OGFC排水沥青配合比设计龚美霞.docx
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OGFC排水沥青配合比设计龚美霞
OGFC排水沥青配合比设计
龚美霞
[摘要]OGFC排水沥青混合料系开级配混合料，具有较高的空隙率和良好的排水降噪功能。
结合实际工程，从沥青混合料配合比设计及验证、现场摊铺和碾压等方面介绍OGFC排水沥青路面在城市道路中的应用
[关键词]OGFC排水沥青路面城市道路配合比设计
一、引言
随着经济的快速发展，我国城市道路发展迅速。
路面抗滑能力一直是城市道路存在的问题，尤其是雨天，路面降水来不及排除而在轮胎与路面之间形成一层水膜，减小了摩擦系数，容易造成滑溜而出现交通事故。
如何改善沥青路面抗滑性能，我国在上个世纪六十年代对沥青路面抗滑性能开始进行探索，“七五”期间对抗滑表层重点进行研究，在参考国外研究成果的基础上，提出了AK抗滑表层、多碎石沥青混凝土SAC、沥青玛蹄脂碎石SMA、大空隙开级配沥青磨耗层OGFC等抗滑路面级配类型。
2004年9月出版的《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）提到了OGFC，说明这种路面已经引起我国重视。
本文依托武汉大道高架桥工程对OGFC排水沥青配合比设计及施工工艺进行总结。
2、依托工程情况
武汉大道（长江二桥～岳家嘴立交）现状为徐东大街，它位于武昌西北部，长江之畔，东湖之滨，是武昌地区不多的几条与汉口紧密相连的重要过江干道，交通功能十分突出。
它全长2.39km,红线宽60m，现将它改造成上面层为5cm厚的多孔质OGFC排水沥青混合料路面。
三、OGFC配合比设计
配合比设计围绕目标空隙率进行，确定混合料矿料级配和最佳沥青用量。
传统马歇尔方法不能直接用于OGFC配合比设计，而其它方法如GTM设计方法、Superpave设计方法在国内尚处于消化研究阶段。
1、材料选择
1.1粗骨料
OGFC混合料粗集料达到80%左右，由粗集料形成骨架成骨架空隙结构，所以，粗骨料的性能好坏是关系到混合料性能好坏的关键，其性质、形状及级配对OGFC混合料的性能有着重要的影响。
对粗集料的选择首先要考虑集料的岩性，岩石是酸性还是碱性，所生产的集料与沥青的粘附性有很大的不同，工程上根据石料化学成分中的二氧化硅的含量来划分岩性，二氧化硅含量大于65%的为酸性石料，小于52%的为碱性石料。
当碱性石料与沥青接触时，会发生化学吸附反应，在沥青与矿料接触面上形成新的化合物，对于保持混合料的水稳性有利。
而酸性石料与沥青的粘附性差，遇水易剥落。
石料的颗粒形状对混合料的性能关系密切，压制成的碎石形状近似立方体，表面粗糙、棱角分明为最佳集料，对针片状颗粒含量应控制在一定范围。
OGFC路面粗集料技术要求
项目
单位
技术指标
试验规范
石料压碎值
%
≤20
T0316-2000
洛杉矶磨耗损失
%
≤20
T0317-2000
视密度
t/m3
≥2.5
T0304-2000
吸水率
%
≤2.0
T0304-2000
对沥青粘附性
5级
T0616-1993
坚固性
%
≤12
T0314-2000
细长扁平颗粒含量
%
≤10
T0312-2000
软石含量
%
≤5
T0320-2000
石料磨光值
BPN
≥42
T0321-1994
石料冲击值
%
≤28
T0322-2000
本项目粗集料全部安徽庐江料场，粗集料分别为5～10mm、10～15mm、两档规格，粗集料检测结果均符合规范要求。
1.2细集料
细骨料在OGFC排水沥青混合料中只占很小的比例，然而细集料对混合料的
性能影响较大。
在欧美，细集料一般采用质地坚硬的轧制砂代替天然砂，其理由是，天然砂与沥青的粘附性较差，而且砂的颗粒基本上是球形颗粒，对高温抗车辙能力不利，根据有关研究可知，天然砂掺量每增加1%，沥青混合料的动稳定度降低4%。
而轧制砂是破碎得到的，表面特别粗糙，对提高马歇尔稳定度及动稳定度效果明显。
细集料应干净、坚硬、干燥、无风化，有适当的级配，并与改性沥青有良好的粘附性。
OGFC路面细集料的技术要求如下表：
OGFC路面细集料技术要求
项目
单位
技术指标
试验规范
含泥量
%
≤1
T0333-2000
坚固性
%
≤12
T0340-1994
视密度
t/m3
≥2.5
T0328-2000
砂当量
%
≥60
T0334-1994
本项目细集料杨新料场生产的石屑,细集料为0～5mm。
细集料检测结果均符合规范要求。
天然砂全部采用浠水巴河砂场生产的河砂，细度模数为2.4，为中砂。
1.3沥青
沥青混凝土是由沥青胶结料与矿料组成的路面材料，胶结料的性能对混合料影响很大。
OGFC路面由于混合料粗颗粒过多，细颗粒太少，虽然能形成骨架，但颗粒之间不能够形成强有力的嵌锁作用，混合料的强度受结合料的粘结影响很大，所以要求沥青具有很高的粘性，以确保沥青混合料的稳定性。
OGFC混合料所用沥青应该具有以下特点：
1、沥青粘性好，具有高粘韧性，高韧性。
2、优良的抗老化性能。
3、与集料的强粘附性。
铺筑OGFC路面，采用普通沥青很难满足上述要求，国内外的实践经验表明，要得到性能良好的结合料，最好采用改性沥青。
高黏度改性沥青的技术要求
试验项目
单位
技术要求
针入度（25℃，100g，5s）
0.1mm
≥40
软化点（TR＆B）
℃
≥85
延度（15℃）
cm
≥90
闪点
℃
≥260
薄膜加热试验质量损失率
%
≤0.05
薄膜加热针入度比
%
≥65
℃粘韧性（25℃）
N·m
≥20
℃韧性（25℃）
N·m
≥15
℃60℃粘度
Pa·s
≥100000
注：
℃为区别于普通道路石油沥青质量要求的试验项目。
本项目沥青全部采思立特SBSI-D改性用沥青，各项试验指标符合要求。
2、OGFC混合料配合比设计
OGFC混合料配合比设计主要围绕如何获得目标空隙率，同时保证一定的路用性能进行矿料级配选择和最佳沥青用量的确定。
传统的马歇尔设计方法不能直接用于OGFC配合比设计。
但由于OGFC配合比设计过程中，仅飞散试验涉及路用性能，不能很好反映混合料其它性能，所以还需要采用马歇尔试验检测其力学性能。
OGFC混合料配合比设计可按照以下程序进行：
选择目标空隙率、根据确定的级配范围初拟级配、按照马歇尔方法制备试件、选择空隙率达到目标要求的值的若干沥青用量、对混合料进行流淌试验、对成型的试件进行飞散试验、确定最佳沥青用量范围、根据混合料性能特征综合确定满足透水性、耐久性及强度要求的最佳沥青用量。
OGFC混合料配合比设计流程如图：
OGFC混合料配合比设计流程图
3、配合比设计实例（以OGFC-13C沥青混合料配合比设计为例）
OGFC-13C沥青混合料目标配合比设计
一、设计依据
1、《沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）
2、《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052-2000）
3、《公路工程集料试验规程》（JTGE42-2005）
4、《武汉市城镇道路沥青路面施工技术规定》（WBJ201-2004）
5、在沥青混合料时间的成型过程中，理清加热温度为1650C～1750C、矿料加热温度为1800C～2100C，沥青混合料拌合温度为175℃～1850C、成型温度为1650C～1750C
6、沥青混合料最大相对密度采用实测，沥青混合料马歇尔试件毛体积密度采用体积法测定。
二、试验内容
1、原材料试验
对安徽庐江料场提供的集料进行筛分试验及表观密度、毛体积密度和吸水率。
2、OGFC-13型排水沥青混合料组成设计试验
在规范要求OGFC-13型级配范围基础上，对设计级配曲线进行优化设计，通过马歇尔试验，确定最佳沥青用量。
并对OGFC-13型改性沥青混合料目标配合比水稳定性检验。
3、计算说明
1、矿料全体的合成毛体积相对密度rsb
Rsb=100/（P1/r1+P2/r2+···+Pn/rn）
式中：
P1、P2、···、Pn------各种矿料成分的配合比，其和为100；
r1、r2、···、rn------各种矿料相应的毛体积相对密度，矿粉以表观相对密度代替。
2、矿料全体的合成表观相对密度rsa
Rsa=100/（P1/r,1+P2/r,2+···+Pn/r,n）
式中：
P1、P2、···、Pn------各种矿料成分的配合比，其和为100；
r,1、r,2、···、r,n------各种矿料按试验规程方法测定的表观相对密度。
3、合成矿料的有效相对密度rse
rse=C×rsa+（1-C）×rsb
式中：
rse------合成矿料的有效相对密度；
C------合成矿料的沥青吸收系数；
rsa------矿料的合成表观相对密度；
4、合成矿料的吸水率（%）WX
WX=（1/rsb-1/rsa）×100
5、试件的理论最大相对密度
rti=（100+Pai）+[（100/rse）+（Pai/rb）]
式中：
rti------相对于计算沥青用量Pai时沥青混合料的最大理论相对密度，无量纲；
Pai------所计算的沥青混合料中的油石比，%；
rse------矿料的有效相对密度，无量纲；
rb------沥青的相对密度（25℃/25℃），无量纲；
6、连通空隙率（%）
游标卡尺测定的试件体积-（空中重量-水中重量）
连通空隙率=——————————————————————×100%
游标卡尺测定的试件体积
7、试件的空隙率VV（%）
VV=（1-rf/rt）×100
式中：
rt-------沥青混合料的最大理论相对密度，无量纲。
8、暂定油石比的计算方法见式
（1）、式
（2）：
暂定油石比=假定沥青膜厚度（1.1μm）×矿料表面积式
（1）
矿料表面积=（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、为累积通过质量百分率，其与筛孔尺寸关系如表4.
筛孔尺寸（mm）
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
筛孔累计通过百分率（%）
a
b
c
d
e
f
g
系数
0.02
0.04
0.08
0.14
0.3
0.6
1.6
4、试验结果汇总
（1）各种集料筛分试验结果表1
孔径（mm）
16.0
13.2
9.5
4.75
2.36
1.18
0.3
0.3
0.15
0.075
10～15
100
79.6
1.8
0.1
0.1
0.1
0.1
0.1
0.1
0.1
5～10
100
100
90.9
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0～5
100
100
99.3
97.7
602
32.9
16.0
6.3
3.2
1.7
砂
100
100
100
94.2
82.5
69.5
51.9
18.1
2.2
0.3
矿粉
100
100
100
100
100
100
100
100
97.6
86.5
（2）OGFC-13型改性沥青混合料矿料级配范围及设计结果表2
筛孔尺寸
16.0
13.2
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.5
0.075
合成级配
100
93.7
65.1
20.6
16.7
13.5
10.7
7.2
5.6
4.8
下限
100
90
50
12
10
6
4
3
3
2
上限
100
100
70
30
22
18
15
12
8
6
（3）OGFC-13型改性沥青混合料设计级配曲线矿料配合比表3
规格
10-15
5-10
石屑
砂
矿粉
掺配比例%
31
48
8
8
5
（4）SBS（Ⅰ-D）改性沥青试验结果表4
项目
检测结果
技术标准
针入度（0.1mm，25℃）
47.6
40～60
延度（5℃）
33.5
＞20cm
软化点（℃）
77.5
≥75
相对密度
1.028
实测
（5）TPS性能
主要指标
性能
主要成分
热塑性弹体为主要成分，并经过溶解性、粘着性改良
形状·外观
2mm左右颗粒状，淡黄色
标准添加量
TPS:
基质沥青=12：
88（根据需要可增加添加量）
比重
0.96g/cm3
矿料（粗、细集料及矿粉各项指标）表5
检测项目
碎石（10-15mm）
碎石（5-10mm）
石屑
砂
矿粉
表观相对密度
2.753
2.776
2.611
2.567
2.694
毛体积相对密度
2.685
2.684
2.583
2.524
2.676
压碎值
13.3
——
——
——
——
针片状
7.5
——
——
——
——
吸水率
0.48
0.82
1.0
1.2
0.2
粘附性
5级
5级
——
——
——
砂当量
——
——
75.3
69.5
——
亲水系数
——
——
——
——
0.76
（6）OGFC-13型改性沥青混合料马歇尔试验表6
体积指标
油石比（%）
4.0
4.3
4.6
4.9
5.2
矿料全体的相对密度rse
2.707
2.707
2.707
2.707
2.707
合成矿料的吸水率（%）WX
0.615
0.615
0.615
0.615
0.615
全体矿料的毛体积相对密度rsb
2.656
2.656
2.656
2.656
2.656
矿料全体的合成表观相对密度rsa
2.735
2.735
2.735
2.735
2.735
试件的理论最大相对密度rti
2.576
2.562
2.545
2.520
2.493
肯特堡飞散试验
3.1
3.4
2.9
2.4
2.6
析漏试验
0.18
0.20
0.25
0.39
0.44
试件的毛体积密度rf（g/cm）
2.023
2.032
2.048
2.040
2.032
连通空隙率（%）
15.9
16.4
17.8
16.9
20.3
试件的空隙率Va（%）
21.5
20.7
19.5
19.0
18.5
（7）OGFC-13型改性沥青混合料马歇尔试验结果汇总表表7
沥青混合料结构类型
油石比（%）
毛体积密度（g/cm3）
空隙率（%）
连通空隙率
稳定度（KN）
流值（0.1mm）
OGFC-13
4.0
2.023
21.5
15.9
9.65
2.33
4.3
2.032
20.7
16.4
10.22
2.18
4.6
2.048
19.5
17.8
9.11
2.39
4.9
2.040
19.0
16.9
10.0
1.89
5.2
2.032
18.5
30.2
9.68
2.22
技术要求
18-25
＞14
＞5
——
最佳油石比OAC=4.6%Va=19.5%ρ=2.048g/cm3
5、结论
1、建议采用该级配，作为OGFC-13型目标配合比设计级配曲线。
2、级配曲线波动范围宜控制在现行规范OGFC-13型允许级配范围之内。
3、该目标配合比，供拌合机确定各冷料仓的供料比例，进料速度及试拌使用。
注：
TPS标准添加量：
TPS：
基质沥青=12：
88
沥青混合料级配
材料组成
筛孔（mm）
26.5
19.0
16.0
13.2
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
通过率（%）
原材料级配
9.5~16.0mm碎石
100
100.0
100.0
79.6
1.8
0.1
0.1
0.1
0.1
0.1
0.1
0.1
4.75~9.5mm碎石
100
100
100
100
90.9
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0~4.75mm石屑
100
100
100
100
99.3
97.7
60.2
32.9
16
6.3
3.2
1.7
砂
100
100
100
100
100
94.2
82.5
69.5
51.9
18.2
2.2
0.3
矿粉
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
97.6
86.5
各种矿料在混合料中的级配
9.5~16.0mm
31
31.0
31.0
31.0
24.7
0.6
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
4.75~9.5mm
48
48.0
48.0
48.0
48.0
43.6
0.2
0.2
0.2
0.2
0.2
0.2
0.2
0~4.75mm
8
8.0
8.0
8.0
8.0
7.9
7.8
4.8
2.6
1.3
0.5
0.3
0.1
砂
8
8.0
8.0
8.0
8.0
8.0
7.5
6.6
5.6
4.2
1.5
0.2
0.0
矿粉
5
5.0
5.0
5.0
5.0
5.0
5.0
5.0
5.0
5.0
5.0
4.9
4.3
合成级配
100
100
100
93.7
65.1
20.6
16.7
13.5
10.7
7.2
5.6
4.8
规范要求级配范围
100
100
100
90~100
60~80
12~30
10~22
6~18
4~15
3~12
3~8
2~6
OGFC-13沥青混合料生产配合比设计
1、设计依据
1、《沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）
2、《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052-2000）
3、《公路工程集料试验规程》（JTGE42-2005）
4、《武汉市城镇道路沥青路面施工技术规定》（WBJ201-2004）
5、在沥青混合料时间的成型过程中，理清加热温度为1650C～1750C、矿料加热温度为1800C～2100C，沥青混合料拌合温度为175℃～1850C、成型温度为1650C～1750C
6、沥青混合料最大相对密度采用实测，沥青混合料马歇尔试件毛体积密度采用体积法测定。
二、试验内容
二、试验内容
1、原材料试验
对各热料仓集料进行筛分试验及表观密度、毛体积密度和吸水率。
2、OGFC-13型排水沥青混合料组成设计试验
在规范要求OGFC-13型级配范围基础上，对目标设计级配曲线进行优化设计，通过马歇尔试验，确定最佳沥青用量。
并对OGFC-13型改性沥青混合料生产配合比水稳定性检验。
三、计算说明
1、矿料全体的合成毛体积相对密度rsb
rsb=100/（P1/r1+P2/r2+…+Pn/rn）
式中：
P1、P2、…、Pn------各种矿料成分的配合比，其和为100；
r1、r2、…、rn------各种矿料相应的毛体积相对密度，矿粉以表观相对密度代替。
2、矿料全体的合成表观相对密度rsa
rsa=100/（P1/r’1+P2/r’2+…+Pn/r’n）
式中：
P1、P2、…、Pn------各种矿料成分的配合比，其和为100；
r’1、r’2、…、r’n------各种矿料按试验规程方法测定的表观相对密度。
3、合成矿料的有效相对密度rse
rse=C×rsa+（1-C）×rsb
式中：
rse------合成矿料的有效相对密度；
C------合成矿料的沥青吸收系数；
rsa------矿料的合成表观相对密度；
4、合成矿料的吸水率（%）Wx
Wx=（1/rsb-1/rsa）×100
5、试件的理论最大相对密度
rti=（100+Pai）/[（100/rse）+（Pai/rb）]
式中：
rti----相对于计算沥青用量Pbi时沥青混合料的最大理论相对密度，无量纲；
Pai----所计算的沥青混合料中的油石比，%；
rse------矿料的有效相对密度，无量纲；
rb------沥青的相对密度（25℃/25℃），无量纲。
6、连通空隙率（%）
游标卡尺测定的试件体积-（空中重量-水中重量）
连通空隙率=×100%
游标卡尺测定的试件体积
7、试件的空隙率VV（%）
VV=（1－rf/rt）×100
式中：
rt------沥青混合料的最大理论相对密度，无量纲。
8、暂定油石比的计算方法见式
（1）、式
（2）：
暂定油石比=假定沥青膜厚度（1.1μm）×矿料表面积式
（1）
矿料表面积=（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为累积通过质量百分率，其与筛孔尺寸关系如表4.
筛孔尺寸（mm）
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
筛孔累计通过百分率（%）
a
b
c
d
e
f
g
系数
0.02
0.04
0.08
0.14
0.3
0.6
1.6
四、试验结果汇总
（1）各种集料筛分试验结果表1
孔径（mm）
16.0
13.2
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
4#仓
11-16
100
93.2
25.1
0.3
0.2
0.1
0.1
0.1
0.1
0.1
3#仓
6-11
100
100
91.5
1.9
0.3
0.2
0.1
0.1
0.1
0.1
2#仓
3-6
100
100
100
66.9
1.0
0.3
0.2
0.2
0.2
0.1
1#仓
0-3
100
100
100
99.7
93.6
78.6
58.9
22.6
6.3
1.6
矿粉
100
100
100
100
100
100
100
100
97.6
86.5
（2）OGFC-13型排水沥青混合料矿料级配范围及设计结果表2
筛孔尺寸
16.0
13.2
9.5
4.75
2.36
1.
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