浅析排水沥青路面混合料设计及施工要点

朱　健

(中国城市建设研究院有限公司福建分院　福建福州　350002)



浅析排水沥青路面混合料设计及施工要点

朱健

(中国城市建设研究院有限公司福建分院福建福州350002)

排水沥青路面是海绵城市建设的关键组成之一。开级配骨架孔隙结构赋予其优异的排水降噪优势的同时,也由此导致了一系列材料和施工问题。结合相关工程经验,文章从排水沥青路面混合料设计和施工方面进行分析阐述,并提出相应建议。认为在进行配合比设计之前,首先要确定适宜的孔隙率;高粘改性沥青60℃粘度应不小于100 000Pa·s,135℃粘度值不应大于5Pa·s;鉴于排水沥青路面材料与结构功能特性,应尤其注意施工温度、碾压工艺和松铺系数等方面。

排水沥青路面；配合比设计；施工

0　引言

近年来,我国城市建设迅猛,城市道路约占城市面积的1/3～1/2,原有可提供自然下渗的土壤面积被硬质铺装层取代,导致了70%-80%的降雨被迫形成路面径流,带来城市内涝、水质污染等一系列问题[1]。

为解决上述问题,十三五规划后我国各大城市开始了海绵城市建设研究的热潮。海绵城市在下雨时吸水、蓄水、渗水、净水,需要时再将蓄存的水“释放”加以利用,像海绵一样在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的“弹性”[2]。而排水沥青路面是海绵城市建设中最关键的环节之一,其采用开级配沥青混凝土进行铺筑,路面水可从面层孔隙垂直下渗,进入防水粘层后横向流向路肩处的雨水收集系统排出路面。研究表明,改用排水沥青路面可削减40%～90%径流,比无收集措施时提高约10%,洪峰削减能力在20%～80%[3]。

多孔特性使得排水沥青路面具有较好的排水降噪功能,但同时也产生一些不利影响。排水沥青混合料由于采用开级配大粒径集料,集料之间的石-石嵌挤行为,极易使得路面出现飞散开裂等问题。因此,排水沥青混合料一般都采用高粘改性沥青以增强集料间的粘结力,但同时也极易由于过高粘度,带来施工过程中混合料拌合、摊铺和碾压等困难。因此,本文围绕排水沥青路面的配合比设计和施工过程中的关键技术要点进行阐述说明,为相关工程提供参考。

1　配合比设计

1.1原材料

排水沥青混凝土为开级配骨架孔隙结构,且由于沥青用量有限,因此沥青与集料的粘结是其最薄弱的环节,如石料含泥量过多将大幅影响其与沥青的粘结,因此必须选用洁净、坚硬、耐久的碎石,碎石技术指标如表1所示。胶结料要求选用高粘改性沥青。60℃动力粘度作为评价多孔排水沥青混合料高温性能指标,被认为与飞散性能关系密切,要求60℃粘度指标≥100 000Pa·s；而沥青混合料的施工和易性采用135℃粘度指标评价,考虑到高粘改性沥青的高粘度特性,要求135℃粘度值≦5Pa·s。

表1　碎石技术指标

1.2孔隙率

在进行配合比设计之前,首先要确定道路适用的孔隙率。实践过程中发现,当多孔排水沥青路面孔隙率越小时,越容易发生水损害,而孔隙率越大,对沥青结合料的要求就越高,费用也就越贵。表2为各国对多孔排水沥青路面孔隙率的要求。我国对多孔排水沥青混合料目标孔隙率的规定,大多参考日本,在20%左右。

表2　各国对排水沥青混合料孔隙率的要求[1]

1.3集料级配

混凝土的孔隙率主要由集料级配来控制,因此,多孔混凝土能否高效透水，主要取决于其粗集料级配是否合理。为获得较大孔隙，粗集料用量应足够使骨料形成相互嵌挤，如此便能构成骨料骨架,同时减少次一级的粗骨料避免过多填充骨架孔隙,同时细集料用量必须较少甚至可以不用,以确保足够大的孔隙率。

不同国家依据其研究成果和需要,都给出了相应的级配范围,见表3[4]。不同国家在2.36mm筛孔上有较大差别,美国级配较粗,细集料更少,中国(包括台湾地区)等国家级配较细,细集料较多。

表3　排水沥青混合料推荐级配范围[4]

注：*表示美国佐治亚州采用12.5mm筛孔,-表示不含该档混合料

1.4最佳油石比

排水沥青混合料要求较高孔隙率以保障透水效果,因此其沥青用量较少以避免集料表面油膜过厚压缩孔隙体积,而沥青用量过少又将造成粗细集料离析或集料表面沥青膜包裹不匀,最终导致集料间粘结强度不够,路面投入使用后出现飞散、开裂等问题。

日本对开级配沥青混凝土磨耗层的试验研究表明,矿料表面的沥青膜平均厚度为12～16mm时,可达到最佳油石比[5]。我国采用日本方法为主来确定油石比,先通过析漏、飞散试验确定最佳油石比,然后通过马歇尔试验进行调整,最后通过路用性能进行验证。

2　施工要点

2.1温度控制

混合料温度过高,易导致沥青流淌,从而造成骨料间沥青膜包裹不匀,而温度过低则施工作业困难,所以施工温度控制是否精确与沥青混凝土路面施工的质量好坏休戚相关。

施工时必须严格控制拌和时间和拌和温度。排水性沥青混合料要求拌和时的温度宜保持在170℃～185℃区间内,拌制时间应通过试拌确定,相比普通沥青混合料,多孔排水沥青混合料拌和时间延长了5s～15s。应避免出现拌合温度过高,时间过长造成沥青过度老化。

多孔排水沥青混合料采用自卸车辆运输,装料过程中为防止粗细料的离析,应采取分堆卸载；运输过程中为防止温度下降,应采用双重保温布覆盖保温。为了保证现场摊铺效果,要求运送到现场的混合料温度不低于175℃(图1)。

2.2碾压工艺

密级配路面碾压时关键在于是否达到足够的压实度；而依据排水沥青路面结构(图2)，在摊铺压实时要考虑面层的目标孔隙率。排水沥青路面过度压实时容易导致面层孔隙率与渗透系数偏小,达不到预期排水降噪功能,而压实度不够时骨料间的嵌挤力不足,路面容易飞散开裂,形成车辙,影响路面功能。总结低噪声排水沥青路面现场施工和现场试验,要求严格控制孔隙率,低噪声排水沥青路面初压不允许采用振动压路机,以防止孔隙率下降。

多孔排水沥青混合料的压实机械、温度、速度、遍数需要通过试验确定。多孔排水沥青混合料采用小于12t的钢筒式压路机碾压为宜(图3),碾压分为初压、复压、终压。各个碾压过程温度要求不同,多孔排水沥青混合料的压实温度普通沥青混合料高,例如在初压时要求此时混合料温度不低于160℃。为了防止粗集料被压碎,孔隙率下降,碾压均采用静压,不得采用振动这类动态压实方法。排水沥青面层碾压成型后,当路面温度低于50℃,且路面达到一定强度后方可通车。

2.3松铺系数

为了保证足够的平整度,要求确定适合的松铺系数,而松铺系数影响因素较多,数值极其不稳定。当松铺系数偏大时,此时铺筑层偏厚,浪费材料费与人工费,并且压实效果反而下降；当松铺系数偏小时,此时铺筑层厚度偏小,路面的承载能力不足,在该处易形成力学薄弱点,易发生早期疲劳破坏,最后导致路面使用年限减短。因此,如何控制或减少松铺系数的影响因素,是沥青混凝土路面施工的重要环节。松铺系数与材料、厚度、摊铺以及压实工艺有关。

3　结论

排水沥青路面的多孔特性在带来良好的排水降噪功能的同时,也导致路面易飞散和施工过程中的拌合、摊铺和碾压等诸多困难。总结相关工程经验,认为主要应注意以下几点。

(1)在进行配合比设计之前,首先要确定适宜的孔隙率；选用高粘改性沥青时,要求60℃粘度指标≥100 000Pa·s,135℃粘度值≦5Pa·s；最佳油石比先通过析漏试验和飞散试验确定,然后通过马歇尔试验进行调整,最后由路用性能进行验证。

(2)排水沥青路面的施工工艺与普通热拌沥青混合料大致相同,但鉴于排水沥青路面材料与结构功能上的特性,其在施工时尤其需要注意施工温度、碾压工艺和松铺系数等方面。

[1]徐斌.排水沥青路面理论与实践[M].北京: 人民交通出版社,2011.

[2]车生泉,谢长坤,陈丹,等.海绵城市理论与技术发展沿革及构建途径[J].中国园林,2015,31(6): 11- 15.

[3]张园,于冰沁,车生泉.绿色基础设施和低冲击开发的比较及融合[J].中国园林,2014,30(3): 49- 53.

[4]李闯民.开级配沥青磨耗层(OGFC)的研究[J].公路,2012,57(03): 71- 74.

[5]沈金安.开级配多孔隙排水型沥青路面[J].中外公路: 长沙,1994,14(06): 15- 20.

Introduction of the key points of drainage asphalt mixture design and construction

ZHUJian

(China Urban Construction Design & Research Institute Co., Ltd. Fujian Branch，Fuzhou 350002)

Drainage asphalt pavement is one of the key components of The Sponge City.Owing to the open graded skeleton,it shows great noise reduction and unique drainage properties.However,it also brings about many problems in materials and construction.Combined with the related engineering experience,the mixture design and construction of drainage asphalt concrete were introduced in this paper and the corresponding suggestions were also put forward.Firstly,the appropriate asphalt concrete porosity should be determined before the gradation design,the 60 ℃ dynamic viscosity of the high-viscous asphalt should be higher than 100000Pa·s,and the 135 ℃ viscosity should be not higher than 5 Pa·s.Secondly,due to the characteristics of the drainage asphalt pavement in materials and structural function,it should be paid attention to the construction temperature,rolling technology,and the loose coefficient,especially.

Drainage asphalt pavement; Mixture design; Construction

朱健(1979.10-)，男，工程师。

E-mail:3438526195@qq.com

2016-05-04

U41

A

1004-6135(2016)06-0096-03