摘要：为了设计一种具有良好高温稳定性、耐磨耗和污染小的半柔性路面。本文通过CAVF法计算出粗细集料的比例，以改性温拌沥青作为胶结料设计出温拌半柔性路面基体。通过实验表明基体性能符合规范要求，实际空隙率均接近设计空隙率，且连通空隙率较大利于灌注水泥砂浆。
关键词：CAVF法；温拌；基体设计；连通空隙率；
1引言
半柔性路面材料通常是以空隙率为20%~28%的大空隙沥青混合料作为基体，通过灌注流动性好和强度高的专用水泥砂浆经养护后形成的新型复合路面材料。该路面材料具有良好的抗车辙性能、抗疲劳性能和抗水损害性能。目前半柔性路面材料的基体沥青混合料大多数使用传统的热拌热铺工艺，容易在施工中造成环境污染和能源浪费。基于上述问题本文提出了一种以CAVF法设计的骨架型间断级配沥青混合料作为温拌半柔性材料基体。根据成型的马歇尔试件的试验结果确定出最佳沥青用量，并结合相关性能试验评价基体沥青混合料的性能[1]。
2原材料
本设计选用由广州市路顺检测中心提供的辉绿岩集料，材料规格分别为15~10 mm,10~5 mm,5~3 mm，填料选择石灰岩矿粉，参照国内集料试验规范进行检验，集料结果均符合规范要求。为了进一步提高温拌沥青混合料基体的高温稳定性能，形成密实的骨架结构，应选用一种改性温拌沥青。该试验选择壳牌茂名沥青有限公司提供的改性沥青。
3级配设计
为了让混合料形成骨架结构，使其拥有更适应现代化交通的路用性能，本文采用了CAVF法（主骨料空隙体积填充法）进行矿料密断级配的设计[2]。先根据前人的经验确定出油石比范围在2.5%～4%，然后按0.5%的间隔对每一个油石比用 CAVF 法进行级配设计。其中细集料按泰波公式（1）n=0.45时设计。
P=(d/D)n×100 （1）
式中：P—集料在筛孔尺寸d上的通过百分率（%）；d—集料中颗粒的筛孔尺寸，单位为mm； D—集料的最大粒径，单位为mm；n级配指数，n=0.45。
该方法具体的数学表达式为[3]：
qc+ qf+ qp=100 （2）
qc /（100×ρ）×（VDRC-Vv）= qf /ρaf + qp /ρf + qa /ρa （3）
VDRC=（1- ρ/ρb）×100 （4）
式中：qc—粗集料用量百分比，%；qf—细集料用量百分比，%；qp—矿粉用量百分比，%；qa—沥青用量百分比，%；ρ—粗集料捣实状态下的堆积密度，g/cm3；ρaf—细集料表观相对密度，g/cm3；ρf—矿粉表观相对密度，g/cm3；ρa—沥青相对密度，g/cm3； VDRC—捣实状态下粗集料骨架间隙率，%；Vv—设计目标空隙率，%；ρ—粗集料骨架捣实状态下的堆积密度，g/cm3；ρb—粗集料毛体积密度，g/cm3。
通过集料的相关试验可知ρb=2.64 g/cm3，ρ=1.61g/cm3，ρaf= 2.65g/cm3，ρa=1.03 g/cm3和ρf=2.973g/cm3。通过规范要求可取设计目标空隙率Vv为25%，矿粉用量qp为3.5%，由公式（5）可求得出各油石比对应的沥青用量qa。
qa=q/(1+q) （5）
式中：qa—沥青用量百分比，%；q—油石比，%。
将上述已知量代入公式（2）、（3）和（4）可求得粗集料用量qc、细集料用量qf和粗集料骨架间隙率VDRC=39.0 %。计算出运用CAVF法设计的浇筑式沥青混合料的设计合成级配如表1所示。
表1 温拌沥青混合料基体合成级配
4试件制作
根据上面的级配表称量好相应的材料质量，放入到温度为120℃烘箱中加热2小时。然后将加热好的粗细集料倒入温度为130℃的拌和锅中，后将改性温拌沥青倒进去进行拌和，再把相应的矿粉加入到拌和锅中进行拌和。将充分拌和好的沥青混合料倒入马歇尔试模中，双面各击实50次，在室内静置24小时后脱模，马歇尔试件制作完毕。
5基体性能试验
5.1确定最佳油石比
先通过谢伦堡沥青析漏试验与飞散试验得出相关数据，再通过绘图求出最小和最大沥青用量，最后确定温拌沥青混合料基体最佳沥青用量。得到空隙率25%的基体的最佳沥青用量是3.5%。基体混合料的要求参考表2。
5.2马歇尔试验
将养护好的马歇尔试件放入到恒温水浴箱中45分钟，再进行马歇尔试验，试验得到的流值和稳定度均符合规范要求，且平均空隙率为25.4%，初步达到设计要求。
5.3混合料基体有效空隙率
有效空隙是指基体中的连通与半连通空隙，水流可以自由通过和排出。有效空隙率可以反映基体灌浆的难易程度，测定方法：将B组养生完成的试件完全浸入水中2h，水中测其质量m1，试件放入电热干燥箱（60℃恒温）养护24h，测定其完全干燥后的质量m2，有效空隙率ne由式（6）计算：ne=[1-(m2-m1)/(v* ρw)]×100其中（6）式中：V 为测试试件体积；ρw为水的密度[3]。最后通过试验数据计算出平均有效空隙率比为87%，符合规范要求。
5.4透水性
为进一步说明基体材料的灌浆难易程度，可通过测定渗透系数以评价基体材料的透水性能。通过试验得到该基体的透水系数数量级为0.1cm/s，透水性能优于普通的大空隙沥青混合料。这也说明水泥砂浆灌入温拌基体沥青混合料较为容易，可以保证灌浆效果[4]。
6结论
运用CAVF法设计的温拌沥青混合料半柔性基体能够达到目标设计空隙率，有效空隙率比大，强度达到规范要求且可以保证水泥砂浆正常灌入。而温拌施工可以有效地减少污染，达到预期要求，为类似材料提供相应经验。
参考文献
[1]张肖宁,王绍怀,吴旷怀,等.沥青混合料组成设计的CAVF法[J].公路,2001,(12):17-21.
[2]吴旷怀,张肖宁.沥青混合料设计的主骨料空隙体积填充法研究及应用[J].公路工程,2004,29(02):58-61+64.
[3]王伟明,吴旷怀. 冷拌半柔性路面材料基体设计[J].中外公路,2017(6) .
[4]黎霞,王宁辉,李闯民.大空隙沥青混合料空隙率测量方法的评价与分析[J].中外公路,2008(3) .
论文作者:邓乃铭,邓青子,张睿达,陈莉
论文发表刊物:《基层建设》2019年第19期
论文发表时间:2019/9/21
标签：基体论文; 沥青论文; 空隙论文; 用量论文; 柔性论文; 性能论文; 马歇尔论文; 《基层建设》2019年第19期论文;