目标空隙率确定2 3 6 r a m 筛孔的通过 率。之后调整其它孔径筛孔的通过率进行混合料性能试验，最终确定满足使用要求的混合料级配 方案。 前进法筛选变量时，2 3 6 m m 和4 7 5 m m 通过率之差在两种最大公称粒径情况下都是仅次于 2 3 6 r a m 的通过率进入回归方程的。这说明2 3 6 r a m 和4 7 5 m m 通过率之差对混合料的空隙率会产 生重要影响。从回归方程中还可以看出，混合料的空隙率与自变量2 3 6 r a m 和4 7 5 r a m 通过 率之差p 5 成反比。h 越小混合料的空隙率越大。这表明，减小2 3 6 m m 和4 7 5 m m 通过率之差 是增大排水性沥青混合料空隙率的有效方法。 2 1 3 排水性沥青混合料的合理级配范围 在得出排水性沥青混合料的空隙率与各主要孔径通过率之间的回归公式后，就可以根据目标 空隙率的范围来确定排水性沥青混合料的范围将排水沥青混合料的目标空隙率范围定为1 5 * - - 2 5 * , 。根据该目标空隙率以及回归方程( 2 3 ) 一( 2 1 0 ) 来确定各主要孔径筛孔的通过率。 】最大公称粒径1 3 2 r a m 时的合理级配范围 当r ，o = 1 5 时，可以依次求得p 2 3 6 = 1 9 6 6 2 5 ，n = 5 9 3 4 2 。p o 5 = 6 1 5 7 9 ，p 9 5 - - - - - 8 0 4 0 6 9 东南大学博士学位论文 当n e = 2 5 时，可以依次求得p 6 = 7 1 6 2 5 ， = 8 4 3 4 2 ，p o0 7 ，= 6 1 5 7 9 ，1 95 - - - - - 7 4 2 8 1 9 得到各主要孔径在空隙率为1 5 及2 5 时的通过率后，估计出各主要孔径筛孔的在目标空隙 率条件下的通过率范围，其余孔径的通过率范围通过内插法得到。因为最大公称粒径为1 3 2 m m ， 故将其通过率范围定为9 0 1 0 0 表2 1 1 为最大公称粒径为1 3 2 m m 时推荐的排水性沥青混 合料级配范围。 表2 1 1 捧永性沥青混合料级配范围( 最大公称粒径为1 3 2 r a m ) 筛孔尺寸( r a m ) 1 3 29 54 7 52 3 61 1 8o 6o 3o 1 50 0 7 5 通过率1 5 8 0 42 5 61 9 76 1 6 ( ) 2 5 7 4 31 5 6 7 26 1 6 级配范围( ) 9 0 - 1 0 07 0 8 l1 5 2 67 2 0缸1 76 - 1 45 1 24 - - 93 0 2 最大公称粒径1 6 o m m 时的合理级配范围 当n 0 = 2 5 时，可以依次求得p 2 3 6 = 1 7 6 0 0 ，p 6 = 0 6 7 3 8 ，p i 3 2 = 8 2 1 5 3 1 ，1 9 5 = 5 7 8 0 0 0 当n o = 2 5 时，可以依次求得1 2 3 6 = 3 3 1 4 3 ，r = 0 8 5 2 3 ，p 1 3 2 = 7 8 1 3 5 3 ，i 9 5 = 5 0 6 5 7 1 因为最大公称粒径为1 6 o m m ，故将其通过率定为9 0 1 0 0 。0 0 7 5 m m 的通过率参照最 大公称粒径为1 3 2 r a m 时的方案，定为3 7 。其余孔径筛孔的通过率通过内插法得到。表2 1 2 为最大公称粒径为1 6 o m m 时推荐的排水性沥青混合料级配范围。 表2 1 2 排水性沥青混合料级配范围( 最大公称粒径为1 6 o m m ) 筛孔尺寸( r a m ) 1 6 01 3 29 54 7 52 3 61 1 8o 60 30 1 5o 0 7 5 通过率 1 5 8 2 25 7 81 8 31 7 6 ( ) 2 5 7 8 15 0 74 23 3 级配范围9 0 - , , 1 0 0 7 5 8 5 5 0 - 6 04 , - 2 0 3 ，2 03 - 1 73 1 53 1 2 3 - , 03 7 表2 1 l 和表2 1 2 的结果可以归结为表2 1 3 。该级配范围可以作为排水性沥青混合料级配选 择的依据。同时，表2 1 4 给出了日本排水性沥青混合料的矿料级配范围用于比较。 表2 1 3 排水性沥青混合料的矿料级配范围 通过率( ) 筛孔尺寸( 眦) 最大公称粒径1 3 2 m m最大公称粒径1 6 o m m 1 6 o1 0 09 0 1 0 0 1 3 29 0 1 0 07 5 8 5 9 57 0 引 5 0 6 0 4 7 51 5 2 64 2 0 2 3 67 2 03 2 0 1 1 86 1 73 1 7 0 66 1 43 1 5 0 35 1 23 1 2 o 1 54 93 9 0 0 7 53 73 7 第二章捧水性沥青混合料设计 表2 1 4 排水性沥青混合料的矿料级配范围( 日本) 通过率( ) 筛孔尺寸( r a m ) 最大公称粒径1 3 m m最大公称粒径2 0 r a m 2 6 51 0 0 1 9 o1 0 09 5 1 0 0 1 3 29 0 l o o6 4 8 4 4 7 51 l 3 51 0 3 l 2 3 6 l o 2 01 0 2 0 0 0 7 53 73 7 2 2 排水性沥青混合料性能测试及影响因素分析 由于排水性沥青混合料空隙率较大，使其在力学强度及耐久性能方面不如密级配沥青混合 料，所以不仅要求排水性沥青路面具有良好的排水、抗滑和降噪功能，还必须考虑其耐久性，保 证其具有良好的高温稳定性、水稳定性和低温稳定性。因此有必要对排水性沥青混合料的性能进 行测试研究，分析影响排水性沥青混合料性能的主要因素，为排水性沥青混合料的设计提供依据。 为分析空隙率、沥青性质，集料级配等对排水性沥青混合料性能的影响，选取了高粘排水沥 青、p g ? 8 、p g 7 0 三种改性沥青以及种添细t p s 改性剂的沥青，多种空隙率和多种级配的组合进 行混合料的性能测试分析。为消除沥青用量的变化对其它影响因素分析的干扰，每种混合料都确 定了最佳的沥青用量以达到该混合料的最佳性能，从而进行比较分析。 2 2 1 最佳沥青用量的确定 在进行排水性沥青混合料的性能试验前，首先要确定最佳沥青用量。具体方法如下：首先根 据沥青膜厚度和集料表面积初定沥青用量；再按0 5 ，士l 变化沥青用量。分别进行析漏试 验，飞散试验和马歇尔稳定度试验；根据析漏试验及飞散试验确定的沥青用量范围，并参照马歇 尔稳定度试验的结果，最终确定捧水性沥青混合料的最佳沥青用量。 1 初定沥青用量 首先根据沥青膜厚和集料表面积初定沥青用量。公式如p l o 式2 1 、2 2 所示。 对于最大公称粒径1 3 2 m m ，目标空隙率2 0 的级配组成，初定沥青用量为4 5 ，决定选择 3 5 、4 ，o ，4 5 、5 o 及5 5 五个沥青用量对混合料进行马歇尔试验、析漏试验及飞散试验。 2 马歇尔稳定度试验 马歇尔试验是一种常用的试验方法，通过它可以确定沥青混合料的最佳沥青用量，同时也可 反映出沥青混合料的高温性能，并遵过其它试验验证其合理性，以用于指导工程的实施。但是由 于排水性沥青混合料与酱通密级配沥青混合料在级配组成上有很大差别，所以不能直接用马歇尔 试验来确定排水性沥青混合料的最佳沥青用量，在本试验中，马歇尔试验的结果将作为确定最佳 沥青用量的一个参考。 马歇尔稳定度试验结果见表2 1 5 ，图2 2 图2 6 。日本规范1 4 】对排水性沥青混合料稳定度的要 求是大于3 ，5 k n 。 东南大学博士学位论文 表2 1 5 马歇尔试验结果( 1 3 2 m m , 2 0 ，高粘排水沥青) 沥青用量( )空隙率( )视密度( g c m 3 )饱和度( )稳定度( k n )流值( 0 1 m m ) 3 52 2 62 1 51 3 4 4 9 6 3 5 8 4 o2 0 62 1 91 6 3 5 2 83 6 8 4 51 9 62 2 01 8 76 0 53 5 8 5 o1 8 62 2 i2 1 25 3 13 6 0 5 51 7 92 ，2 12 3 6 5 3 l3 3 8 2 2 2 2 2 l 2 2 2 1 9 鼍2 1 8 u 2 1 7 斟2 1 6 疑。1 。5 2 1 3 2 1 2 鬟 v 哥 题 露 3 54 555 5 沥青用量( ) 图2 - 2 视密度 3 544 555 5 沥青用量( ) 图2 4 空隙率 4 0 呈3 0 g 篓2 0 1 0 0 2 5 2 0 1 5 l o 5 o 7 6 5 毒4 剖 删3 穗 2 1 o 3 544 555 5 沥青用量( ) 图2 - 3 饱和度 。一：之：拣：j ：了一 1 一一一一一一。j 一一。 3 544 555 5 沥青用重( ) 图2 - 5 稳定度 3 5t4 555 5 沥青用量( 薯) 图2 6 流值 1 4 3 , 5 以上 艺魁嚣翠 船毖瓤加 埔培 ：宝 第二章捧水性沥青混合料设计 3 析漏试验、飞散试验 析漏试验和飞散试验对于排水性沥青混合料是十分重要的两项试验。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排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捧水性沥青混合料的沥青用量范围，在此范围 内再参考马歇尔试验的结果，选择合适的沥青用量作为最佳沥青用量。 析漏试验有烧杯法、搪瓷盘及网篮法等不同的方法。采用的是我国公路工程沥青及沥青混 合料试验规程( j t j0 5 2 2 0 0 0 ) 中规定的烧杯法具体方法如下：将规定级配的矿料采用几个不 同的沥青用量在1 7 0 - 1 8 0 的温度下拌和均匀后，置于8 0 0 m l 的烧杯中，同时用玻璃盖上。然后 将装有混合料的烧杯连通玻璃板一起置于1 7 0 1 2 的烘箱中，恒温l h ，取出烧杯，不加任何振动， 将混合料向下倒扣在玻璃板上，此时称取粘跗在烧杯上的沥青质量，该质量与沥青混合料总质量 的之比为析漏试验的损失率。调整几个不同的油石比制作试件，进行析漏试验，得出沥青损失量 与油石比的关系曲线，由曲线的拐点确定粘附甚少的沥青用量，作为最大沥青用量的限值。 进行飞散试验时，在洛杉矾试验机中放入一多孔排水性沥青混合料试件，不加铁球。开动试 验机使试件在筒内滚动9 7 m i r i ( 3 0 0 转) 后取出，称量试件剩余质量，损耗质量与原质量的百分 比称为飞散试验的损失率，调整几个不周的油石比制作试件，进行折漏试验，得出沥青损失量与 沥青用量的关系曲线，由曲线的拐点确定基本上很少析漏的沥青用量，作为最小沥青用量的限值。 析漏试验及飞散试验结果见表2 1 6 。 表2 1 6 析漏试验和飞散试验结果( 1 3 2 m m ，2 0 ，商粘沥青) l沥青用量( ) 3 54 04 55 0 5 5 l析漏损失( ) 0 0 40 1 9o 3 30 6 41 7 3 i飞散损失( ) 1 3 4 9 1 6 95 4 4 7 图2 - 7 析漏试验 东南大学博士学位论文 飞 散 损 失 ( ) 图2 - 8 飞散试验 、) 、 、| 、 f 、，f 卜：| 一k jf 1 ) l 。 i 一尹7 ： 一 一一一一一i (p ，一 析 漏 损 失 3 5 4 0 4 , 3 54 9 5 o5 5 沥青用量( ) 图2 - 9 飞散损失及析漏损失与沥青用量关系图( 1 3 2 r a m ，2 0 ，s k 高粘沥) 作飞散损失与析漏损失随沥青用量的变化曲线，如图2 - 9 所示找至两条曲线的拐点可知 飞散试验确定的最小沥青用量为4 3 ，析漏试验确定的最大沥青用量为4 9 。 4 确定最佳沥青用量 通过马歇尔试验，飞散试验及析漏试验得到的对沥青用量的要求可以用表2 1 7 表示。 表2 1 7 沥青用量范围确定( 1 3 2 m m ，2 0 ，高粘沥青) 项目沥青用量要求( ) 飞散试验 4 3 析漏试验 图2 1 5 空隙率与渗透系数关系图 o51 01 5 莲通空稼奉( ) 图2 - 1 6 有效空隙率与渗透系数关系图 由试验结果可以回归出空隙率和有效空隙率疗。与渗透系数k 关系的公式，公式如下： k = 0 5 0 5 3 n ；+ o 0 1 4 5 n o + o 0 0 3 4 ( r 2 = 0 9 7 9 ) ( 2 1 4 ) 七= 0 6 9 3 6 n ：+ o 0 4 9 6 n 。+ o 0 0 2 7 ( r 2 = 0 9 9 5 ) 4 2 1 5 ) 可以看出，随着空隙率或有效空隙率的增大，渗透系数也增大，有效空隙率与渗透系数的相 关性更好，但考虑到空隙率的测定较为简单且与渗透系数也有很好的相关性，可使用空隙率作为 沥青混合料渗透系数的控制指标。排水性沥青混合料的空隙率范围一般为1 5 2 5 。根据( 2 1 4 ) 、 4 2 1 5 ) 两式关于空隙率和有效空隙率与渗透系数的关系，可知当空隙率1 5 时，渗透系数k 为 1 7 x 1 0 。c m s 。为此，为保证排水性沥青混合料的透水性能，应将其渗透系数指标定为大于 1 5 x l o - 2 c m s 。 2 ) 级配组成与沥青混合料渗透系数的关系 相同空隙率不同级配组成沥青混合料的渗透系数的试验结果如表2 2 2 所示； 2 1 东南大学博士学位论文 表2 2 2 沥青混合料级配一渗透系数关系表 4 7 5 m m 与 级配 空最大公 1 3 2 m m 2 3 6 r a m 0 0 7 5 m m 2 3 6 r a m 筛渗透系数 隙 称粒径筛孔通过筛孔通过筛孔通过 类型 孔通过率 ( 1 0 4 c m s e c ) 塞 ( r a m )率( )搴( )率( ) 之差( ) 级配i 2 0 1 3 29 41 3 46 17 23 1 级配i i2 0 1 68 01 1 550 73 3 级配i i i 1 7 1 3 29 51 7 26 1 6 42 4 级配i v 1 7 1 68 1 31 4 74 7o 72 7 通过大量均匀试验，以渗透系数为应变量，通过前进法筛选技术得出1 3 2 m m 、2 3 6 m m 、 o 0 7 5 m m 孔径筛孔的通过率以及4 7 5 m m 与2 3 6 m