沥青与沥青混合料读书报告
图2 连通空隙率同渗透系数的关系
日本的相关资料[36]也表明混合料的空隙率同渗透系数见有良好的线性相关关系，如图3所示。
图3 空隙率同渗透系数的关系图
2.1.3细观空隙特征与影响规律
长安大学蒋玮等[37]基于CT、图像处理及重构技术和室内试验分析了多孔沥青混合料细观空隙特征的表征。 结论如下：
（1）空隙大小对混合料的影响
采用表征空隙大小的参数空隙等效直径分析其对多孔沥青混合料性能的影响．随着空隙等效直径增大，混合料的飞散损失和动稳定度随之增大，吸声系数峰值随之减小．表明空隙率相近的多孔沥青混合料，其高温稳定性、抗飞散特性和降噪效果同细观空隙大小密切相关．
（2）空隙数量对混合料的影响
当混合料空隙率相近时，试件断面图像空隙总面积值相近，此时平均空隙数量与空隙等效直径之间呈反比关系．因此，飞散损失和动稳定度随断面平均空隙数量的增大而减小，吸声系数峰值随断面平均空隙数量的增加而增大。
共 18 页 第 9 页
毕业设计（论文）
（3）分形维数对混合料的影响
随着分形维数的增大，多孔沥青混合料抵抗飞散的能力和降噪效果增加，高温抗车辙性能降低。
2.2 配合比设计方法
配合比设计的目的是确定集料与粘结材料的最佳组合，作为路面结构的一部分，以提供长期的路用性能；设计良好的沥青混合料在各种交通荷载及环境作用下，可在设计的使用寿命期间正常使用。由于各国在路面功能上侧重点不同，因而在多孔沥青混合料的设计方法上也存在差异，没有一个统一的设计规范。以下介绍几种各国采用的多孔沥青混合料设计方法。 2.2.1 表面常数 Kc法
表面常数 Kc法并不是一种设计方法，而是美国某些州用来确定沥青用量的方法，只是该法在整个组成设计中最为特别，故以表面常数 Kc 法作为该材料组成设计方法的代称3839。该设计方法核心设计步骤是确定表面常数Kc。
首先，按照 AASHTO T270 测定集料的表面常数 Kc测定步骤如下：
（1）用四分法取 105g 粗集料试样，在加热板上或 110℃烘箱上烘至恒重，然后冷却至常温；
（2）取大约 100g 试样(精确至 0.lg)，放入一个金属漏斗，其上口直径为89mm，高 114mm，下口直径为2.7mm，并用1.2mm筛子封口；
（3）在常温下将试样完全浸入 S.A.E.10 号润滑油中5min（如果使用高吸水性集料，则浸没试样 30min）；
（4）试样在漏斗中沥干2min，在将装有试样的漏斗放在烘箱60℃再沥干15min； （5）将试样从漏斗中倒入已称重的盘中，冷却至常温，称重，精确至0.lg； （6）按下式计算含油率POR：
POR=
???????????
××100% 2.65??式中：SGa — 粗集料表观密度；
A — 试样烘干质量 B — 试样吸油后总质量。
当使用高吸水性集料时，在测定 POR 后，将试样倒在清洁而干燥的吸水性织物上，以得一个饱和面干条件。将样品从织物倒入己称重的盆中，再称取样品质量，采用下式计算吸油率 POA：
POA=
?????
×100% ??式中：A — 试样干质量；C — 试样饱和面干质量。
共 18 页 第 10 页
沥青与沥青混合料读书报告
则游离含油率POAA（%）为：
????????=?????????????
对于普通粗集料便面常数值KC，采用下式计算：
????=0.1+0.4??????
对于高吸水性集料，粗集料表面常数值 KCA的计算公式如下：
??????=0.1+0.4????????
2.2.2 美国 FHWA 设计方法
美国联邦公路管理局（FHWA）在1990年制定了“开级配抗滑表层（OGFC）混合料设计方法”[40]。设计时，初试沥青用量一般通过试算确定，计算时考虑沥青吸入集料内部的情况，要求测定集料的毛体积密度和表观密度，计算混合料所需的有效沥青用量及总沥青用量。混合料成型采取便携式电磁振动锤进行振动压实或振动台（3600rpm，振幅0.33×0.05mm）成型。计算振动后的单位重、粗集料空隙率（VCA）和细集料最佳用量。用确定的沥青用量，在沥青粘度为800Pa·S时的温度下拌和混合料，把混合料倒在硼硅酸玻璃板（直径为200～225mm）上迅速摊开，放进不低于107℃的烘箱内60min，观察板底状况。如在集料与玻璃板接触处有轻微的沥青印痕，表明沥青用量是合适的。否则应在更高或更低的拌和温度下重复这个实验，以达到要求的接触印痕。如果拌和温度低到集料的干燥温度仍有析漏，那么应选择较高粘度的沥青。然后对设计混合料进行浸水抗压试验检验，在49℃浸水4d后，测定抗压强度残留强度指标应不低于50，否则应采取措施提高粘附力以获得足够的残留强度。
在FHWA将此设计方法向各州推荐使用的过程中，逐渐发现存在以下一些缺陷： （1）FHWA 推荐的混合料最大公称粒径为9.5mm，混合料的最大粒径较小，集料偏细，空隙率偏小，导致沥青用量偏大，因而其强度、稳定性不好。
（2）确定最佳沥青用量时，没有考虑到不同种类的沥青及添加剂在集料表面所形成的沥青膜厚度的不同，使用经验公式和图表计算得到的结合料用量不大合适。
（3）在沥青混合料性能验证上，仅采用浸水抗压残留强度指标来进行评价是不充分的。现在这套FHWA于1990年制定的设计方法己经很少使用，近年来，美国吸取了欧洲、日本等国的经验，对OGFC混合料设计的某些方面进行了改进，出现了OGFC级配变粗，设计空隙率变大，普遍使用改性沥青、使用纤维添加剂等改善措施的趋势。美国全国沥青技术中心（NCAT）在总结己有经验的基础上，于2000年完成了新型OGFC混合料设计方法的研究。主要成果如下：
（1）为防止混合料在施工过程中发生沥青流淌现象，普遍要求使用橡胶改性沥青，而且对沥青胶结料要求具有足够的耐老化性。
（2）在混合料级配设计上，优先推荐使用最大公称粒径为12.5mm和16.0mm的级配组成，设计空隙率约在20％左右。
共 18 页 第 11 页
毕业设计（论文）
（3）在设计时引进了Superpave设计中的旋转压实成型方法来模拟混合料现场的压实效果。
（4）借鉴了SMA配合比设计理念：透水性沥青混合料必须具有相互嵌挤紧密的石-石骨架结构；填充粗集料骨架间隙的沥青胶浆必须使结构内部空隙率达到要求范围内。
（5）开发了新的抽真空装置，利用塑料薄膜密封试件后测量体积，并以此计算空隙。 （6）引进了欧洲的磨耗试验并对其作了改进。除常规飞散试验外，为了模拟现场的沥青老化，将试件放入64℃的烘箱中保持7天，然后在25℃温度下保持至少4小时后进行飞散试验。其他的试验方法不变，以此评价沥青混合料老化后的抗磨耗性能。
（7）对原来析漏试验所采用的网篮法进行改进。为了保证只有沥青可以通过筛孔流淌出来，将网篮的筛孔尺寸由原来的4.75mm改为2.36mm。这样在2.36mm至4.75mm之间的细集料不会流出筛孔，避免了其对析漏试验结果的影响。 2.3.3 西班牙设计方法
西班牙透水性沥青混合料设计依据[19][41]：
（1）避免沥青流淌，且混合料内要有良好耐久性的最大沥青含量；
（2）确保抵抗因交通引起的颗粒松散，且要有足够的沥青膜厚以包裹集料的最小沥青含量。抵抗颗粒松散是以Cantabro磨耗试验进行分析，试件以马歇尔击实仪每面各击50下，为考虑耐久性，最小沥青含量进行限制，设计沥青含量由表2决定。
表2 决定设计沥青含量的指标要求
沥青含量
混合料性质 抵抗颗粒松散试验（%）
最小
耐久性（沥青含量，%）
沥青流淌
最大
降噪性（空隙率，%）
20 >4.5 - 指标要求 <25
2.2.4 比利时设计方法
比利时所采用的规范由比利时公路研究中心（Belgian Road Research Centre，简称BRRC）所建议[19][41]，主要考虑空隙率及低噪声，规范如表3所示。
表3 比利时透水性沥青混合料设计规范
共 18 页 第 12 页
沥青与沥青混合料读书报告
2.2.5 日本道路协会设计方法
日本道路协会设计方法日本在上世纪80年代从国外引进时，曾原封不动的采用了美国的方法来进行设计。但发现此种路面早期破坏现象十分严重，而且透水、降噪功能的减退也很快。因此，为了使路面的透水功能与降低噪音效果更加持久，日木开始进行适合本国气候和交通条件的的研究和开发工作，目前己形成较为完善的透水性沥青混合料设计方法
[42][43][44]
。
1992年日本道路协会出台了相应的标准以及《透水性铺装技术指针(案)》，1999年日本道路公团作出规定，要求今后所有新建或改建的高速公路面层都要采用排水性铺装。指针指出：排水性沥青混合料因在马歇尔稳定度试验时与普通沥青混合料表现不同，用马歇尔试验进行混合料的配合比设计并不合适，但仍可作为参考的试验；同时趋向于尽量多使用沥青，提高沥青油膜厚度，用以确保路面强度，因此，最佳沥青用量一般即为析漏试验确定的最大沥青用量。指针同时指出，排水功能层的厚度一般宜在4～5cm，但也可随功能要求的不同适当增减其厚度，混合料要求具有抗磨耗、抗水损坏、耐久性好及抗车辙变形好等特点，因此多使用高粘度改性沥青。在配合比设计上，在借鉴欧洲设计方法的基础上，仍然采用马歇尔体积法以求得适宜的空隙率，并以车辙试验来评价混合料的高温稳定性。
由于美国 FHWA 的设计方法过于繁琐，在透水性沥青混合料沥青用量的确定方法中，一般认为日本现在采用的设计方法已比较完善，且较为简单。因此国内的几条多孔排水沥青路面中主要吸收借鉴了日本的成功经验进行了配合比设计。
日本透水沥青混合料配合比设计步骤如图4：
共 18 页 第 13 页
相关推荐：
loading