论文部分内容阅读
摘要：我国自上世纪80年代末以来，公路建设得到了迅猛发展，取得了举世瞩目的成就。在交通荷载、环境、路面结构和材料自身缺陷等因素的影响下，路面经常发生早期损坏，为解决此类问题，研发了大粒径透水性沥青混合料（Large Stone Porous asphalt Mixture，简称LSPM），很好的解决了路面早期破坏问题。
关键词：公路 路面 大粒径 透水性 沥青混合料 LSPM
1 背景
1.1公路现状
我国自上世纪80年代末以来，公路建设得到了迅猛发展，取得了举世瞩目的成就。根据交通运输部最新公布的数据，到2010年底，全国已建成通车的公路总里程达到398.4万公里，其中高速公路通车里程已达7.4万公里、农村公路（县、乡、村）通车里程达到345万公里，我国高速公路大部分为半刚性基层，高速公路路面设计年限为15年，但调查结果表明：部分高速公路在通车2～5年间就出现大面积的损坏。
半刚性基层沥青路面典型路面结构
1.2沥青路面早期损坏的原因分析
路面损坏的原因是多方面的，有设计、施工、材料、超载车辆等，更主要的原因是路面结构层本身存在的设计缺陷引起的，比如发射裂缝、水损坏等。
半刚性基层材料易出现干缩开裂和温度开裂，引起沥青面层的反射裂缝，同时由于半刚性基层的致密性，无法排除沥青面层中渗入的水分，在水分和荷载的作用下，易造成基层表面的冲刷、唧浆及沥青混合料的水损。研究表明：随着行车速度的增加，路面表面的动水压力随之增加，如果沥青面层中的水分无法排除，则渗入半刚性基层顶面的水在动水压力作用下，基层会受到严重的冲刷，使基层出现水损坏，从而使沥青路面面层出现发射裂缝。采用LSPM新型路面结构很好的解决了上述路面损坏问题。[1]
2 LSPM材料组成
2.1 粗集料
LSPM用粗集料指轧制的坚硬岩石，应洁净、干燥、表面粗糙，质量应符合下表规定。当单一规格集料的质量指标达不到表中要求，而按照沥青混合料中各种规格粗集料的比例计算的质量指标符合要求时，工程上允许使用。对受热易变质的集料，宜采用经拌和机烘干后的集料进行检验。
表2.1 粗集料质量技术要求
注：坚固性试验可根据需要进行。
2.2 细集料
2.2.1 LSPM用细集料包括石屑、机制砂和天然砂。采用反击式或锤式破碎机生产的硬质岩集料经过筛选的小于2.36mm的部分具有较好的棱角性，可以作为机制砂使用。LSPM宜采用机制砂。细集料必须由具有生产许可证的采石场或采砂场生产。
2.2.2 细集料应洁净、干燥、无风化、无杂质，并有适当的颗粒级配，其质量应符合表2.2的规定。细集料的洁净程度以砂当量（适用于0～4.75mm）或亚甲蓝值（适用于0～2.36mm或0～0.15mm）表示。
表2.2 细集料质量要求
2.2.3 石屑是采石场破碎石料时通过4.75mm或2.36mm的晒下部分，采石场在生产石屑的过程中应具备抽吸设备，杜绝覆盖层或夹层的泥土混入石屑中。
2.3 填料
LSPM采用的填料为干燥消石灰粉或生石灰粉，石灰粉应干燥、洁净，能自由地从粉仓中流出，其质量应满足《公路路面基层施工技术规范》中Ⅲ级钙质消石灰或生石灰技术要求，并应满足表2.3要求。
表2.3 填料技术要求
2.4 沥青胶结料
2.4.1 LSPM应采用粘度较高的沥青作为胶结料，宜采用多级沥青结合料，其质量应符合表2.4规定的技术要求。
2.4.2 LSPM可以采用SBS改性沥青、其他改性沥青和普通沥青，当采用SBS改性沥青或普通沥青时宜添加纤维稳定剂。SBS改性沥青、其他改性沥青与普通沥青应满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40）技术要求。
2.4.3 制造改性沥青的基质沥青应与改性剂有良好的配伍性，其质量应满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40）中道路石油沥青A级技术要求。
表2.4 多级沥青结合料技术要求
注：表中常规指标现场做，其他指标可根据监理而定，动力粘度只有在有条件时才要求测定，用毛细管法测定；老化试验采用旋转薄膜烘箱试验（RTFOT）为准，允许采用薄膜加热试验（TFOT）代替，但必须在报告中注明，且不得作为仲裁结果。
2.4.4 改性沥青宜在固定工厂或在现场设厂集中制作，也可在拌和厂现场边制作边使用。
2.4.5 现场制作的改性沥青宜随配随用，需作短时间保存时，或运送到附近的工地时，使用前必须搅拌均匀，在不发生离析的状态下使用。改性沥青制作设备必须设有随机采集样品的取样口，采集的试样宜立即在现场灌模。
2.4.6 工厂制作的成品改性沥青到达施工现场后存贮在改性沥青罐中，改性沥青罐中必须加搅拌设备并进行搅拌，使用前改性沥青必须搅拌均匀。在施工过程中应定期取样检验产品质量，发现离析等质量不符要求的改性沥青不得使用。
3 LSPM配合比
LSPM不同于ATB与ATPB，配比设计时应充分考虑LSPM的单粒径骨架连通空隙结构。
3.1 矿料级配
LSPM公称最大粒径不小于26.5mm，其级配与原材料的性能有关，可按表3.1选用级配范围。
表3.1 LSPM推荐级配范围（通过率，%）
3.2 混合料设计
3.2.1 LSPM应采用大型马歇尔成型方法或旋转压实仪成型方法，具体成型参数见表3.2.1、表3.2.2
表3.2.1 大型马歇尔击实仪成型参数
表3.2.2 旋转压实仪成型参数
3.2.2 试件毛体积相对密度的测定应采用实测法或体积法，实测法采用自动真空密封设备实测试件体积，体积法为通过量测试件的直径与高度计算试件的体积。
3.2.3 最佳沥青含量确定
LSPM最佳沥青用量确定采用沥青膜厚度、设计空隙率并综合析漏与飞散试验方法确定，大型马歇尔设计方法配合比设计技术要求应满足表3.2.3规定。
表3.2.3 大型马歇尔设计方法技术要求
3.3 性能检测
3.3.1 高温性能检验
LSPM应进行高温稳定性检验，高温稳定性检验宜采用车辙试验，评价指标为动稳定度，车辙试件采用8cm厚度，试验方法按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》，要求动稳定度不小于2600次/mm。
3.3.2 渗透性能
配合比设计应检验其渗透性能，渗透性能采用渗透系数评价，LSPM要求渗透系数不小于0.01cm/s。
4 LSPM结构组合设计
4.1 适用条件
4.1.1 LSPM可用于新建公路、沥青路面补强、水泥路面的改造加铺。
4.1.2 在路面结构中，LSPM作为过渡层，兼有承重、抵抗反射裂缝以及排出渗入路面结构内部水分的功能。
4.1.3 LSPM用于旧路补强的直接加铺层，需先对原路况进行评定，评定依据按《公路技术状况评定标准》（JTG H20）进行。原路面的PCI不宜小于80；同时，对于原水泥路面，其DBI值不宜超过20%，对于原沥青路面，当量回弹模量不宜小于150MPa。
4.2 结构组合设计
4.2.1 结构组合原则
1、对LSPM-25结构层厚度宜为（8～12）cm。
2、对LSPM-30结构层厚度宜为（10～15）cm。
3、进行含LSPM的路面结构组合设计时，应进行结构的受力分析和计算。在没有经验的情况下，可根据推荐结构组合进行选择，然后进行受力验算分析。
4、在进行结构组合设计前，应对LSPM沥青混合料的抗压回弹模量进行测试，没有试验条件的，可参考采用推荐值，推荐值为（500-800）MPa。
4.2.2 排水设计
1、LSPM结构层兼有排水层功能，应根据《公路排水设计规范》排水技术要求进行排水能力验证。
2、LSPM结构层下应设置下封层，下封层宜采用单层式沥青表面处治方法，沥青结合料應采用热普通沥青或热改性沥青，沥青洒布量为（1.4～1.6）kg/m2 ，然后洒布沥青用量为（0.3～0.5）%的预拌（5～10）mm碎石，洒布量为（6～8）kg/m2 。在新建半刚性基层上设置下封层时，透层油不宜省略。
3、采用LSPM作为柔性基层时，应对路肩进行特殊设计，可以采用碎石路肩或在硬路肩设置排水渗沟，使渗入路面结构的水份能够顺利排出。
4、路面维修工程中对单车道进行维修采用LSPM作为柔性基层时，应在LSPM底部设置排水管，可采用边部打孔的形式，排水管间距宜为（20～30）m，并在竖曲线底部进行加密至间距（10～15）m。
5、路肩设计采用碎石路肩时，LSPM结构层与碎石路肩相连。碎石路肩宜采用单粒径碎石，要求自LSPM结构层以下开始填筑，厚度要大于LSPM结构层厚度。单粒径碎石采用轧制碎石，级配应满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40）中S7或S9要求
参考文献：
[1]黄晓明.大粒径透水性沥青混合料（LSPM）的研发与应用
[2]《大粒径透水性沥青混合料应用技术规程》（DB37/T1161-2009）山东省地方标准
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：公路 路面 大粒径 透水性 沥青混合料 LSPM
1 背景
1.1公路现状
我国自上世纪80年代末以来，公路建设得到了迅猛发展，取得了举世瞩目的成就。根据交通运输部最新公布的数据，到2010年底，全国已建成通车的公路总里程达到398.4万公里，其中高速公路通车里程已达7.4万公里、农村公路（县、乡、村）通车里程达到345万公里，我国高速公路大部分为半刚性基层，高速公路路面设计年限为15年，但调查结果表明：部分高速公路在通车2～5年间就出现大面积的损坏。
半刚性基层沥青路面典型路面结构
1.2沥青路面早期损坏的原因分析
路面损坏的原因是多方面的，有设计、施工、材料、超载车辆等，更主要的原因是路面结构层本身存在的设计缺陷引起的，比如发射裂缝、水损坏等。
半刚性基层材料易出现干缩开裂和温度开裂，引起沥青面层的反射裂缝，同时由于半刚性基层的致密性，无法排除沥青面层中渗入的水分，在水分和荷载的作用下，易造成基层表面的冲刷、唧浆及沥青混合料的水损。研究表明：随着行车速度的增加，路面表面的动水压力随之增加，如果沥青面层中的水分无法排除，则渗入半刚性基层顶面的水在动水压力作用下，基层会受到严重的冲刷，使基层出现水损坏，从而使沥青路面面层出现发射裂缝。采用LSPM新型路面结构很好的解决了上述路面损坏问题。[1]
2 LSPM材料组成
2.1 粗集料
LSPM用粗集料指轧制的坚硬岩石，应洁净、干燥、表面粗糙，质量应符合下表规定。当单一规格集料的质量指标达不到表中要求，而按照沥青混合料中各种规格粗集料的比例计算的质量指标符合要求时，工程上允许使用。对受热易变质的集料，宜采用经拌和机烘干后的集料进行检验。
表2.1 粗集料质量技术要求
注：坚固性试验可根据需要进行。
2.2 细集料
2.2.1 LSPM用细集料包括石屑、机制砂和天然砂。采用反击式或锤式破碎机生产的硬质岩集料经过筛选的小于2.36mm的部分具有较好的棱角性，可以作为机制砂使用。LSPM宜采用机制砂。细集料必须由具有生产许可证的采石场或采砂场生产。
2.2.2 细集料应洁净、干燥、无风化、无杂质，并有适当的颗粒级配，其质量应符合表2.2的规定。细集料的洁净程度以砂当量（适用于0～4.75mm）或亚甲蓝值（适用于0～2.36mm或0～0.15mm）表示。
表2.2 细集料质量要求
2.2.3 石屑是采石场破碎石料时通过4.75mm或2.36mm的晒下部分，采石场在生产石屑的过程中应具备抽吸设备，杜绝覆盖层或夹层的泥土混入石屑中。
2.3 填料
LSPM采用的填料为干燥消石灰粉或生石灰粉，石灰粉应干燥、洁净，能自由地从粉仓中流出，其质量应满足《公路路面基层施工技术规范》中Ⅲ级钙质消石灰或生石灰技术要求，并应满足表2.3要求。
表2.3 填料技术要求
2.4 沥青胶结料
2.4.1 LSPM应采用粘度较高的沥青作为胶结料，宜采用多级沥青结合料，其质量应符合表2.4规定的技术要求。
2.4.2 LSPM可以采用SBS改性沥青、其他改性沥青和普通沥青，当采用SBS改性沥青或普通沥青时宜添加纤维稳定剂。SBS改性沥青、其他改性沥青与普通沥青应满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40）技术要求。
2.4.3 制造改性沥青的基质沥青应与改性剂有良好的配伍性，其质量应满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40）中道路石油沥青A级技术要求。
表2.4 多级沥青结合料技术要求
注：表中常规指标现场做，其他指标可根据监理而定，动力粘度只有在有条件时才要求测定，用毛细管法测定；老化试验采用旋转薄膜烘箱试验（RTFOT）为准，允许采用薄膜加热试验（TFOT）代替，但必须在报告中注明，且不得作为仲裁结果。
2.4.4 改性沥青宜在固定工厂或在现场设厂集中制作，也可在拌和厂现场边制作边使用。
2.4.5 现场制作的改性沥青宜随配随用，需作短时间保存时，或运送到附近的工地时，使用前必须搅拌均匀，在不发生离析的状态下使用。改性沥青制作设备必须设有随机采集样品的取样口，采集的试样宜立即在现场灌模。
2.4.6 工厂制作的成品改性沥青到达施工现场后存贮在改性沥青罐中，改性沥青罐中必须加搅拌设备并进行搅拌，使用前改性沥青必须搅拌均匀。在施工过程中应定期取样检验产品质量，发现离析等质量不符要求的改性沥青不得使用。
3 LSPM配合比
LSPM不同于ATB与ATPB，配比设计时应充分考虑LSPM的单粒径骨架连通空隙结构。
3.1 矿料级配
LSPM公称最大粒径不小于26.5mm，其级配与原材料的性能有关，可按表3.1选用级配范围。
表3.1 LSPM推荐级配范围（通过率，%）
3.2 混合料设计
3.2.1 LSPM应采用大型马歇尔成型方法或旋转压实仪成型方法，具体成型参数见表3.2.1、表3.2.2
表3.2.1 大型马歇尔击实仪成型参数
表3.2.2 旋转压实仪成型参数
3.2.2 试件毛体积相对密度的测定应采用实测法或体积法，实测法采用自动真空密封设备实测试件体积，体积法为通过量测试件的直径与高度计算试件的体积。
3.2.3 最佳沥青含量确定
LSPM最佳沥青用量确定采用沥青膜厚度、设计空隙率并综合析漏与飞散试验方法确定，大型马歇尔设计方法配合比设计技术要求应满足表3.2.3规定。
表3.2.3 大型马歇尔设计方法技术要求
3.3 性能检测
3.3.1 高温性能检验
LSPM应进行高温稳定性检验，高温稳定性检验宜采用车辙试验，评价指标为动稳定度，车辙试件采用8cm厚度，试验方法按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》，要求动稳定度不小于2600次/mm。
3.3.2 渗透性能
配合比设计应检验其渗透性能，渗透性能采用渗透系数评价，LSPM要求渗透系数不小于0.01cm/s。
4 LSPM结构组合设计
4.1 适用条件
4.1.1 LSPM可用于新建公路、沥青路面补强、水泥路面的改造加铺。
4.1.2 在路面结构中，LSPM作为过渡层，兼有承重、抵抗反射裂缝以及排出渗入路面结构内部水分的功能。
4.1.3 LSPM用于旧路补强的直接加铺层，需先对原路况进行评定，评定依据按《公路技术状况评定标准》（JTG H20）进行。原路面的PCI不宜小于80；同时，对于原水泥路面，其DBI值不宜超过20%，对于原沥青路面，当量回弹模量不宜小于150MPa。
4.2 结构组合设计
4.2.1 结构组合原则
1、对LSPM-25结构层厚度宜为（8～12）cm。
2、对LSPM-30结构层厚度宜为（10～15）cm。
3、进行含LSPM的路面结构组合设计时，应进行结构的受力分析和计算。在没有经验的情况下，可根据推荐结构组合进行选择，然后进行受力验算分析。
4、在进行结构组合设计前，应对LSPM沥青混合料的抗压回弹模量进行测试，没有试验条件的，可参考采用推荐值，推荐值为（500-800）MPa。
4.2.2 排水设计
1、LSPM结构层兼有排水层功能，应根据《公路排水设计规范》排水技术要求进行排水能力验证。
2、LSPM结构层下应设置下封层，下封层宜采用单层式沥青表面处治方法，沥青结合料應采用热普通沥青或热改性沥青，沥青洒布量为（1.4～1.6）kg/m2 ，然后洒布沥青用量为（0.3～0.5）%的预拌（5～10）mm碎石，洒布量为（6～8）kg/m2 。在新建半刚性基层上设置下封层时，透层油不宜省略。
3、采用LSPM作为柔性基层时，应对路肩进行特殊设计，可以采用碎石路肩或在硬路肩设置排水渗沟，使渗入路面结构的水份能够顺利排出。
4、路面维修工程中对单车道进行维修采用LSPM作为柔性基层时，应在LSPM底部设置排水管，可采用边部打孔的形式，排水管间距宜为（20～30）m，并在竖曲线底部进行加密至间距（10～15）m。
5、路肩设计采用碎石路肩时，LSPM结构层与碎石路肩相连。碎石路肩宜采用单粒径碎石，要求自LSPM结构层以下开始填筑，厚度要大于LSPM结构层厚度。单粒径碎石采用轧制碎石，级配应满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40）中S7或S9要求
参考文献：
[1]黄晓明.大粒径透水性沥青混合料（LSPM）的研发与应用
[2]《大粒径透水性沥青混合料应用技术规程》（DB37/T1161-2009）山东省地方标准
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。