大粒徑透水性瀝青混合料及其功能

大粒徑透水性瀝青混合料（LARGESTONEPOROUSASPHALTMIXES）是指混合料最大公稱粒徑大于26.5mm，具有一定空隙率能夠將水分自由排出路面結構的瀝青混合料，大粒徑透水性瀝青混合料通常用作路面結構中的基層。這種大粒徑透水性瀝青混合料的提出是來自美國一些州的經驗，美國中西部的一些州對應用了三十多年以上而運營狀況相對良好的一些典型路面進行了相關的調查，發(fā)現(xiàn)許多成功的路面其基層采用的是較大粒徑的單粒徑嵌擠型瀝青混合料如灌入式瀝青基層。因此提出以單粒徑形成嵌擠為條件進行混合料的設計，從而形成開級配大粒徑透水性瀝青混合料(LSPM)。美國NCHRP聯(lián)合攻關項目對大粒徑瀝青混合料也進行了相關研究，最終得到了研究報告NCHRPReport386，但是研究報告主要是針對于大量實體工程的調查而且偏重于密級配大粒徑瀝青混合料，而且NCHRPReport386對大粒徑透水性瀝青混合料材料與結構設計并沒有進行系統(tǒng)的研究。我們在國外研究的基礎上從2001年開始進行了大量的研究和應用，并對其級配與各項技術指標進行研究，使其更符合我國具體實際情況，根據(jù)研究結果與使用狀況提出了本設計與施工指南，更好地指導工程實踐。大粒徑透水性瀝青混合料的設計采用了新的理念，從級配設計角度考慮，大粒徑透水性瀝青混合料(LSPM)應當是一種新型的瀝青混合料，通常由較大粒徑（25mm-62mm）的單粒徑集料形成骨架由一定量的細集料形成填充而組成的骨架型瀝青混合料。大粒徑透水性瀝青混合料(LSPM)設計為半開級配或者開級配。由于大粒徑透水性瀝青混合料(LSPM)有著良好的排水效果，通常為半開級配（空隙率為13-18%）。它不同于一般的瀝青處治碎石（ATPB）基層，也不同于密級配大粒徑瀝青混合料（ATB）。瀝青處治碎石(ATPB)粗集料形成了骨架嵌擠，其基本上沒有細集料填充，因此空隙率很大一般大于18%，具有非常好的透水效果，但由于沒有細集料填充空隙率過大其模量較低而且耐久性較差。密級配大粒徑瀝青混合料（ATB）也具有良好的骨架結構，空隙率一般在3-6%，因此其不具有排水性能。大粒徑透水性瀝青混合料級配經過嚴格設計，其形成了單一粒徑骨架嵌擠，并且采用少量細集料進行填充，提高混合料模量與耐久性，在滿足排水要求的前提下降低混合料的空隙率，其空隙率一般為13-18%，因此其既具有良好的排水性能又具較高模量與耐久性。研究和應用表明大粒徑透水性瀝青混合料具有以下優(yōu)點：（1）級配良好的大粒徑透水性瀝青混合料可以抵抗較大的塑性和剪切變形，承受重載交通的作用，具有較好的抗車轍能力，提高了瀝青路面的高溫穩(wěn)定性；特別是對于低速、重車路段，需要的持荷時間較長時，設計良好的LSPM與傳統(tǒng)的瀝青混凝土相比，顯示出十分明顯的抗永久變形能力；（2）大粒徑透水性瀝青混合料有著良好的排水功能，可以兼有路面排水層的功能。（3）由于大粒徑透水性瀝青混合料有著較大的粒徑和較大的空隙，它可以有效地減少反射裂縫。（4）大粒徑集料的增多和礦粉用量的減少，減少比表面積，減少了瀝青總用量，從而降低工程造價。（5）與通常的半剛性基層相比，提高了工程施工速度，減少了設備投入。（6）在大修改建工程中，可大大縮短封閉交通時間，社會經濟效益顯著。大粒徑透水性瀝青混合料性能1高溫穩(wěn)定性大粒徑透水性瀝青混合料(LSPM)為單一粒徑骨架嵌擠型混合料，9.5mm以上粗集料比例在70%左右，形成了完整的骨架嵌擠，因此具有良好的高溫穩(wěn)定性，研究表明設計更合理的大粒徑透水性瀝青混合料是解決重載交通下高溫車轍問題最經濟有效的途徑之一。評價混合料高溫穩(wěn)定性的試驗方法有多種，通常我們采用的方法是動穩(wěn)定度試驗，即車轍試驗。瀝青混合料車轍試驗是試件在規(guī)定溫度及荷載條件下，測定試驗輪往返行走所形成的車轍變形速率，以變形穩(wěn)定期內每產生1mm變形的行走次數(shù)即動穩(wěn)定度表示。車轍試驗最大的特點是能夠充分模擬瀝青路面上車輪行駛的實際情況，在用于試驗研究時，還可以改變溫度、荷載、試件尺寸、成型條件等因素，以較好的模擬路面的實際情況。由于大粒徑透水性瀝青混合料粒徑較大，一般情況下最大粒徑可達到37.5mm，因此傳統(tǒng)的5cm車轍試件厚度已不適用。對于大粒徑透水性瀝青混合料應有最小壓實厚度，當車轍試件厚度小于該厚度時粗集料之間不能形成良好的骨架結構，集料之間不能互相嵌擠，此時的試驗數(shù)據(jù)不能反映真實情況。根據(jù)混合料壓實厚度應為最大公稱粒徑的3~4倍原則，通過大量的試驗驗證，表明對于大粒徑透水性瀝青混合料車轍試驗最小應采用8cm厚度，試驗溫度采用現(xiàn)行規(guī)范中規(guī)定的60℃。2水穩(wěn)定性瀝青混合料在浸水條件下，由于瀝青與礦料的粘附力降低，表現(xiàn)為混合料的整體力學強度降低。尤其對于大粒徑透水性瀝青混合料，由于孔隙較大，瀝青用量少，礦料之間的接觸點比普通瀝青混合料少，更應該考慮水穩(wěn)定性。為了更好的保證混合料的水穩(wěn)定性，對于大粒徑透水性瀝青混合料的膠結料宜采用較高粘度的改性瀝青（如MAC、SBS改性瀝青），能夠形成較厚的瀝青膜，可使瀝青膜的厚度大于12μm。大量試驗研究表明，大粒徑透水性瀝青混合料具有良好的水穩(wěn)定性。目前各國研究水穩(wěn)定性的方法各不相同，并沒有統(tǒng)一的標準，我國通常采用的試驗方法是殘留穩(wěn)定度與凍融劈裂強度比。對于大粒徑透水性瀝青混合料結構由于其顆粒間的接觸點明顯減少，結構密實度較低，因此其馬歇爾穩(wěn)定度較低，甚至不容易測出，劈裂強度也明顯低于密實結構的瀝青混合料。目前針對大馬歇爾試件的試驗方法還不完善，難以保證試驗的準確性，因此對于大粒徑透水性瀝青混合料的水穩(wěn)定性主要從保證瀝青膜厚度即瀝青含量來進行檢驗與控制。3疲勞性能膀瀝青路沖面的疲礦勞開裂悠也是瀝冠青路面省最主要停的破壞第模式之剖一，因瞞而富瀝青混云合料的膝疲勞性勾能一直宏受到研慘究人員通的廣泛至關注。墻瀝青路貢面使用嚼期間，獲經受車毛輪荷載財?shù)姆磸途米饔?，慢其應力摧或應變謀長期處茫于交迭聰變化狀備態(tài)，致霉使路面皆結構強梁度逐漸況下降。燭當荷載欺重復作肝用超過勢一定的僅次數(shù)以璃后，在血荷載作槐用下路夫面內產領生的應右力就會傾超過路柔面結構狗強度下粒降后的休結構抗旗力，在抓路面處嫩治層底國部產生形疲勞開然裂，在刑荷載繼辮續(xù)作用碌下，裂饒縫擴展腦至路表錘面形成敘疲勞裂鏡縫。劈大粒徑垂透水性稼瀝青混沃合料為法嵌擠型涂混合料厚，粗集殘料比例桌很大、料瀝青用斷量較低脅、空隙濤率較大禁，因此璃其疲勞宏性能要廟較密級撓配、密止實型瀝盜青混合努料低，掛但與密召級配瀝括青穩(wěn)定森碎石基劫層易（扎AT轎B闖）疲勞在性能相械當。經會驗算大忘粒徑透避水性瀝眨青混合幻料層出繡現(xiàn)較大粉拉應力脊時，可溝采用以遠下兩種竊方法改身善結構冒抗疲勞鐵性能：?。ê?濱）精心穴進行路歲面結構牙組合設猴計，晨讓傍LSP擔M擴層處于詠受壓區(qū)構域，基不本上不退出現(xiàn)拉咐應力；繪（朽2校）賤在醉LSP董M貍層下增考設細級絕配瀝青搜混合料冶抗疲勞紀層。咱4段懲滲透性匙能癥大粒徑爐透水性退瀝青混取合料的矮主要功發(fā)能之一蛋是能迅壤速將滲斯入路面肆中的水布迅速排揪出，因脫此，滲登透性能鑄是評價安透水性與瀝青混好合料最風為關鍵摧的指標耕之一。選透水性便能常用患滲透系統(tǒng)數(shù)表示撐，但目僅前我國夏尚沒有全標準試岡驗方法半測定透小水性瀝江青混合撐料的滲鴉透系數(shù)淘。倡根據(jù)課梢題研究年對于大搜粒徑透郵水性瀝廚青混合桌料當空鑒隙率達渡到脆13譽%享時，混蛙合料的輕滲水系悉數(shù)發(fā)生著突變，恭而空隙服率達市到幕18爭%緞以后滲訓水系數(shù)懸變化不毫明顯，帝一般滲媽水系數(shù)半為影從來0.0慈1cm叮/糕s倦到歲1.0夾cm/終s瞧之間，瑞此時能讀夠滿鞋足混合竟料排水刃性能的厚要求，每而對于愉密級配伴瀝青混威合料即必使空隙細率達描到楚10道%架，其滲僅水系數(shù)喜的數(shù)量渣級一般核為蛋10外-5荒，這也神就是說鐵混合料鼓的滲水仔性能不傷僅與空李隙率有玉關，更魄重要是渣與混合創(chuàng)料的連作通空隙吧有關。膏正是基宗于上面孝的原因倘大粒徑賽透水性牢瀝青混矩合料的倡設計空海隙率可燭以定耗為叢13-糟18吳%走，混合教料滲水歸系數(shù)要薪求為大啊于足0.0閃1cm慮/販s瞎。午我國目梯前沒有埋滲水系辮數(shù)的標鴨準測試熄方法，棄混合料柱滲水系嶺數(shù)的測棚試可以扭借鑒美盆國綱AST袖M刪標準虎，沈AST引MP弄S12偷9-0位1成規(guī)定了刷瀝青混些合料滲判水系數(shù)窯的測試嚴方法怖。險AST稼M島標準為怕無側向劍滲水儀兄，無側炎向滲水含儀的基慶本原理核是讓量舒筒里的掉水滲透性飽水瀝營青混合淚料并記研錄達到耕預先設仗定水頭給落差位眾置的時昆間間隔眉，然后討用達西剪定理計作算瀝青與混合料畏的滲水政系數(shù)，膝設備如悼圖逝1錄。早圖鴉1粥促滲水儀忽示意圖鬼其做法彩的主要若步驟是賢首先將當試件真唇空保水鳴，然后坑放入試睛模中并饑充氣防腳止水分敬從側壁補滲漏，朱在管中牢加水。協(xié)記錄滲乎水量在慮上下刻缸度線之安間的滲蠢水時間揉，當滲族水量較瓣小時猴取詞30m綠i畏n菠的滲水練量。滲岔水系氣數(shù)擾k鏈由式鋒（寨1翠）蠢計算：誤膨浪俗債層輔深k菌＝滋咸逗區(qū)令液（及1虛）式中：綁兆k紋—終滲水系狹數(shù)浴，烘cm/稀s福，猶丸a讀—是量筒內先徑面積旨，孕cm是2突擊l俊—添試件厚齊，診cm停亂A蜓—五試件橫互截面積啊，抹cm道2舞經t恥—許水頭高絮計時刻業(yè)度至低瘡計時刻揮度花費桌時間秤，睜s貴歡h1奔—溝時水間迎t津1宰水頭高態(tài)度臺，臨cm阿牧h2沙—閘時辟間槍t堡1含水頭高寒度斤，更cm專5盈繪抵抗反泥射裂縫驚能力球由于作蹲用于路灣面的實邀際荷載遭為運動慘荷載，厭總會經摟歷對稱雀加載和魂非對稱洽加載過墊程，在裝交通荷貌載作用油下導致嶺基層或四舊路面巷中的裂叔縫向瀝該青面層鞭反射的延主要原冬因裂縫逃尖端剪叼應力的孩奇異性晝。無論予是對稱參荷載還豐是非對件稱荷載隸作用，街裂縫尖蔽端的應陷力強度糧因子都宗將隨著寸加鋪基并層模量羊的增大杏而增大飾。瀝青攜混合料訴是一種部溫度敏寒感性材推料，其苗模量隨裕溫度的呆變化十牽分明顯籮，因此跪冬季出犯現(xiàn)反射酸裂縫的賢概率遠腰大于夏嗚季，而糕且當氣立溫下降竭速度和販幅度都后很大時勇，加鋪因層中反亦射裂縫弟的發(fā)展狹也很迅作速。大吩粒徑透鐵水性瀝院青混合的料由于芹空隙率跡較大、撇瀝青含怨量低，贏因此其隨模量也巧較低，涂一般罰在降400斃-60壺0MP純a鴨之間，穴遠較密承級配瀝辣青混合曲料低。涼根據(jù)斷授裂力學數(shù)分析，尖混合料霞中品沒有孔漢隙或空展隙非常訓小時無戀論是對跑稱荷載貌還是非浸對稱荷拔載作用紗，裂縫鼠尖端應側力狀態(tài)生都有很漁大的奇鑰異性，勾當存在榴較大空癢隙時將湖極大的筐消減了鄭裂縫尖梅端的應收力集中灰，這就謊說明在西裂縫擴葵展過程葵中，大筒空隙的墊存在能搭阻礙其胡進一步畝的發(fā)展與。休根據(jù)以芝上分析相，大粒頑徑透水慎性瀝青歌混合料瘦模量較逃低，而森且空隙予率較大關，混合酷料中存抽在較大使連通空巾隙，因海此其具盲有較強萌的抵抗梅反射裂吊縫途的能力退。竊綜合以壇上對大醉粒徑透鈴水性瀝伶青混合環(huán)料性能滿的分析囑，可以幸得到其跡綜合的用性能特姻點：大離粒徑透那水性瀝終青混合生料由于遼粗集料騎形成了番完整的鉆骨架嵌線擠結構歐，具有誰較