OGFC排水瀝青配合比設計龔美霞

1、OGFC排水瀝青配合比設計龔美霞摘 要OGFC排水瀝青混合料系開級配混合料，具有較高的空隙率和良好的排水降噪功能。結合實際工程，從瀝青混合料配合比設計及驗證、現(xiàn)場攤鋪和碾壓等方面介紹OGFC排水瀝青路面在城市道路中的應用關鍵詞OGFC 排水瀝青路面 城市道路 配合比設計 一、引言隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國城市道路發(fā)展迅速。路面抗滑能力一直是城市道路存在的問題，尤其是雨天，路面降水來不及排除而在輪胎與路面之間形成一層水膜，減小了摩擦系數(shù)，容易造成滑溜而出現(xiàn)交通事故。如何改善瀝青路面抗滑性能，我國在上個世紀六十年代對瀝青路面抗滑性能開始進行探索，“七五”期間對抗滑表層重點進行研究，在參考國外研究成果

2、的基礎上，提出了AK抗滑表層、多碎石瀝青混凝土SAC、瀝青瑪蹄脂碎石SMA、大空隙開級配瀝青磨耗層OGFC等抗滑路面級配類型。2004年9月出版的公路瀝青路面施工技術規(guī)范（JTG F40-2004）提到了OGFC，說明這種路面已經(jīng)引起我國重視。本文依托武漢大道高架橋工程對OGFC排水瀝青配合比設計及施工工藝進行總結。2、 依托工程情況 武漢大道（長江二橋岳家嘴立交）現(xiàn)狀為徐東大街，它位于武昌西北部，長江之畔，東湖之濱，是武昌地區(qū)不多的幾條與漢口緊密相連的重要過江干道，交通功能十分突出。它全長2.39km,紅線寬60m，現(xiàn)將它改造成上面層為5cm厚的多孔質(zhì)OGFC排水瀝青混合料路面。三、OGFC

3、配合比設計配合比設計圍繞目標空隙率進行，確定混合料礦料級配和最佳瀝青用量。傳統(tǒng)馬歇爾方法不能直接用于OGFC配合比設計，而其它方法如GTM設計方法、Superpave設計方法在國內(nèi)尚處于消化研究階段。1、材料選擇1.1 粗骨料OGFC混合料粗集料達到80%左右，由粗集料形成骨架成骨架空隙結構，所以，粗骨料的性能好壞是關系到混合料性能好壞的關鍵，其性質(zhì)、形狀及級配對OGFC混合料的性能有著重要的影響。對粗集料的選擇首先要考慮集料的巖性，巖石是酸性還是堿性，所生產(chǎn)的集料與瀝青的粘附性有很大的不同，工程上根據(jù)石料化學成分中的二氧化硅的含量來劃分巖性，二氧化硅含量大于65%的為酸性石料，小于52%的為

4、堿性石料。當堿性石料與瀝青接觸時，會發(fā)生化學吸附反應，在瀝青與礦料接觸面上形成新的化合物，對于保持混合料的水穩(wěn)性有利。而酸性石料與瀝青的粘附性差，遇水易剝落。石料的顆粒形狀對混合料的性能關系密切，壓制成的碎石形狀近似立方體，表面粗糙、棱角分明為最佳集料，對針片狀顆粒含量應控制在一定范圍。 OGFC路面粗集料技術要求 項目單位技術指標試驗規(guī)范石料壓碎值%20T0316-2000洛杉磯磨耗損失%20T0317-2000視密度t/m32.5T0304-2000吸水率%2.0T0304-2000對瀝青粘附性5級T0616-1993堅固性%12T0314-2000細長扁平顆粒含量%10T0312-200

5、0軟石含量%5T0320-2000石料磨光值BPN42T0321-1994石料沖擊值%28T0322-2000本項目粗集料全部安徽廬江料場，粗集料分別為510mm、1015mm、兩檔規(guī)格，粗集料檢測結果均符合規(guī)范要求。1.2細集料細骨料在OGFC排水瀝青混合料中只占很小的比例，然而細集料對混合料的性能影響較大。在歐美，細集料一般采用質(zhì)地堅硬的軋制砂代替天然砂，其理由是，天然砂與瀝青的粘附性較差，而且砂的顆?；旧鲜乔蛐晤w粒，對高溫抗車轍能力不利，根據(jù)有關研究可知，天然砂摻量每增加1%，瀝青混合料的動穩(wěn)定度降低4%。而軋制砂是破碎得到的，表面特別粗糙，對提高馬歇爾穩(wěn)定度及動穩(wěn)定度效果明顯。細集料

6、應干凈、堅硬、干燥、無風化，有適當?shù)募壟?，并與改性瀝青有良好的粘附性。OGFC路面細集料的技術要求如下表： OGFC路面細集料技術要求 項目單位技術指標試驗規(guī)范含泥量%1T0333-2000堅固性%12T0340-1994視密度t/m32.5T0328-2000砂當量%60T0334-1994本項目細集料楊新料場生產(chǎn)的石屑,細集料為05mm。細集料檢測結果均符合規(guī)范要求。天然砂全部采用浠水巴河砂場生產(chǎn)的河砂，細度模數(shù)為2.4，為中砂。1.3 瀝青瀝青混凝土是由瀝青膠結料與礦料組成的路面材料，膠結料的性能對混合料影響很大。OGFC路面由于混合料粗顆粒過多，細顆粒太少，雖然能形成骨架，但顆粒之間不

7、能夠形成強有力的嵌鎖作用，混合料的強度受結合料的粘結影響很大，所以要求瀝青具有很高的粘性，以確保瀝青混合料的穩(wěn)定性。OGFC混合料所用瀝青應該具有以下特點：1、瀝青粘性好，具有高粘韌性，高韌性。2、優(yōu)良的抗老化性能。3、與集料的強粘附性。鋪筑OGFC路面，采用普通瀝青很難滿足上述要求，國內(nèi)外的實踐經(jīng)驗表明，要得到性能良好的結合料，最好采用改性瀝青。高黏度改性瀝青的技術要求 試驗項目單位技術要求針入度（25，100g，5s）0.1mm40軟化點（TRB）85延度（15）cm90閃點260薄膜加熱試驗質(zhì)量損失率%0.05薄膜加熱針入度比%65粘韌性（25）N·m20韌性（25）N

8、3;m1560粘度Pa·s100000注：為區(qū)別于普通道路石油瀝青質(zhì)量要求的試驗項目。本項目瀝青全部采思立特SBS I-D改性用瀝青，各項試驗指標符合要求。2、OGFC混合料配合比設計OGFC混合料配合比設計主要圍繞如何獲得目標空隙率，同時保證一定的路用性能進行礦料級配選擇和最佳瀝青用量的確定。傳統(tǒng)的馬歇爾設計方法不能直接用于OGFC配合比設計。但由于OGFC配合比設計過程中，僅飛散試驗涉及路用性能，不能很好反映混合料其它性能，所以還需要采用馬歇爾試驗檢測其力學性能。OGFC混合料配合比設計可按照以下程序進行：選擇目標空隙率、根據(jù)確定的級配范圍初擬級配、按照馬歇爾方法制備試件、選擇空

9、隙率達到目標要求的值的若干瀝青用量、對混合料進行流淌試驗、對成型的試件進行飛散試驗、確定最佳瀝青用量范圍、根據(jù)混合料性能特征綜合確定滿足透水性、耐久性及強度要求的最佳瀝青用量。OGFC混合料配合比設計流程如圖：原材料的選擇2.36篩孔通過量在級配中值附近以3%左右初步確定三個級配瀝青含量的初步確定試件制作礦料配合比的確定混合料流淌試驗混合料飛散試驗最佳瀝青含量的確定試驗室內(nèi)配合比的確定空隙率的確認混合料的性能試驗目標空隙率的設定NONO OGFC混合料配合比設計流程圖3、配合比設計實例（以OGFC-13C瀝青混合料配合比設計為例）OGFC-13C瀝青混合料目標配合比設計一、設計依據(jù)1、瀝青路面

10、施工技術規(guī)范（JTGF40-2004）2、公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程（JTJ052-2000）3、公路工程集料試驗規(guī)程（JTGE42-2005）4、武漢市城鎮(zhèn)道路瀝青路面施工技術規(guī)定（WBJ201-2004）5、在瀝青混合料時間的成型過程中，理清加熱溫度為1650C1750C、礦料加熱溫度為1800C2100C，瀝青混合料拌合溫度為1751850C、成型溫度為1650C1750C6、瀝青混合料最大相對密度采用實測，瀝青混合料馬歇爾試件毛體積密度采用體積法測定。二、試驗內(nèi)容1、原材料試驗對安徽廬江料場提供的集料進行篩分試驗及表觀密度、毛體積密度和吸水率。2、 OGFC-13型排水瀝青混合料

11、組成設計試驗在規(guī)范要求OGFC-13型級配范圍基礎上，對設計級配曲線進行優(yōu)化設計，通過馬歇爾試驗，確定最佳瀝青用量。并對OGFC-13型改性瀝青混合料目標配合比水穩(wěn)定性檢驗。3、 計算說明1、礦料全體的合成毛體積相對密度rsbRsb=100/(P1/r1+P2/r2+···+Pn/rn)式中：P1、P2、···、Pn-各種礦料成分的配合比，其和為100； r1、r2、···、rn-各種礦料相應的毛體積相對密度，礦粉以表觀相對密度代替。2、礦料全體的合成表觀相對密度rsaRsa=100/(P1/r,1+P2

12、/r,2+···+Pn/r,n)式中：P1、P2、···、Pn-各種礦料成分的配合比，其和為100；r,1、r,2、···、r,n-各種礦料按試驗規(guī)程方法測定的表觀相對密度。3、合成礦料的有效相對密度rserse=C×rsa+(1-C)×rsb式中：rse-合成礦料的有效相對密度； C-合成礦料的瀝青吸收系數(shù)； rsa-礦料的合成表觀相對密度；4、合成礦料的吸水率（%）WXWX=(1/rsb-1/rsa)×1005、試件的理論最大相對密度rti=(100+Pai)+(100/

13、rse)+(Pai/rb)式中：rti-相對于計算瀝青用量Pai時瀝青混合料的最大理論相對密度，無量綱； Pai-所計算的瀝青混合料中的油石比，%； rse-礦料的有效相對密度，無量綱； rb -瀝青的相對密度（25/25），無量綱；6、 連通空隙率（%） 游標卡尺測定的試件體積-（空中重量-水中重量）連通空隙率=×100% 游標卡尺測定的試件體積7、 試件的空隙率VV（%）VV=（1-rf/rt）×100式中：rt-瀝青混合料的最大理論相對密度，無量綱。8、 暫定油石比的計算方法見式（1）、式（2）：暫定油石比=假定瀝青膜厚度（1.1m）×礦料表面積 式（1）礦

14、料表面積=（2+0.02a+0.04b+0.08c+0.14d+0.3e+0.6f+1.6g）/48.74 式（2）式2中的a、b、c、d、e、f、g、為累積通過質(zhì)量百分率，其與篩孔尺寸關系如表4.篩孔尺寸（mm）4.752.361.180.60.30.150.075篩孔累計通過百分率（%）abcdefg系數(shù)0.020.040.080.140.30.61.64、 試驗結果匯總（1） 各種集料篩分試驗結果 表1孔徑（mm）16.013.29.54.752.361.180.30.30.150.075101510079.61.80.10.10.10.10.10.10.151010010090.90.

15、50.50.50.50.50.50.50510010099.397.760232.916.06.33.21.7砂10010010094.282.569.551.918.12.20.3礦粉10010010010010010010010097.686.5（2） OGFC-13型改性瀝青混合料礦料級配范圍及設計結果 表2篩孔尺寸16.013.29.54.752.361.180.60.30.50.075合成級配10093.765.120.616.713.510.77.25.64.8下限1009050121064332上限10010070302218151286 （3） OGFC-13型改性瀝青混合料設

16、計級配曲線礦料配合比 表3規(guī)格10-155-10石屑砂礦粉摻配比例%3148885（4） SBS（-D）改性瀝青試驗結果 表4項目檢測結果技術標準針入度（0.1mm，25）47.64060延度（5）33.520cm軟化點（）77.575相對密度1.028實測（5） TPS性能主要指標性能主要成分熱塑性彈體為主要成分，并經(jīng)過溶解性、粘著性改良形狀·外觀2mm左右顆粒狀，淡黃色標準添加量TPS:基質(zhì)瀝青=12：88（根據(jù)需要可增加添加量）比重0.96g/cm3礦料（粗、細集料及礦粉各項指標） 表5檢測項目碎石（10-15mm）碎石（5-10mm）石屑砂礦粉表觀相對密度2.7532.776

17、2.6112.5672.694毛體積相對密度2.6852.6842.5832.5242.676壓碎值13.3針片狀7.5吸水率0.480.821.01.20.2粘附性5級5級砂當量75.369.5親水系數(shù)0.76（6） OGFC-13型改性瀝青混合料馬歇爾試驗 表6體積指標油石比（%）4.04.34.64.95.2礦料全體的相對密度rse2.7072.7072.7072.7072.707合成礦料的吸水率(%)WX0.6150.6150.6150.6150.615全體礦料的毛體積相對密度rsb2.6562.6562.6562.6562.656礦料全體的合成表觀相對密度rsa2.7352.7352

18、.7352.7352.735試件的理論最大相對密度rti2.5762.5622.5452.5202.493肯特堡飛散試驗3.13.42.92.42.6析漏試驗0.180.200.250.390.44試件的毛體積密度rf(g/cm)2.0232.0322.0482.0402.032連通空隙率(%)15.916.417.816.920.3試件的空隙率Va(%)21.520.719.519.018.5(7) OGFC-13型改性瀝青混合料馬歇爾試驗結果匯總表 表7瀝青混合料結構類型油石比（%）毛體積密度（g/cm3）空隙率（%）連通空隙率穩(wěn)定度（KN）流值（0.1mm）OGFC-134.02.023

19、21.515.99.652.334.32.03220.716.410.222.184.62.04819.517.89.112.394.92.04019.016.910.01.895.22.03218.530.29.682.22技術要求18-25145最佳油石比 OAC=4.6% Va=19.5% =2.048g/cm3 5、 結論1、 建議采用該級配，作為OGFC-13型目標配合比設計級配曲線。2、 級配曲線波動范圍宜控制在現(xiàn)行規(guī)范OGFC-13型允許級配范圍之內(nèi)。3、 該目標配合比，供拌合機確定各冷料倉的供料比例，進料速度及試拌使用。注：TPS標準添加量：TPS：基質(zhì)瀝青=12：88瀝青混合

20、料級配材料組成篩孔（mm)26.519.016.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075通過率（%）原 材 料 級 配9.516.0mm 碎石100100.0100.079.61.80.10.10.10.10.10.10.14.759.5mm 碎石10010010010090.9 0.50.50.50.50.50.50.504.75mm石屑10010010010099.397.760.2 32.9166.33.21.7砂10010010010010094.282.569.551.918.22.20.3礦粉100100100100100100100100100100

21、97.686.5各種礦料在混合料中的級配9.516.0mm3131.031.031.024.70.60.00.00.00.00.00.00.04.759.5mm4848.048.048.048.043.60.20.20.20.20.20.20.204.75mm88.08.08.08.07.97.84.82.61.30.50.30.1砂88.08.08.08.08.07.56.65.64.21.50.20.0礦粉55.05.05.05.05.05.05.05.05.05.04.94.3合成級配100 100 100 93.7 65.1 20.6 16.7 13.5 10.7 7.2 5.6 4.

22、8 規(guī)范要求級配范圍100100100901006080123010226184153123826OGFC-13瀝青混合料生產(chǎn)配合比設計1、 設計依據(jù)1、 瀝青路面施工技術規(guī)范（JTGF40-2004）2、 公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程（JTJ052-2000）3、公路工程集料試驗規(guī)程（JTGE42-2005）4、武漢市城鎮(zhèn)道路瀝青路面施工技術規(guī)定（WBJ201-2004）5、在瀝青混合料時間的成型過程中，理清加熱溫度為1650C1750C、礦料加熱溫度為1800C2100C，瀝青混合料拌合溫度為1751850C、成型溫度為1650C1750C6、瀝青混合料最大相對密度采用實測，瀝青混合料

23、馬歇爾試件毛體積密度采用體積法測定。二、試驗內(nèi)容二、 試驗內(nèi)容1、原材料試驗對各熱料倉集料進行篩分試驗及表觀密度、毛體積密度和吸水率。2、OGFC-13型排水瀝青混合料組成設計試驗在規(guī)范要求OGFC-13型級配范圍基礎上，對目標設計級配曲線進行優(yōu)化設計，通過馬歇爾試驗，確定最佳瀝青用量。并對OGFC-13型改性瀝青混合料生產(chǎn)配合比水穩(wěn)定性檢驗。三、計算說明1、礦料全體的合成毛體積相對密度rsbrsb=100/（P1/r1+P2/r2+Pn/rn）式中：P1 、P2 、Pn-各種礦料成分的配合比，其和為100；r1 、r2 、rn-各種礦料相應的毛體積相對密度，礦粉以表觀相對密度代替。2、礦料全

24、體的合成表觀相對密度rsarsa=100/（P1/r1+P2/r2+Pn/rn）式中：P1 、P2 、Pn-各種礦料成分的配合比，其和為100；r1 、r2 、rn-各種礦料按試驗規(guī)程方法測定的表觀相對密度。3、合成礦料的有效相對密度rserse= C×rsa +（1-C）×rsb式中：rse-合成礦料的有效相對密度；C-合成礦料的瀝青吸收系數(shù)；rsa -礦料的合成表觀相對密度；4、合成礦料的吸水率（%）WxWx=（1/ rsb -1/ rsa）×1005、試件的理論最大相對密度rti=(100+Pai)/(100/ rse )+(Pai/ rb)式中：rti -

25、相對于計算瀝青用量Pbi時瀝青混合料的最大理論相對密度，無量綱；Pai -所計算的瀝青混合料中的油石比，%；rse -礦料的有效相對密度，無量綱；rb-瀝青的相對密度（25/25），無量綱。6、連通空隙率（%） 游標卡尺測定的試件體積-（空中重量-水中重量）連通空隙率= ×100% 游標卡尺測定的試件體積7、試件的空隙率VV（%）VV=（1rf /r t）×100式中：r t-瀝青混合料的最大理論相對密度，無量綱。8、暫定油石比的計算方法見式（1）、式（2）：暫定油石比=假定瀝青膜厚度（1.1m）×礦料表面積 式（1）礦料表面積=(2+0.02a+0.04b+0.

26、08c+0.14d+0.3e+0.6f+1.6g)/48.74 式（2）式2中的a、b、c、d、e、f、g為累積通過質(zhì)量百分率，其與篩孔尺寸關系如表4.篩孔尺寸（mm）4.752.361.180.60.30.150.075篩孔累計通過百分率（%）abcdefg系數(shù)0.020.040.080.140.30.61.6四、試驗結果匯總（1）各種集料篩分試驗結果 表1孔徑(mm)16.013.29.54.752.361.180.60.30.150.0754#倉11-1610093.225.10.30.20.10.10.10.10.13#倉6-1110010091.51.90.30.20.10.10.1

27、0.12#倉3-610010010066.91.00.30.20.20.20.11#倉0-310010010099.793.678.658.922.66.31.6礦粉10010010010010010010010097.686.5（2）OGFC-13型排水瀝青混合料礦料級配范圍及設計結果 表2篩孔尺寸16.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075合成級配10096.963.319.114.613.011.07.45.64.6下限1009040121064332上限10010060302218151286 (3) OGFC-13型排水瀝青混合料設計級配曲線礦料配合比

28、表3規(guī)格4號熱倉料3號熱倉料2號熱倉料1號熱倉料礦粉摻配比例%45355105（4）SBS （I-D）改性瀝青試驗結果 表4項目檢測結果技術標準針入度（0.1mm，25）47.64060延度（5）33.0>20cm軟化點（）77.575相對密度1.028實測(5)、TPS性能主要指標性能主要成分熱塑性彈性體為主要成分，并經(jīng)過溶解性、粘著性改良形狀·外觀2mm左右顆粒狀，淡黃色標準添加量TPS：基質(zhì)瀝青=12：88（根據(jù)需要可增加添加量）比重0.96g/cm3礦料（粗、細集料及礦粉各項指標） 表5檢測項目4號熱倉料3號熱倉料2號熱倉料1號熱倉料礦粉表觀相對密度2.7672.767

29、2.7452.6742.694毛體積相對密度2.6392.6402.6212.5452.694壓碎值針片狀吸水率0.480.821.01.20.2粘附性5級5級砂當量75.369.5親水系數(shù)0.76（6）OGFC-13型排水瀝青混合料馬歇爾試驗 表6體積指標油石比（%）4.24.54.8礦料全體的相對密度rse2.7072.7072.707合成礦料的吸水率（%）Wx1.5001.5001.500全體礦料的毛體積相對密度rsb2.6442.6442.644礦料全體的合成表觀相對密度rsa2.7542.7542.754試件的理論最大相對密度rti2.5422.5232.503肯特堡飛散試驗8.48

30、.78.9析漏試驗0.120.190.30試件的毛體積密度rf(g/cm)2.0222.0362.047連通空隙率（%）14.515.916.4試件的空隙率Va（%）20.519.318.2（7）OGFC-13型排水瀝青混合料馬歇爾試驗結果匯總表 表7瀝青混合料結構類型油石比（%）毛體積密度(g/cm3)空隙率（%）連通空隙率穩(wěn)定度（KN）流 值（0.1mm）OGFC-134.22.02220.514.59.332.154.52.03619.315.99.362.224.82.04718.216.59.542.18技術要求18-25145-最佳油石比 OAC=4.5% Va=19.3% =2.036g/cm（8）、最佳油石比下謝倫堡析漏試驗(燒杯法) 試驗條件:試驗溫度185,保溫1小時后進行析漏試驗,試驗結果見表11。表9 析漏試驗結果級配類型油石比(%)析漏1(%)