沥青大碎石柔性基层用沥青性能研究

第２４卷第２０期　甘肃科技　２４＾ｒＤ．２Ｏ　２００８年１０月　Ｇａｎｓｕ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｏｃｔ．　２０ｏ８　沥青大碎石柔性基层用沥青性能研究　黄建强　（甘肃省交通工程建设监理公司，甘肃兰州７３００３０）　摘要：用沥青大碎石柔性基层对旧路面进行补强，可以有效地提高路面的使用性能，减少反射裂缝的产生，延长道　路的使用寿命。对沥青大碎石柔性基层用加德士ＡＨ一７０＃、ＳＢＳ改性沥青和ＭＡＣ改性沥青分别进行试验，通过试验　结果和经济性能对比分析，找到适合这种结构的最佳沥青。　关键词：沥青大碎石；柔性基层；粘度；改性沥青　中图分类号：Ｕ４１６．２１７　在上海也曾铺筑了大空隙沥青碎石排水基层，并取　１　引言　得了较好的效果。　已建半刚性基层沥青路面经过多年的使用后，　必须进行加铺改造，以恢复路面的使用功能。尤其　２沥青大碎石柔性基层　当路面出现早期损害后，加铺改造往往更早。旧沥　２．１　沥青大碎石柔性基层简介　青路面常用的加铺方案是在其上铺设半刚性基层，　沥青大碎石柔性基层其最大粒径为２５—　再铺设沥青面层，此种加铺方案具有结构承载力强、　６３ｍｍ，将这种特粗式热拌沥青稳定碎石混合料称为　结构层材料设计简单等优点。但同时也存在工程量　大碎石沥青混合料，也称为大粒径沥青碎石混合料　大、高程增加多以及未能充分利用旧路面强度等缺　（Ｌａｒｇｅ　Ｓｔｏｎｅ　Ａｓｐｈａｌｔ　Ｍｉｘｅｓ，ＬＳＭ）。它分为密级配大　点。特别是不能避免反射裂缝及无法排水的缺陷，　碎石沥青混合料和开级配大碎石沥青混合料两种形　使加铺后的路面重新面临早期损害的可能。随着对　式，开级配大碎石沥青混合料是一种间断级配的沥　半刚性基层认识的不断深入，对其进一步扩大应用　青混合料，通常由单粒径碎石和一定量的细集料组　的趋势越来越受到自身弱点的制约，特别是半刚性　成，一般不需要添加矿粉，压实后的空隙率一般控制　基层的收缩裂缝及引起的反射裂缝难以避免，其次　为１５％～２０％，与欧洲的透水路面排水基层材料相　由于半刚性基层的致密性，无法排除沥青层渗入的　似。密级配大碎石沥青混合料的空隙率控制在４％　水分，水分的积存造成基层表面的冲刷、唧浆及沥青　左右，单粒径的粗骨料要比一般传统的连续密级配　混合料的水损害。２０世纪６Ｏ年代以前，国际上使　沥青混合料要多，其优点是稳定性和耐久性好。大　用半刚性基层的国家较多，当认识到上述问题并经　碎石沥青混合料与传统沥青混合料的最大不同之处　历了一场针对柔性基层与半刚性基层的讨论之后，　在于采用大粒径的骨架结构，最粗一级的粗集料含　便大量转向讨论柔性基层。　量通常在５０％以上，以确保具有良好的抵抗车辙能　目前，国际上普遍采用的柔性基层有沥青稳定　力。因此在级配组成上区别于传统的沥青混凝土和　碎石、级配碎石等，通常有两种典型结构，一类是以　沥青碎石，而趋向于贯入式结构的矿料组成。ＬＳＭ　级配碎石作为下基层，以沥青混合料作上基层，由于　的优点是改善了基层的结构性能和提高了经济效　承载力主要依靠沥青层，沥青层的总厚度较厚，一般　益，调查显示路面的最大粒径越大，受到剪切荷载时　在２０—２５ｅｍ以上；另一类是在半刚性基层上先铺　变形也越小，强度也越高；ＬＳＭ与普通的混合料相　筑碎石过渡层，然后铺筑沥青层。国外采取的沥青　比，沥青用量约降低３０％，但由于较大的矿料间隙　基层也有两种结构，一种是空隙率较大的开式沥青　率和因大粒径减小的集料表面积将导致沥青膜变　混合料，作为排水式沥青稳定基层；另一种是空隙率　厚，需提高混合料抗老化和水损害的能力。研究表　较小的密级配沥青混合料，其公称最大粒径一般大　明，最大粒径３７ｍｍ的ＬＳＭ与最大粒径１９ｍｍ的普　于１９　ｍｍ。为探讨柔性基层沥青路面结构的特点，　通混合料相比，无侧限抗压强度增大，蠕变显著变　中国曾在成渝高速等项目上使用过级配碎石基层，　小，回弹模量和疲劳强度显著提高。此外，大碎石沥　第２０期　黄建强：沥青大碎石柔性基层用沥青性能研究　１４７　青混合料结构性能有以下特点：　（１）大碎石沥青混合料一般最大粒径在２５ｍｍ　以上，最大可达６３ｒａｍ，通常由较大粒径单粒径集料　补强可以较好地抵抗下层的反射裂缝对上层路面的　影响。　２．２沥青大碎石柔性基层对沥青的要求　和少量的细集料组成，一般不需要添加矿粉，铺筑厚　度一般为集料最大粒径的２．５～４倍。（２）排水性大　碎石混合料为间断级配，集料粒径较大，为提高混合　料的胶结强度和抗水损害能力，增加沥青膜的厚度，　同时避免析漏，一般采用粘度较大的改性沥青。（３）　该结构采用较大空隙率，一般为１５％一２０％，有排　水能力，可用作排水层将渗人路面的水排出，减少水　损害。（４）由于细集料较少，粗集料之间相互嵌挤，　形成强壮的骨架结构，提供足够的强度，可以用作新　建道路的承重层及改建道路的补强层。（５）由于大　碎石混合料的空隙率较大、骨料间隙较大，用作老路　技术指标　针人度２５０Ｃ，１００ｇ，５ｓ（０．１ｍｍ）　针人度４＇ｔ２，２００ｇ，６０ｓ（Ｏ．１ｍｍ）　针人度指数ＰＩ不小于　由于大碎石沥青混合料具有排水功能，其空隙　中有自由水的存在，为了满足水稳定性的要求，提高　大碎石沥青混合料的耐久性，保证混合料具有较厚　的沥青膜而不析漏，要求使用的沥青具有高温粘度　大、软化点高等技术要求。　３三种不同沥青性能比较　３．１基本性能比较　对基质沥青加德士ＡＨ一７０、ＳＢＳ改性沥青和　ＭＡＣ一７０改性沥青进行基本性能试验，试验结果见　表１所示。　ＭＡＣ一７Ｏ　３５—６０　ｌ２—３５　４３　１８　＋０．３８　Ｏ　ＳＢＳ　Ｉ—Ｄ　４０～６Ｏ　４７　２２．２　０．３４　表１沥青性能指标比较表　加德士ＡＨ一７０　６０—８０　７１　２０　一２．１Ｏ　技术要求　试验结果　技术要求　试验结果　技术要求　试验结果　软化点，ＴＲ＆Ｂ（℃）不小于　延度５℃，５ｃｍ／ｍｉｎ（ｃｍ）不小于　４５　１６０　２６Ｏ　９９．５　４８．６　３　６５　３０ｏ　２３Ｏ　９９　８４．３　５　６０　２０　６５　２８　动力粘度６Ｏ℃，（Ｐａ．ｓ），不小于　运动粘度１３５＇ｔ２（Ｐａ．ｓ）不大于　闪点（℃）不小于　溶解度（％）不小于　２２８．８　０．４６６　３２０　９９．９０　５８５．７　３　３１３　９９．９５　２３０　９９　３６０　１．７　＞２８０　９９．６３　离析，软化点差（℃）不大于　弹性恢复２５￣Ｃ（％）不小于　（Ｐ１Ｆ０Ｔ）质量损失（％）不大于　±Ｏ．８　一Ｏ．１　１．Ｏ　０　３１　０．１７　２．５　７５　±１．０　１．５　７６　—０．０９　（ＰＴＦＯＴ）针人度比２５℃（％）最小　（ＰＴＦＯＴ）延度５℃（ｃｍ）不小于　５８　７１　７０　８４　６５　１５　７６．６　１８　取ＭＡＣ改性沥青和ＳＢＳ改性沥青按照ＳＵ一　果见表２。　ＰＥＲＰＡＶＥ体系评价，都被分级为ＰＧ７０—２２，试验结　表２沥青ＳＵＰＥＲＰＡＶＥ体系评价比较表　试验项目　动态剪切，初始沥青，　７０℃．指标　Ｇ｝（ｋＰａ）　６（度）　Ｇ　／ｓｉｎ８，（ｋＰａ）　Ｇ木（ｋＰａ）　ＭＡＣ改性沥青　１．５７１　７５．２　１．６２５　２．７１０　ＳｔｌＳ改性沥青　１．０３２　７３．１　１．０７８　２．５５５　要求　≥１．Ｏ　ｋＰａ　１０ｒａｄ／ｓ　动态剪切，ＲＴＦＯＴ　老化后沥青，　７Ｏ℃．１０ｒａｄ／ｓ　８（度）　Ｇ｜ｃ／ｓｉｎ８，（ｋＰａ）　７６．３　２．７８９　６７．１　２．７７３　≥２．２　ｋＰａ　动态剪切，ＰＡＶ老化后　沥青，Ｇ｜‘（ｋＰａ）　Ｇ　２２４０　４９．３　１６９７　２２７４　４７．２　１６７０　２８℃，１０ｒｓｄ／ｓ　８（度）　ｓｉｎ８，（ｋＰａ）　＜￣５０００　ｋＰａ　＜￣３００Ｍｐａ　ｍ≥０．３００　蠕变劲度，ＰＡＶ老化后　沥青，一１２＇１１，６０ｓ　Ｓ（Ｍｐａ）　Ｍ值　１４４．９　０．３３１　１１４．３　０．３４２　１４８　甘肃科技　第２４卷　综合考虑沥青胶结料的性能，ＭＡＣ改性沥青应　当比普通沥青加德士ＡＨ一７０各项指标均有明显提　高，与ＳＢＳ改性沥青指标相当。　３．２粘度性能比较　通过对上述３种不同沥青进行的布氏旋转粘　度试验结果分析，可知在这３种沥青中，ＭＡＣ改性　沥青的粘度最大，即其要求的拌和温度和压实温度　较高，ＳＢＳ改性沥青次之，加德士ＡＨ一７０＃沥青要求　对加德士ＡＨ一７０号基质沥青、ＳＢＳ改性沥青　和ＭＡＣ改性沥青进行在施工温度范围内的粘度试　验，试验结果见表３所示。　表３三种沥青在施工温度范围内的粘度比较　技术指标　加德士　ＡＨ一７Ｏ　软化点，　１６ｏ℃　最低。在１９０ｏＣ以下时，ＳＢＳ改性沥青和ＭＡＣ改性　沥青的粘度相差很大，而在１９０℃以上时，两者的粘　度相差很小。从而也说明了ＭＡＣ改性沥青在　１９０ｏＣ以下时比ＳＢＳ改性沥青有更好的粘结性能。　３．３析漏试验比较　ＳＢＳ　改性沥青　７４　０．８５８　ＭＡＣ　改性沥青　７６　ｌＯ．７　由于大粒径沥青混合料具有排水功能，其空隙　中有自由水的存在，为了满足水稳定性的要求使得　混合料具有好的耐久性，那么混合料应当具有足够　的沥青膜厚度，理想的沥青应当是沥青用量能够保　证沥青膜厚度要求，而不出现析漏现象。以下将采　用加德士ＡＨ一７０＃、ＳＢＳ改性、ＭＡＣ改性三种沥青，　使用同一级配情况下析漏试验进行对比研究。　４８　０．１３０　布氏旋转　１７０℃　１８０℃　０．０９１　０．０６５　０．４８７　０．３６５　０．２６５　７　２．６５　０．５８５　粘度，ｐａ．Ｓ　１９０℃　２０ｏ℃　０．０４８　０．２Ｏ７　Ｏ．２３５　表４大碎石混合料级配表　混合料　名称　ＬＳＭ一２５　各筛孔通过率（％）　５２　１ｏｏ　３７．５　１０ｏ　２６．５　１ｏｏ　１９　１６　１３．２　９．５　４．７５　２．３６　１．１８　０．６　Ｏ．３　０．１５　Ｏ．Ｏ７５　７０—９８　５０—８５　３２—６２　２０—５Ｏ　６—２９　６一ｌ８　３一ｌ５　２一ｌＯ　ｌ一７　ｌ一６　１—４　ＬＳＭ一３７．５　１００　７５—９８　６７—９６　５０—８Ｏ　２５—６ｏ　１５—４０　１０—３５　６—２５　６—１８　３—１５　２—１０　ｌ一７　１—６　１—４　混合料级配采用表４推荐的级配中值，采用级　配的集料表面积按２．０５７ｍ　／ｋｇ，大粒径沥青混合料　混合料的胶结料，但是基于经济角度的考虑，ＭＡＣ　改性沥青占有较大的优势。　要求沥青膜厚度为１４ｕｒｎ。混合料的沥青用量可按　集料的表面积与沥青膜的平均厚度的乘积来确定，　根据计算为了保证混合料的沥青膜厚度，最小沥青　用量应当为２．９％。由于大粒径沥青混合料的级配　太粗，沥青用量的选用还受到混合料析漏量的制约，　要在保证析漏量的情况下尽可能多的使用沥青，分　别按２．５％、２．８％、３．１％、３．４％四种沥青用量进行　沥青析漏试验，结果见表５，析漏曲线如图ｌ。　表５三种沥青析漏数据　沥青用量（％）　ＡＨ一７０＃　２．５　０．１１　２．８　０．３１　３．１　０．４３　３．４　Ｏ．７　ＳＢＳ改性　０．０４　Ｏ．０６　Ｏ．１５　Ｏ．２２　ＭＡＣ改性　０．０４　Ｏ．０６　Ｏ．１２　Ｏ．２ｌ　图１三种沥青析漏曲线　ＳＭＡ对析漏要求为小于０．３％，根据上面沥青　膜厚度计算大粒径沥青混合料最小沥青用量为　２．９％，此时普通ＡＨ一７０＃重交沥青的析漏量已经　大于了０．３％，由此也可以看出普通重交沥青对于　大粒径沥青混合料并不是非常合适。ＳＢＳ改性沥青　与ＭＡＣ改性沥青析漏数据相差无几，都能够满足沥　４结语　通过对大碎石柔性基层用加德士ＡＨ一７０＃基　质沥青、ＳＢＳ改性沥青和ＭＡＣ改性沥青的试验性能　分析，可以知道ＳＢＳ改性沥青和ＭＡＣ改性沥青都　能满足使用要求，两者的性能差别不大，但是ＭＡＣ　改性沥青是化学改性，而ＳＢＳ　（下转第１３９页）　青膜厚度的要求，理论上讲都可以作为大粒径沥青　第２０期　焦小明：深基坑工程中降水施工技术问题的分析　１３９　包、草袋、水泵等抢险物资的储备。要确保在暴风雨　来临时，尽量把坑外的水堵住，不流人基坑，施工中　有浇注钢筋砼挡水墙来隔断主要入水通道的措施，　道或通路，包括坑边的截水沟或大口径的水管，并引　入下水通道或指定点。　开挖段的地质情况有较大差异。开挖时由于降水不　当，导致水在砂性土中渗流，土中的细小颗粒在动水　作用下，通过粗颗粒的空隙被水流带走，为管涌的发　（２）分析产生管涌的主要原因如下：　①内因是基坑内本身的土质情况，坑内东北角　部分的粉砂土层是易产生流砂现象的土体；②外　因是挖土前管井降水时水流速度时快时慢，未均匀　降水，使土粒带出，为流砂的产生创造了条件。　为尽量避免上述情况发生，施工中要注意：①控　制降水速度，均匀降水，勿使土粒带出，随时注意抽　出的地下水是否浑浊现象。为此应选用合适的滤网　与回填的砂滤料；②井点应连续运转尽量避免间歇　同时要尽量将坑内的水排出去，设置专用的走水管　生创造了条件。　３工程实例　３．１工程概况　甘肃省农牧厅综合楼工程基坑开挖深度７．３　ｍ，　基坑占地约３３００　ｎｆ，该场地地处黄河南岸级阶段，　原为旧房拆迁场地，比较平坦，场地地面高程为　１５１６．５９—１５１６．８８Ｍ，最大高差０．２９Ｍ。　３．２工程地质条件　根据工程地质勘查报告，勘察场地底层自上往　下主要有五层，分别为杂填土、粉质黏土及粉土层、　中细砂层、卵石层、砂石层。其中杂填土：该层厚度　Ｏ．３一１．５ｍ，该层遍布全场地表层，以粉质及粉土为　和反复抽水，以减小在降水期间引起的地面沉降量；　③开挖时做好监测工作，及时反馈监测信息。发现　异常，及时查找原因，并采取相应措施。　４结束语　（１）在支护结构设计时，只要支护结构在开挖　和使用阶段基坑外侧存在地下水渗流，对于粘土和　粉土采用水土分算的方法是比较合适的。（２）在施　工中应根据经验和实际情况，并依据监测数据合理　采用控制地下水不利影响的措施。同时要注意降水　对周边建筑物、道路及地下管线造成的影响。（３）通　过以上控制措施的实施，农牧厅综合楼工程，降水、　排水效果顺利达到方案预期的施工目标，对周边道　路建筑物未产生直接影响。　参考文献：　［１］ＪＧＪ　１２０—９９，建筑基坑支护技术规程［Ｓ］．　［２］王洋，杜赢中．地下水渗流对基坑支护结构上水土压　主，土质不均匀；粉质粘土及粉土：该层厚０．９—　２．４ｍ，图纸较均匀；中细砂：该层厚０．１－．０．９ｍ，该　层局部地层缺失；卵石层：该层层面深度２．０ｏ一　４．６０Ｍ，层厚５．４＿＿９．６Ｍ；砂石层：该层层面深度　７．９—１２．Ｏ０ｍ，场地地下水属于空隙潜水，主要赋存　于卵石层中，地下水位埋深２．２５＿２．３５ｍ，流向东　北，地层的含水层渗透系数：分质粘土与分土层　０．１ｍ／Ｄ，中细砂层１ｏｔｌＤ，卵石层２００ｔｏｌＤ．单井涌　水量５００立方　日左右。勘察期为平水期，地下水　为年变幅０．５ｍ左右。　３．３开挖降水方案确定　降水采用管井降水的方法，在降水施工中应完　善施工工艺，以防止因降水抽取地层中粉细砂造成　地基下沉。　３．４工程特点　（１）基坑开挖面积大，周边环境比较复杂，不同　（上接第１４８页）是物理改性，即ＭＡＣ改性沥青比　ＳＢＳ改性沥青不仅拥有更好的稳定性，而且ＭＡＣ改　力的影响分析［Ｊ］中山大学学报２００３，（３）．　［３］李广信．挡土结构上的土压力与超静孔压力的关系　［Ｊ］工程力学，１９９９（增刊）．　青及沥青混合料试验规程北京：人民交通出版社，　２Ｏ０ｏ．　性沥青也比ＳＢＳ改性沥青拥有更好的经济性能，所　以在大碎石沥青柔性基层中，ＭＡＣ改性沥青比ＳＢＳ　应该有更加光明的使用前景。　参考文献：　［１］　中华人民共和国行业标准．ＪＴＪ０５２—２０００．公路工程沥　［２］　沈金安．沥青及沥青混合料路用性能．人民交通出版　社，２００１（０５）　［３］王松根，房建果，王林，马世杰．大碎石沥青混合料柔　性基层在路面补强中的应用研究．中国公路学报．　２００４，０７：１０－１５．