沥青稳定碎石排水基层ATPB混合料设计.docx
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沥青稳定碎石排水基层ATPB混合料设计
沥青稳定碎石排水基层（ATPB）混合料设计
沥青稳定碎石排水基层（ATPB）混合料设计
第7卷第1期
2010年2月
现代交通技
ModemTransportationTechnology
Feb.2010
沥青稳定碎石排水基层（ATPB）混合料设计
臧立丹,倪大尧,陈李峰
（1.江苏省锡山经济开发区,江苏无锡214101;
2.无锡市锡山区公路管理处,江苏无锡214101;3江苏省交通科学研究院股份有限公司,江苏南京210017）
摘要:
对沥青稳定碎石排水基层混合料设计进行了探讨,提出了相应的成型方法,级配范围,沥青用量确定方
法,性能验证指标等,可供同类项目ATPB混合料设计时参考.
关键词:
沥青路面;沥青稳定碎石排水基层;成型方法;级配范围
中图分类号:
U416.02文献标识码:
B文章编号:
1672—9889（2010）01—0025—04
ResearchontheDesignofAsphaltTreatedPermeableBase
ZangLidan,NiDayao,ChenLifeng3
（1.XishanEconomicDevelopmentDistrictofJiangsuProvince,Wuxi214101,China;2.XishanHighwayManagementof
wuxiCity,Wuxi214101,China;3.JiangsuTransportationResearchInsititueCo.,Ltd,Nanjing210017,China）
Abstract:
Inthispaper,thedesignofATPBisdiscussed,the~rmingmethod,gradinglimit,determiningmethodfor
asphaltcontentandperformanceverificationindexesarepresented.Theresearchresultswouldbereferedbythedesigns
ofATPBforsimilarprojects.
Keywords:
asphaltpavement;asphalttreatedpermeablebase;formingmethod;gradinglimit
由面层进入路面结构内的水分是造成路面早
期破坏的主要原因,而通过设置排水基层,可以迅
速地将渗入路面结构内的水分排到路面结构外.从
而减少水对路面结构的破坏,延长路面使用寿命.
美国联邦公路局的设计指南（1973）中规定对所有
重要的路面结构都设置内部排水系统.
沥青稳定碎石排水基层（简称ATPB）是一种空
隙率较大的沥青混合料,设计空隙率>18%,具有良
好的透水能力及一定的稳定性和耐久性,是国外应
用较多的一种排水基层类型本文结合江苏省公路
建设实际情况对沥青稳定碎石排水基层（ATPB）的
设计方法进行了研究探讨.
1ATPB原材料技术要求
1.1沥青
对美国ATPB应用的文献资料调研发现,美国
同时存在3个沥青等级标准,即针入度级标准
PEN.原样沥青60%粘度级标准AC和RTFOT老化
后的粘度级标准AR.对于这3种沥青标准,AC20
和AR8000大致相当于PEN70,即我国的AH70.根
据这种情况和美国各州的使用经验,并考虑到
ATPB用于基层,对于沥青的要求相对面层较低,我
国的70#道路石油沥青可满足ATPB的使用要求.
1.2集料
对于集料,美国各州最初并没有要求使用碎石.
后来出于稳定性的考虑,目前几乎所有州规定使用
碎石,并限制使用有害集料.绝大部分州对石料的抗
磨耗性有要求.其中一个州为了保证集料的质量,甚
至限制ATPB只能使用某种特定集料.对于集料压
碎的要求是有效减小最初的不稳定问题的方法.
根据目前江苏省的路面石料的质量状况,实际
使用过程中.可参考江苏省高速公路沥青路面中下
面层对集料的技术要求进行ATPB集料质量控制.
但需注意的是,ATPB基层在水的作用下易发
生沥青剥离的问题.路易斯安娜,田纳西,南卡罗里
那等几个州均利用水煮法（ASTMD3625）检验集料
与沥青的粘附性.为了提高沥青混合料的水稳定
性.建议在选择ATPB基层的集料时,要求粘附性需
作者简介:
臧立丹（1976一）,男,江苏无锡人,工程师,主要从事工程招标工作.
?
26?
现代交通技术2010生
达到5级.
1.3填料
ATPB中采用矿粉作为填料,要求采用石灰岩
碱性石料经磨细得到的矿粉.矿粉必须干燥,清洁,
矿粉质量技术要求应满足江苏省高速公路沥青路
面面层用矿粉的技术要求,拌和机回收的粉料不得
用于拌制ATPB混合料.
2ATPB成型方法选择
目前,沥青混合料的成型方法包括马歇尔击实
成型法和旋转压实成型法（SGC,GTM）2种,对于任
何一种沥青混合料,试件的成型方法应该尽可能模
拟施工现场的成型方式.
2.1不同成型方法的研究
本文在室内分别采用马歇尔击实法和旋转压
实法进行对比研究.根据《公路沥青路面设计规范》
粒径沥青碎石采用大马歇尔的方法,双面击实112
次进行成型,旋转压实成型则采用50次压实.
结果显示.上述2方法所得试件空隙率分别为
21%,20%,空隙率基本相当,说明压实功基本相当.
但从成型后的试件切开进行比对发现.可以较明显
看出马氏112次的成型方法对集料的破坏较为严
重,见图1和图2.
一一图1马氏l12次双面击实图2旋转压实50次试件
试件剖面图剖面图
因此,建议采用旋转压实50次的方法作为
ATPB混合料配合比设计时采用的成型方法.
2.2不同旋转压实次数研究
本文首先采用100次进行旋转压实,试验结果
发现,100次旋转压实的试件不论表面还是内部,破
碎现象比较严重,这说明了这种骨架型结构的
ATPB混合料压实功不宜过大,100次的旋转压实次
数不合适.
本文之后选取一组级配（按照美国加州的级配
范围）,见表1,按设计沥青用量2.4%采用75次和
50次分别成型试件（成型温度控制在140～145℃之
间）,检测空隙率.
试验结果显示,75次旋转压实的试件破碎相对
明显.且高度与5O次比较接近,分别为135.6mm
当.说明这种级配的5O次旋转压实后,试件已基本
压实,50次以后压实效果不明显,此时再增加压实
功且易造成石料破碎.
另外,根据文献[4]中对于排水式开级配基层
（ATPB）的配合比设计技术标准规定.采用大马歇尔
来看.双面击实112次的马歇尔击实成型方法与5O
次旋转压实成型的击实功相当,此时,如果希望通
过减少马歇尔击实次数来减少集料的破碎则会降
低室内击实功,如双面击实75次,混合料可能达不
到应有的压实程度.
结合上述试验结果.建议ATPB的试件成型时.
若采用旋转压实仪（SGC）,其旋转压实次数为50次.
3ATPB级配选择
美国各州的ATPB级配差别很大,最大公称粒
的耐久性能,满足排水的要求兼顾施工的均匀性,
本文选择对最大公称粒径为19mm的ATPB20进
行试验研究.考察美国各州的ATPB,4.75mm通过
率有的为0～10%,有的为10%～25%.有的达到
45%.新泽西州的级配4.75～9.5mm档的集料特别
多,而4.75的通过率为15%～25%.具有代表性的级
配范围为加州和新泽西州,见表2.
表2加州和新泽西州ATPB的级配范围
级配堡堕竺
Califomia10010090—10o20—45O～1O0～2
NewJersey10095~10060-9015~252~102-5
（2）
注:
加2%矿粉.
的通过率有较大的差别.
对于ATPB的要求,是保证在长期使用过程中
具有良好的透水能力.并具有一定的稳定性和耐久
性.在进行级配选择时主要考虑的要点就是在保证
计过程中应充分考虑结构承载能力.并且这个指标
一一
一一5
二
一配一级
第1期臧立丹,等:
沥青稳定碎石排水基层（ATPB）混合料设计?
27?
也是设计的一个关键指标.本文主要通过无侧限抗
压强度以及回弹模量为控制指标对级配进行选择.
在进行ATPB的级配选择方法确定的过程中.
以4.75mm不同的通过率在满足空隙率要求的前
提下,参照国外常用的ATPB级配范围,确定了7组
级配进行了室内试验.所选级配曲线图见图3,成型
方法采用旋转压实50次,试验结果见表3.
.1j{L
嘲
筛~L/mm
图3试验用的ATPB一20不同级配
表3ATPB不同级配试验结果
课题组着重从不同级配4.75mm以上各档筛孔
的不同通过率对抗压强度的影响进行了分析,见图4.
从图4中可以看出,各筛孔通过率对ATPB的
抗压强度都有较明显的影响,抗压强度与各筛网通
过率的关系呈开口向下的抛物线关系.级配设计过
明显,但通过率过大会降低混合料的抗压强度.
当然,各筛孑L之间都有互相的影响,ATPB的抗
压强度与混合料的整体级配有很大关系,要达到最
佳性能必须使各种粒径的集料处于最佳的互相嵌
挤状态.上述对于各筛孔通过率对ATPB抗压强度
影响的分析可以作为级配选择时的参考.
文献『41中的ATPB采用了较大的粒径,即
ATPB一25,ATPB一30,ATPB一40.本文在ATPB一25基
率,允许ATPB级配中含有一定的细集料,并在满足
其排水能力的情况下,对其结构承载能力提出了一
塞
骥
13.2mm通过率/%
fC）
图4不同筛网通过率对抗压强度的影响
过率.增加19mm,26.5mm通过率,可以在空隙率
相同的前提下,使沥青混合料中的空隙分布更加均
匀,对ATPB的使用耐久性,防止空隙堵塞有一定的
帮助.在此基础上提出了推荐的ATPB一20级配范
围.本文推荐的ATPB一20与我国现行规范ATPB一
25的级配范围比较见图5.
冰
褂
图5ATPB级配范围比较
另外,由于ATPB起到排除路面结构中水分的
作用,必须考虑其抗剥落能力.而沥青混合料中,沥
青和矿粉才是真正的胶结料,适当提高矿粉用量可
以增加沥青膜厚度,提高沥青的劲度,从而提高沥
青混合料的抗剥落能力.因此,本文认为应适当考
虑添加矿粉,并提高了0.075mm筛孔的通过率.
4ATPB性能验证
沥青稳定排水基层（ATPB）是一定级配的集料
与沥青胶结在一起,形成具有稳定结构的多孔沥青
一
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28?
现代交通技术2010年
混合料.参考美国ATPB的应用,对于ATPB的要
求,首先是保证在长期使用过程中具有良好的透水
能力,并具有一定的稳定性和耐久性.在文献[4]中
ATPB的设计技术标准只对体积性质做了规定（空隙
率和VMA）,但考虑到我国的实际情况,ATPB应同时
满足其他的性能要求.因此,在ATPB混合料设计时,
应结合其层位和功能要求,对这几方面进行考虑.
（1）透水能力.沥青稳定碎石排水层材料的组
成设计,应首先满足排水的要求.依据美国的研究
经验.排水层透水材料的设计渗透系数k一般采用
0.18～0.36cm/s:
考虑到试验和施工因素,室内试验
的k值通常在0.4—2.0cm/s范围内取用.常用的是
0.8—1.2~m/s（690～1037m/d）.文献[3]建议透水材料的
渗透系数不得小于0.35cm/s.
透水能力主要靠大空隙率来保证,根据本文研究,
控制空隙率在l8925%时,可满足其透水能力要求.
（2）结构功能.对于ATPB的结构功能,通常有
2种考虑方法.一种是在结构设计时考虑ATPB的
结构承载能力,另一种是不考虑其结构承载能力.
从江苏省公路交通状况来看,在ATPB设计过程中
考虑ATPB的结构承载能力是有必要的,这个指标
也是设计的一个关键指标,可通过抗压强度,静态
抗压模量进行评价,将抗压强度和抗压回弹模量作
为ATPB的强度指标.
本文研究过程中对21个ATPB级配（空隙率为
20%一25%）进行了抗压强度试验,从试验结果来看,
ATPB抗压强度在0.65～1.93MPa之间,76%的点超
过1MPa,大多数抗压强度值为1.0～1_3MPa之间.
课题组选择3种ATPB级配进行了抗压强度和
弹模量为476503MPa.
表4ATPB回弹模量
因此,根据研究结果,确定ATPB的无侧限抗
压强度应大于1.0MPa,设计抗压回弹模量可采用
300MPa.
（3）耐久性.ATPB的耐久性主要指其抗水剥落
的性能,对此,美国各州的考虑不同,有的州不予考
虑,没有相应的水稳定性试验指标.对于考虑水稳
定性的各个州,有的检验集料的粘附性,有的检验
沥青混合料的水稳定性.路易斯安娜,田纳西,南卡
罗里那等几个州利用水煮法（ASTMD3625）检验集
料与沥青的粘附性:
新泽西,俄勒冈2个州则采用
浸水抗压强度试验（AASHTOT165）.华盛顿州采用
改进的Lottmen试验方法.相当于我国的冻融劈裂
试验,加州采用不同加载条件下,20℃水浴浸水3d
和10d的动态回弹模量损失.
但近年来也有研究指出,常规的性能试验以及
马歇尔稳定度等都是针对密级配沥青混合料的,对
于ATPB这样的大空隙率沥青混合料未必适用.因
此,ATPB的性能试验方法仍需进一步确定,在没有
合适的试验方法之前,可以采用常规的性能试验作
为配合比设计的参考指标,但不应该作为控制指
标.其试验结果的技术指标也应进一步确定,不宜
按照密级配沥青混合料的标准作为要求.本文采用
抗压强度和抗压回弹模量作为ATPB的强度指标,
因此,主要参考"浸水抗压强度试验"（AASHTO
T165）来作为评价ATPB水稳定性的性能指标.根据
本文研究,浸水残留抗压强度比应大于70%.
5结论
参考国外常用ATPB的级配范围,结合室内试
验,提出了ATPB的级配范围.ATPB混合料试件成
型宜采用旋转压实成型方法.设计旋转压实次数取
50次较合适;建议ATPB的空隙率控制在18%一
25%,抗压强度要求大于1MPa,设计抗压回弹模
量可采用300MPa.ATPB混合料配合比设计时,对
于沥青用量的确定可参考OGFC沥青用量确定方
法,建议沥青用量为2%一3%,沥青析漏值范围为
0.15%0.25%;ATPB混合料配合比设计过程中应注
重是对混合料透水性能,结构功能,耐久性进行验证,
可分别采用体积指标,力学参数指标,浸水残留抗压
强度比进行评价.其中浸水残留抗压强度比应大于
70%.
参考文献
[1]Ha~eyJ,TsaiB,LongF,eta1.CAL/APTPro~am:
Asphalt
TreatedPermeableBase（ATPB）.LaboratoryTesting,
Performance,Predictions,andEvaluationoftheExperience
ofCaltransandOtherAgencies『R].1999.7:
[2]JTGD50--2005公路沥青路面设计规范[s].
[3]JrrJ018—97公路排水设计规范[S].
[4]JTGF40---2004公路沥青路面施工技术规范[s].
（收稿日期:
2009—06—07）
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