CAVF法在小粒径排水沥青混合料级配设计中的应用

陆书豪 杨清尘

（重庆交通大学 土木工程学院，重庆400060）

具有大空隙特征的排水抗滑磨耗层(OGFC)因其抗滑、排水降噪的优良功能特性，在我国已经得到广泛应用，但对于其沥青混合料的级配设计方法，当前仍然没有定论。为了提高沥青混合料的强度，满足设计空隙率的要求，华南理工大学张肖宁[1]提出了一种基于骨料体积组成的沥青混合料级配设计方法-主骨料空隙填充法（CAVF），该方法的设计原则是发挥粗集料在混合料中的嵌挤作用，提高沥青混合料的内摩阻力，并最终形成稳定性较高的骨架空隙结构。同时为了避免细集料颗粒影响粗集料形成的嵌挤结构，沥青混合料采用间断级配，通常间断1.18-2.36mm 或2.36mm-4.75mm 档细集料，并利用沥青、细集料、矿粉填充粗骨料形成的间隙，使沥青胶浆对粗集料的嵌挤能力不产生干涉作用。此后，为了减小设计空隙率和实测空隙率之间的误差，葛折圣、肖鑫[2-3]等学者相继对CAVF 进行了优化和修正。本文设计的OGFC-10 混合料由于最大公称粒径较小，因此各档料筛孔通过率对沥青混合料空隙率的影响较大，为了更加准确的控制空隙率大小，提高小粒径排水沥青磨耗层的强度和稳定性，采取主骨料填充法对其级配进行设计。同时为了探究2.36mm 通过率对OGFC-10 混合料的空隙率的影响程度，设定了3 条级配曲线，确定了其合理的通过率范围。最后，依据室内沥青混合料路用性能试验评价了基于CAVF 法设计的级配合理性。

1 试验原材料

胶结料采用HVA 改性剂和SBS 改性沥青复配的高粘改性沥青，技术指标如表1 所示。粗集料采用强度较高玄武岩，细集料和矿粉选择碱性的石灰岩，经试验测试，其各项指标均能满足要求。

表1 高粘改性沥青技术指标

2 基于CAVF 法的OGFC-10 级配设计

根据经验确定合适的粗集料、细集料，矿粉的参配比例为84:12:4，计算出粗细集料的密度参数及捣实状态下的粗骨料间隙率VCADRC。按照式（1）和式（2）联立方程组，其中预设目标空隙率为20%，沥青用量为5.0%，矿粉用量为4%，带入求解粗细集料用量。

式中：qc、qf、qp、qa分别是粗集料、细集料、矿粉、沥青质量百分比（%），γf、γp、细集料、矿粉表观相对密度，γa为沥青密度（g/cm3）,VCADRC是粗集料间隙率（%），Vv 是沥青混合料设计空隙率（%），α 为干涉系数（1.0～1.2），本文取α=1.1。

最终经过计算和修正，本文得到的集料最终质量比为粗集料：细集料：矿粉=83.8：10.7：5.5，纪为OGFC- Ⅱ型，调整2.36mm 筛孔的通过率得到另外两组级配OGFC-Ⅰ和OGFC-Ⅲ型，其级配组成如表2 所示，拟定沥青膜厚度为14μm，按照经验公式[4]计算初始沥青用量，试验得到各个级配的体积参数如表3。

表2 OGFC-10 混合料矿料级配组成

由表3 可知，3 种沥青混合料的VCAMIX均小于VCADRC种,可见其内部粗集料均形成了嵌挤结构，有利于混合料的强度提升。随着2.36mm 通过率从9.7%提高到13.4%，沥青混合料的空隙率从21.2%下降到19.8%，可见2.36mm 的通过率对OGFC-10的空隙率影响较大，随着2.36mm 通过率增大，空隙率下降明显，这是因为细集料的增多一定程度填充了空隙。当OGFC-10的空隙率要求在20%～21%时，推荐2.36mm 的通过率应在10%～12%之间。

表3 各个级配沥青混合料体积参数

3 沥青混合料路用性能验证

3.1 最佳油石比

选择更接近目标空隙率20%的OGFC-Ⅱ类沥青混合料进行飞散试验和析漏实验，根据飞散损失不大于20%,析漏损失不大于0.3%的要求确定了其油石比的范围在4.42%～5.03%之间。为了增大沥青膜厚度，提高沥青与集料的粘附能力，本文选择5.0%作为最佳油石比。

3.2 路用性能评价

按照上述级配和最佳油石比设计了沥青混合料，并采取车辙试验、冻融劈裂试验、小梁低温弯曲试验检验了其高温稳定性，低温抗裂性以及水稳定性。同时测试了沥青混合料的渗水性能和抗滑性能，其技术指标如表4 所示。

表4 OGFC-10 混合料的性能指标

由表4 可知，小粒径排水混合料各项性能均能大于规范要求，这表明基于CAVF 法设计的小粒径排水沥青路面能够具有良好的路用性能。

4 结论

通过CAVF 法设计了OGFC-10 混合料级配，拟定的3 条级配曲线体积参数表明其均能够满足目标空隙率要求，且三种级配均能形成粗集料嵌挤结构，有利于提高沥青混合料强度。

基于2.36mm 通过率和空隙率的大小关系，提出小粒径排水沥青混合料2.36mm 通过率的合理范围应在10%～12%之间。

通过室内试验，验证了基于CAVF 法设计的排水沥青混合料能够保证良好的路用性能，该方法设计的级配是可行的。