柔性基层混合料设计与施工要点张登良教授 1 一 沥青稳定碎石基层 一 沥青稳定碎石基层特点及基本要求1 特点 兼具板体性与柔韧性 使路面结构受力更加均匀 强度形成快 可避免沥青路面过早开裂 反射裂缝 2 基本要求 一定的强度 扩散荷载 稳定性与耐久性 抗疲劳开裂和永久变形 2 二 沥青稳定碎石基层的应用 表1 1欧洲各国最传统的沥青基层应用情况 注 北欧 包括挪威 瑞典 丹麦 芬兰 冰岛等国 3 表1 2日本 澳大利亚以及我国台湾省沥青基层应用情况 4 表1 3美国部分州 部门密级配沥青基层应用情况 注 1 为2001年NAPA和FHWA路面沥青混合料类型选择指南 5 表1 4Peport386给出的美国各州大粒径密级配沥青混合料应用情况 6 1 绝大部分国家采用密级配的中粒式 粗粒式或特粗粒式沥青稳定碎石基层 2 最大粒径 欧州 25mm 28mm 32mm 40mm 美国 19 37 5mm 日本 传统37 5mm 新增31 5mm 台湾 传统19mm 25mm开始应用大粒径沥青混凝土最大粒径为25mm 30mm 提高强度 减小沥青用量 澳大利亚 20mm 40mm 重载交通 7 3 空隙率 一般3 6 也有3 8 有些采用开级配沥青稳定碎石 其空隙率 18 4 沥青标号 法国 沥青稳定碎石一般35 50 高模量沥青混凝土基层20 30 澳大利亚 40 50 重交通道路25 35 英国 40 50 加拿大 西班牙 特软沥青为200号 台湾 85 100 60 70 重交通 日本 60 80 80 100 40 60 重交通 印度 60 70 美国 骨架型结构 允许采用较软沥青 中国 一般50 70 寒冷地区90号 高温地区 爬坡路段30 50 8 5 混合料级配 美国 大碎石沥青混合料可提高结构性能与经济性 粗集料较多 则VMA相对低 沥青用量可降低 粗集料较多 可形成骨架结构 对沥青的数量与质量的依赖性会降低 还可采用较软的沥青 表22002年俄亥俄州大马歇尔标准 9 中国 骨架密实结构 骨架的空隙由少量细集料 矿粉和沥青填充 表3建议的密级配沥青碎石级配范围 该级配范围位于AC 型与 型之间 实验表明 其具有较低的沥青用量 小的空隙率和良好的路用性能 10 三 沥青稳定碎石基层混合料设计方法1 试件成型方法及技术指标试验方法表4 1各规范沥青基层混合料成型方法及设计参数 注 1 vibratinghamber 试件直径152mm 试件成型后 被修剪成高70mm2 Rotatiing baseMarshall 试件直径152mm 击实锤击实 同时具有一定的搓揉作用 3 大粒径沥青混合料采用大马歇尔试验 传统的沥青处理基层采用标准马歇尔 11 表4 2美国各州 部门沥青基层混合料成型方法及设计参数 注 1 Marshall稳定度或单轴压缩试验抗压强度要求 以及单轴压缩试验中残余强度比或抗拉强度试验中抗拉强度比要求 2 Marshall稳定度要求 同时须满足单轴抗压试验或拉伸强度试验技术要求 12 表4 3美国各州 部门沥青基层混合料成型方法及设计参数 13 1 马歇尔法仍是当前世界上使用最普遍的方法之一 2 大马歇尔试件 用于粒径较大的混合料 26 5mm 试件尺寸扩大1 5倍 直径150mm 高95 2mm 直径应大于公称粒径的4倍 击实次数亦增大1 5倍 50 75 75 112次 稳定度和流值的标准相应提高2 25倍和1 5倍 14 3 试验表明 集料击碎 大马歇尔优于标准马歇尔 密度 大马歇尔小于标准马歇尔 空隙率 大马歇尔大于标准马歇尔 VFA 大马歇尔小于标准马歇尔 稳定度 流值 从大量数据统计稳定度比值平均为2 05流值比值平均为1 46均接近理论值 15 4 混合料空隙率的确定方法 混合料的最大理论密度用真空法测定 混合料的毛体积密度通常采用表干法 当吸水率大于2 时宜采用蜡封法 对空隙率大于8 时宜采用体积法 5 最佳沥青用量的确定方法按照规范 用稳定度最大值 密度最大值 空隙率范围中值 或要求的目标空隙率 饱和度范围中值分别对应的油石比a1 a2 a3 a4的平均值 作为OAC1 当密度和稳定度未出现峰值时 以空隙率的中值或要求的目标空隙率所对应的沥青用量为OAC1 16 2 沥青稳定碎石基层混合料设计标准表5 1部分规范沥青基层混合料马歇尔设计标准 17 表5 2初步拟定沥青稳定碎石的马歇尔配合比设计标准 表5 2初步拟定沥青稳定碎石的马歇尔配合比设计标准 18 四 沥青稳定碎石基层的施工 要点 1 拌和 对拌和楼热料仓的筛网合理调整 由于沥青用量较低 集料较粗 故所需的的拌和时间要长一些2 摊铺 由于厚度较厚 摊铺速度宜控制在2m min以下 以保证更均匀地喂送混合料 并由熨平板提供更多的振动压实 3 碾压 碾压温度 应在混合料降到120 之前完成复压 降到90 之前完成终压 施工层厚度 19 二 级配碎石 一 级配碎石的应用 世界各国普遍采用的基层类型之一 在轻交通道路上用作薄沥青面层下的基层 主要承重层 此时厚度较厚 在中重交通道路上用作厚沥青面层的基层或设置在一定厚度的沥青稳定碎石下作为底基层 用作沥青面层与半刚性基层之间 作为应力消散层 20 二 级配碎石的组成材料与级配1 对组成材料的要求 1 粗集料的形状和破裂面 针片状 长宽比大于3 1 含量一般规定不超过20 粗集料 4 75mm 的破裂面通常要求不小于60 以及75 的颗粒须具有2个以上的破裂面 2 粗集料的强度 一般用抗压碎值和抗磨耗值鉴定集料的强度 3 有害物质控制 通常用砂当量 有机物 粘土团 以及硫酸盐含量作为控制指标 4 耐久性 一般采用冻融试验或硫酸镁安定性试验确定其耐久性 21 表6各规范级配碎石基层 底基层材料类型和技术要求 表6各规范级配碎石基层 底基层材料类型和技术要求 22 2020 4 4 23 续上表 注 2 表示硫酸镁5个循环 1 硫酸纳5个循环 24 表7为我国初步推荐的级配碎石材料的技术要求 表7推荐的级配碎石材料技术要求 25 2 级配碎石的级配范围 1 集料的最大粒径 粒径越大 则强度越高 但工艺性较差 如易离析 不易整平 对拌和设备磨损较大等 对基层级配碎石 最大粒径通常为40 50mm 试验表明 最大粒径为37 5mm时 CBR值最大 最大粒径为50mm时 可获得最大干密度 级配碎石最大粒径 应综合考虑对级配碎石性能的影响 确保施工中不离析 以及具体材料 气候条件确定 表8是各国对最大粒径的规定 26 表8各规范级配粒料基层 底基层材料的最大粒径情况 mm 27 续上表 注 内数据为公称最大粒径 加拿大BC即加拿大的大不列颠哥伦比亚州 28 2 细集料含量表9各规范级配碎石4 75mm通过率情况 注 表中除荷兰45表示为公称最大粒径外 其余均为最大粒径 1 表示4 75mm通过率是通过插值获得 2 表示为圆孔筛 筛孔为5mm 3 表示筛孔为5mm时通过率 混合料的干密度与强度随细集料的变化出现峰值 该峰值一般出现在细集料30 50 之间 29 3 细料 0 5mm 通过率及其塑性指数表10各规范级配碎石0 425mm 0 5mm 通过率以及塑性指数要求 30 试验表明 当细料含量为8 22 区间 干密度与强度出现最高值 随着细料塑性指数的增大 饱水CBR值减小 4 粉粒 0 075mm 当粉粒在某一含量时 干密度与强度具有最大值 随着粉粒含量的增多 饱水CBR值降低 表11为各国规范对0 075mm通过率的规定 31 表11各规筛级配碎石基层0 075mm通过率 注 1 最终级配中0 075mm通过率不能大于0 6mm通过率的60 0 075mm通过率在潮湿条件下尽量取低值 同时注意0 02mm通过率不大于3 2 表示细料筛孔为0 063mm 我国现行规范定为0 7 32 5 推荐的级配碎石级配范围表12 1几种级配集料通过筛孔百分率情况 33 12 2级配碎石级配范围 推荐 34 三 级配碎石混合料配合比设计方法1 室内试件成型方法 1 击实法表13 1AASHTO无结合料室内成型试验方法 35 表13 2各国 机构葡氏击实试验方法 36 2 振动法 振动锤振动成型法 英国 瑞典等国采用 振动台法 美国 日本 澳大利亚 加拿大 丹麦等国采用 表14各国规范规定粒料基层室内最大密度的确定方法 现场压实度要求 注 1 表示为理论最大密度 而不是重型击实的最大干密度 37 3 试验表明 重型击实最佳含水量小于振动成型 当干密度较小时重型击实的干密度要大于振动成型的干密度 而干密度较大时则相反 振动戌型的CBR要大于重型击实的CBR 38 2 级配碎石混合料设计技术指标表15各规范粒料 底 基层混合料技术要求 注 表中数据 或 为R值 表示也可以用R值代替CBR试验作为其设计指标 其余数值为CBR值 CBR数值中除1 表示轻型击实 2 表示振动成型 其余为重型击实 3 还有其它指标 4 级配碎石用作高等级道路基层 级配砾石 天然砂砾用作高等道路底基层 5 表示我国的无结合料粒料基层 底基层的规定 对于基层 级配碎石没有规定CBR 而级配砾石4天饱水CBR不小于160 而对于底基层 轻交通级配砾石4天饱水CBR不小于40 中交通不小于60 39 各国主要是材料重型击实的CBR指标 基层一般80 底基层20 30 3 推荐的级配碎石混合料设计指标 中国 1 固体体积率 级配良好的级配碎石 其固体体积率可达85 90 故推荐固体体积率 85 2 CBR 推荐重型击实饱水CBR 100 40 四 级配碎石基层施工要点1 集中厂拌 2 含水量比最佳含水量高1 2 以补充运输和摊铺过程的损失 3 用摊铺机摊铺或平地机摊铺均可 4 当粒径较粗时 为避免离析 亦可用两台摊铺机 梯队作业 5 碾压是关键 为避免水分散失 要及时碾压 每层的压实厚度一般不应超过15 18cm 用重型振动压路机或胶轮压路机时可达20cm 41 五 级配碎石基层质量管理表16 1级配碎石材料及混合料试验项目 42 表16 2外形尺寸检查项目 频率和质量标准 43 表16 3施工中质量控制的项目 频率和质量标准 44 2020 4 4 45