排水沥青混合料的矿料级配设计方法优化.pdf

■ 排水沥青混合料的矿料级配设计方法优化 郭宏坤 ( 中 铁四 局 集团 第 一 工 程 有 限 公 司， 安 徽 合 肥 2 3 0 0 4 1 ) 摘 要 ：文章在排水沥青混合料矿料级配骨架一空隙结构基本特点 基础上， 介绍矿料级配设计的流程。结合长沙黎托路排水沥青路面施 工， 实例阐述排水沥青混合料矿料级配设计方法优化试验过程。该方 法采用暂定级配确定控制沥青用量的方法， 可以避免排水沥青混合料 配合比最佳沥青用量确定时多级配、不同沥青用量的混合料拌制工 作 ， 减小析漏试验组数 ， 且 不影响 结果选定 。优化的方法使 矿料 级配设 计从半定量走向定量， 从经验走向科学， 具有参考价值。 关键词 ： 排水沥青路面； 混合料； 矿料级配； 优化设计 中图分类号 ： U 4 1 6 ．2 1 7 文献标 识码： B 文章编号 ： 1 0 0 7 — 7 3 5 9 ( 2 0 1 6) 0 4 — 0 1 8 4 — 0 2 D 0l ： 1 0 ． 1 6 3 3 0 ／ ] ． c n k i ． 1 0 0 7 - 7 3 5 9 ． 2 0 1 6 ．0 4 ．0 7 2 0 引述 排水沥青混合料配合比应结合工程地域气候和 交通条件进行设计， 避免材料性能的欠缺而引起早期 破坏现象和排水、 降噪功能的快速减退。矿料级配设 计是沥青混合料配合比设计科研、 生产及应用中的一 个基本问题。 矿料合成级配中各筛孔矿料对排水沥青 混合料的空隙率、 稳定度和流值等指标起着决定性影 响。下面结合长沙黎托路排水沥青路面施工， 介绍排 水沥青混合料配合比的矿料级配设计方法。 1 矿料级配的特点 排水沥青混合料为骨架 一空隙结构 ， 属于连续开 级配的混合料结构， 矿料中粗集料较多， 形成骨架， 细 集料较少， 不足以填满空隙。矿料形成石于石接触的 骨架结构 ，要求混合料中粗集料骨架空隙率 V c A 比粗集料骨架空隙率 V c A 眦 小或接近。 而4 ．7 5 m m一 2 ．3 6 m m通过率差值大小对骨架的拨开程度影响较 大， 粗集料拔开系数应控制在 1 ． 1 5以内【” 。空隙率是 排水沥青混合料的主要控制指标， 空隙率大小主要取 决于集料的级配组成、 颗粒形状、 沥青用量以及混合 料的压实程度。其中， 矿料级配组成是控制混合料空 隙率大小的首要因素。 作者简 介： 郭宏坤 ( 1 9 7 3 一 ) ， 男， 安徽 肥 东人 ， 毕 业于安徽 建筑 大学 ， 本 科 ， 高级工程师。 牛俊明等人通过正交试验分析了级配对排水性 沥青混合料空隙率的影响， 结果表明： 粗集料(4 ．7 5 m m 以上) 含量对空隙率影响最显著 ， 粗集料含量每增加 5 ％， 空隙率增 加约 3 ％； 其次是 4 ． 7 5～9 ． 5 ram骨料含 量 ， 最后是沥青用量[2 1 。 针对最大粒径 1 3 ． 2 mm的排水沥青混合料 ， 采用 规范推荐 的级配范围 ，试验研究 9 ．5 m m、 4 ．7 5 m m、 2 ．3 6 m m、 1 ． 1 8 m m和 0 ．0 7 5 m m筛孔通过率对空隙率指 标的影响， 结果表明[3 1 ： 2 ． 3 6 m m筛孑 L 通过率是影响排 水性混合料空隙率和连通空隙率的关键筛孔，在推荐 级配范围内2 ． 3 6 m m筛孔通过率每增加 1 ％ ， 空隙率将 随之减小 l ％左右，同时空隙率与连通空隙率之间存 在 良好 的相关性 。因此在进行级配设计时， 应通过调 整 2 ．3 6 m m筛孔通过率使之满足空隙率的要求。 2 矿料级配设计的流程 长沙黎托路排水沥青混合料矿料级配设计中， 提 出以 2 ． 3 6 m m筛孔的通过率在 1 53 ％左右暂定 3个 级配， 采用析漏试验确定控制沥青用量， 检测马歇尔 试件空隙率。根据 2 ． 3 6 m m筛孔通过率同空隙率的关 系对集料级配进行调整 ， 来选定合成级配和冷料 的配 合 比。具体设计流程如下 。 集料级配和物 理性 能试验 高粘度沥青性能试验 ● 计算暂 定级配组成 ● 折漏试验 0 确定控制沥 青用量 检测试件空隙率 确定 隧标空隙率对应 2 ． 3 6 mm 选定合成级配和冷 料配 比 图 1 矿料级配设计流程示意图 翠 鲤 兽 排水沥青混合料矿料级配的确定与目标空隙率 密切相关， 目标空隙率取值应根据建设所在地的暴雨 强度和是否属严寒地区来确定。 长沙降雨强度人渗强 度 W≥2 mm ／ mi n ， 目标空隙率选取 2 0 ％。 3 ． 1沥青和集料 试验使用集料为长沙坪塘玄武岩， 矿粉采用石灰 岩磨细粉，高粘度沥青采用江苏宝利高粘度改性沥 青。沥青和集料的主要技术指标分别见表 1 和表 2 。 某藻水分离站低蓝藻密度藻浆的藻水分离结果 表 1 3 ．2试验级配计算 试验级配 以 2 ． 3 6 ram筛孔通过量 1 4 ． 7 ％为基准 ， 在此基准上 3 ％为目标设定 3 种级配。矿料配合比 及合成级配曲线图如表 3 及图 2 所示。 矿料配合 比及合成级配 表 3 图 2矿料合成级配 曲线 3 ． 3析漏试验 拌制 3种级配 4 ． 4 ％、 4 ． 7 ％、 5 ． 0 ％、 5 ． 3 ％、 5 ． 6 ％沥青 用量的混合料， 采用 ” 搪瓷盘法 ” 测定沥青混合料的 黏附损失 ， 试验温度为 1 8 5 o c- I- 2 ℃。析漏试验结果如 表 4及 图 3所示 。 3种 试 验 纽 配 析 漏 试 验 结 果 表 4 下方 级配( 2 ．3 6 m m 1 ． 5 3 2 ． 3 4 4 ． O 9 5．98 7．61 4． 6 通 过率=l 1 ．7 ％) 中央级配 ( 2 ． 3 6 mm 1 ． 3 5 1 ． 9 2 3 ． 1 0 4．73 6．2 4 4． 8 通过 率= 1 4 ．7 ％) 上方级配 ( 2 ．3 6 ram 1 ． 1 2 1 ． 6 8 2 ． 2 3 3 ．49 4．6 9 5 ． 0 通过率=1 7 ． 7 ％) 8． O —— 中央缎配 7 ．0 下．．L ． 方T T 缎~配a tl j 6 ．0 ■甲 哭 裂 一 己 ／ 5 ．0 ●上方缴配 水4 ．0 孵 錾3 ．0 榛2 ．0 1 ． 0 中罾 l 4 4 4 ．7 5 ．0 5 ． 3 5 ．6 沥青 量％ 图 3 3种试 验 级 配析 漏 试 验 结 果 根据以上的结果， 3 种级配的控制沥青量分别为： 下 方级 配 =4 ． 6 ％、中央级配 =4 ． 8 ％、上 方级 配 = 5． 0％ 。 3 ．4确定目标空隙率对应 2 ．3 6 ra m通过量 以控制沥青量进行 马歇尔试 验， 2 ． 3 6 ra m通过质 量百分率与空隙率曲线如图 4 所示。 25 ■ ～ 2O I _ ■ l ◆b ． _ ’ 嚣10 5 } n a 3 ．7 一 l 2 l 3 1 4 1 5 l 6 l 7 l 8 l 9 2 0 2 ．3 6 m m 通过率％ 圈 4 2． 36 mm 通 过翠 和 空隙 率 关 系 曲 线 根据以上的结果， 排水性沥青混合料 目标空隙率 2 0 ％左右时得到的 2 ． 3 6 m m通过量约为 1 3 ． 7 ％。 3 ．5选定合成级配和冷料配比 以 2 ．3 6 ra m通过质量百分率与空隙率曲线关系， 找出与 目标空隙率 2 0 ％一致的 2 ． 3 6 m m通过率为 1 3 ． 7 ％，然后根据 2 ． 3 6 m m筛孔通过率同空隙率的关 系对集料级配进行调整， 来选定合成级配和冷料的配 ( 下转 第 2 2 5页) C== 臣 匪 - 倒 ： 鞫 赠 ： ‘ 固 双 u型 ： = = 2 8 ； 取 5 ％富裕 系数 ， 则双 u型 地埋 管 换 热器 共 需 打井 2 9口，共 计 钻 孔 总长 度 2 9 0 0 m， 高密度聚乙烯管总长度 1 1 6 0 0 m。 可以看出 ， 由于钻孔和下管费用 占地埋管换热器 初投资的大多数 ， 因此， 系统负荷越大， 打井数量越 多， 采用双 u型管的经济性较好。 6 结论 ①土壤温度对地埋管换热器传热速率影响较大， 土壤温度升高导致地埋管供回水温度升高， 使地源热 泵机组冷凝压力增大， 极大的降低系统运行能效。因 此在进行地源热泵设计时 ，应充分考虑土壤热平衡 ， 满足系统向土壤的取热 、 放热相等， 避免出现土壤热 平衡失调 ， 导致项 目失败。 ②系统运行一段时间后 ， 地埋管周边 5 m范围内 温度均有提高， 当场地条件充足的情况下， 建议采用 较大的布管间距， 以保障良好的换热效果。 ③在模拟条件下，双 u型管地埋管换热能力近 似为单 u型管的 1 ． 3 3 倍， 且投资增加不多， 但容易导 致土壤温度升高过快。 因此， 在场地、 经济条件充足的 情况下， 建议采用单 u型管地埋管换热器。通过增加 地埋管井数量，提升了土壤与地埋管的换热面积， 有 利于土壤恢复初始状态。在场地、 经济条件受限采用 双 u型管地埋管换热器时，应优先进行土壤热平衡 计算 ， 建议采取配备冷却塔辅助散热、 制定合理的运 行策略、 平时制备生活热水等方式有效避免短时间内 热量积聚导致土壤温升过快 ，保障系统安全可靠、 经 济有效运行。 参考文献 [ 1 ]1 安徽省住建厅， 等． 推进浅层地热能在建筑中规模化应用实施方案 [ Z ] ． [ 2 】 合肥市浅层地 能资源评估报告[ Z 】 ． 【 3 ] 合肥市建筑节能与绿色建筑重点工作报告【 R 】 ． 【 4 1 丁勇， 李百战， 卢军 ， 等． 地源热泵系统地下埋管换热器设计[ J 】 ． 暖 通空调，2 0 0 5 ， 3 5 ( 3 ) ： 8 6 — 8 9 ． [ 5 1 合肥市水务局． 合肥市人民政府关于实行最严格水资源管理制度 的意见[ Z 】 ． [ 6 ]6 徐伟．地源热泵技术手册【 M 】 ．北京 ： 中国建筑工业出版社， 2 0 1 1 ． 【 7 】 G B 5 0 3 6 6 — 2 0 0 5 ， 地源热泵系统工程技术规范【 S 】 ． ( 上接 第 1 8 5页) 合比， 选定合成级配和冷料的配合比见表 5 。 选定 合成级 配和冷 料的配合比 表 5 4 结语 ①采用与当地的暴雨强度相匹配的目标空隙率 选定 2 ． 3 6 m m通过率进行矿料级配设计， 一方面可以 降低降低路面造价， 另一方面可以提高路面使用性能 与寿命。 ②采用暂定 3 级配先进行析漏试验确定控制沥 青用量的方法 ，可以避免最佳沥青用量确定时多级 配、 不同沥青用量的混合料拌制工作 ， 减小析漏试验 组数 ， 且不影响结果选定。 ③2 ．3 6 m m和4 ．7 5 m m筛孔通过率之差决定整个 混合料的骨架结构形成， 在选择排水性沥青混合料级 配时，应该尽量减少 2 ．3 6 m m和 4 ．7 5 m m筛孔通过率 之差 ， 宜控制在 7 ％ l 0 ％之间。 参考文献 [ 1 】 王玉果 ， 李斌． 2 ． 3 6 — 4 ．7 5 m m 材料对沥青混合料性能指标影响分析 [ A] ． 全国公路 建设和养 护优 秀论文集[ C ] ． 2 0 1 0 ． 【 2 】 牛俊明 ， 赵平均 ， 许永 明． 排水性沥青混合料抗 滑层 设计 方法研究 叨． 西安公路交通大学学报， 1 9 9 7 ( 1 ) ． [ 3 】 邢 明亮 ， 陈拴 发 ， 陈华鑫 ， 王秉 纲． 级配 组成对排水 性混合料 空隙 率影响研究『 J 】 ．武汉理工大学学报， 2 0 0 9 ( 1 7 ) ． C = 耳 旺 ’ 倒 ： ! * ： 埏 ： 铡 圈： 瓤 馨 ： 脚 ： * - 国