返回顶部
返回首页
返回首页
home 您现在的位置: 首页 >今日头条 > 详细信息

PA-13排水沥青混合料配合比设计及性能研究

2026年07月17日    阅读量:20     新闻来源:合亚嗒资讯网    |  投稿

摘要:

针对高速公路沥青路面易积水造成水损害的问题,以某高速公路工程为例,开展PA-13排水沥青混合料配合比设计与性能研究。通过设计矿料级配、预估沥青用量,结合渗透试验确定22%为目标空隙率,利用有限元软件建立计算模型,验算沥青混合料层永久变形量与层底拉应力,结果表明该PA-13排水沥青路面结构变形与层底拉应力均满足规范要求,结构安全可靠。基于路面渗水仪测试路面渗水系数,试验结果表明各测点的渗水系数均>4500mL/min,排水效果良好。

关键词:PA-13;排水沥青路面;配合比;目标空隙率;结构验算;渗水系数
0 引言

沥青路面具有平整性好、施工便利、行车舒适、噪音低等优势,在高速公路中应用广泛。传统的高速公路沥青路面多采用密实级配材料,排水性能差,在连续降雨或暴雨天气下,路面易积水,并侵蚀沥青混凝土,使沥青从集料表面剥落,从而降低路面性能[1]。同时,路面积水段的摩擦力较小,车辆制动易滑移,甚至侧翻,影响行车安全。排水沥青路面凭借大空隙结构具备优良的透水、降噪性能,是解决路面水损害、改善行车环境的有效技术形式。为此,本文依托高速公路实体工程,开展PA-13排水沥青混合料的配合比设计及性能分析,可为排水沥青路面设计提供参考。

1 工程概况

某高速公路设计标准为双向4车道,设计行车速度120km/h,设计洪水频率为 1/100,路基标准横断面宽24.5m,交通荷载等级为重交通,路面采用沥青路面,设计使用年限15年,设计标准轴载取BZZ-100。该高速公路沿线属亚热带季风性气候,降雨量丰富,年平均降雨量在 1000~1200mm,其中 5~8月降雨量集中,且以短时强降雨为主,占全年降雨量的60%以上。为防止路面积水影响路面性能及行车安全,采用PA排水沥青路面结构(如图 1所示)。

PA-13排水沥青混合料配合比设计及性能研究 沥青网,sinoasphalt.com

以 PA-13排水沥青混合料作为表面层,下方铺防水层,雨水渗入后可通过表面层快速排出。同时,PA-13排水沥青混合料空隙率高,能有效弱化轮胎与路面间的“空气泵效应”,减少行车噪音[2]。

2 PA-13排水沥青混合料配合比设计

2.1 矿料级配设计

2.1.1 集料选择

该公路沿线石灰岩分布较广,且石灰岩与沥青的粘附性好,可将其破碎后用作PA-13排水沥青混合料的粗集料。排水沥青混合料中的粗集料间以点接触受力为主[3],若软石含量过多,集料在车辆荷载作用下极易破坏,损伤骨架结构,导致沥青路面早期损坏。为解决此问题,应严格控制粗集料中软石含量≤1%。PA-13排水沥青混合料的细集料采用10~20mm的粗集料加工制备,加工期间需进行吸尘或水洗,以保持表面洁净。同时为规避集料粘附性不足问题,细集料严禁采用酸性石料加工的机制砂及石屑。

2.1.2 级配组合

PA-13排水沥青混合料的级配曲线宜采用“S”型,确保空隙连通,形成有效排水通道。同时,应适当减小细集料比例,避免混合料过度密实。基于此,初步拟定4组空隙率不同的级配组合,具体级配组成如表1所示。

PA-13排水沥青混合料配合比设计及性能研究 沥青网,sinoasphalt.com

2.2 沥青选择及用量预估

2.2.1 沥青选择

PA-13排水沥青混合料的空隙率大,长期暴露在空气与雨水环境中,对沥青的粘附性能、抗剥落性能及耐久性能要求更高。为保障集料粘结强度与结构稳定性,建议PA-13排水沥青混合料统一采用高粘度改性沥青,并采用直投法拌制,基质沥青选择与改性剂配伍性良好的A级90号沥青。

2.2.2 沥青用量预估

PA-13排水沥青混合料的沥青用量直接影响排水沥青路面性能,沥青用量过多,会填充空隙,降低排水性能,且高温环境下路面易软化,抗车辙能力差;沥青用量过少,集料包裹不足,沥青混合料易飞散或剥落,加速路面老化[4]。参照《排水沥青路面设计与施工指导规范》(JTG/T 3350-03-2020),根据集料表面积与沥青膜厚度对沥青用量进行预估,计算公式如下:

PA-13排水沥青混合料配合比设计及性能研究 沥青网,sinoasphalt.com

2.3 目标空隙率的确定

空隙率是决定PA-13排水沥青混合料渗透系数的关键指标。因此,可通过室内试验得到试件在不同空隙率下的渗透系数,利用函数拟合两者关系,并将理论渗透系数代入拟合函数,即可反算出目标空隙率。基于表 1 的 4 组级配组合制作不同空隙率的 PA-13 排水沥青混合料试件,开展常水头渗透试验,每组设置 3组平行试件,取平均值作为最终测试结果,试验数据如表2所示。

PA-13排水沥青混合料配合比设计及性能研究 沥青网,sinoasphalt.com

绘制出PA-13排水沥青混合料渗透系数随空隙率的变化曲线,如图2所示。

PA-13排水沥青混合料配合比设计及性能研究 沥青网,sinoasphalt.com

由图2可知,PA-13排水沥青混合料的渗透系数随空隙率的增大而增大,两者之间基本呈线性正相关关系。当 PA-13 排水沥青混合料空隙率从 18% 增大至20%,渗透系数增大0.05cm/s,增大幅度为20.0%;当空隙率从20%增大至22%,渗透系数增大0.06cm/s,增大幅度为 20.0%;当空隙率从 22% 增大至 24%,渗透系数增大0.05cm/s,增大幅度为 13.9%。通过线性拟合得到二者关系式为y = 0.027x - 0.237,拟合函数的决定系数R2 =0.998,拟合精度满足工程需求。根据渗流理论及当地降雨强度,可计算出该工程公路路面的理论渗透系数 y=0.3cm/s。代入拟合函数后,反算出空隙率为 21.74%。因此,建议该工程PA-13排水沥青混合料的目标空隙率取22%,矿料级配优选级配组合C。

3 PA-13排水沥青混合料性能验算

3.1 路面结构力学性能验算

3.1.1 有限元模型建立与参数设定

PA-13排水沥青路面建模时假设路面各结构层为均匀、各向同性的弹性体,层间接触面完全连续。为消除边界效应对计算结果的影响,路面模型尺寸不宜过小。在ANSYS有限元软件中,选用SOLID185(6面体、8节 点 单 元)实 体 单 元 划 分 网 格 ,网 格 尺 寸 控 制 在0.1~0.3m,共划分2568个单元、2705个节点,有限元计算模型如图3所示。为保证计算结果与实际一致,对模型进行边界条件设置:模型底部将X、Y、Z方向位移全部约束,模型侧面约束水平位移,模型顶面为自由边界。PA-13排水沥青路面验算时,将交通荷载简化为静力荷载。对于标准轴载BZZ-100,可将交通荷载与路面接触面简化为两个直径 213mm、中心距 319.5mm 的圆形,利用“Pressure”在接触面施加0.7MPa均匀压力。

3.1.2 验算结果与分析

有限元计算结果表明,PA-13排水沥青路面的沥青混合料层最大变形量为10.2mm<15.0mm(规范限值),满足《公路沥青路面设计规范》(JTG D500-2017)变形控制要求。同时,PA-13排水沥青路面沥青混合料层的层底拉应力最大值为0.369MPa<1.0MPa(设计值),说明PA-13排水沥青混合料作为路面表面层,可保障路面在交通荷载作用下的变形与受力指标均满足规范要求。

3.2 现场排水性能评价

3.2.1 试验段布设与测试方法

采用渗水系数作为评价PA-13排水沥青路面实际排水效能的关键指标。以K22+200~K22+800试验段为例,每200m选取1个测试位置,依据《公路路基路面现场测试规程》(JTG 3450-2019)标准,采用路面渗水仪对PA-13排水沥青路面的渗透性能进行现场实测。为确保检测数据的代表性与可靠性,每个测试断面内均匀布设3个测点(A、B、C),计算其算术平均值作为该断面的最终实测结果。

3.2.2 渗水系数测试结果与分析

PA-13排水沥青混合料配合比设计及性能研究 沥青网,sinoasphalt.com

各测点渗水系数结果如表3所示。由表3可知,测试位置 1~4 的渗水系数平均值分别为 5307.1mL/min、5300.7mL/min、5290.2mL/min、5197.6mL/min,均>4500mL/min,满足《排水沥青路面设计与施工指导规范》(JTG/T 3350-03-2020)要求。由此表明,该PA-13排水沥青混合料在实际路面结构中表现出良好的排水效果。

4  结束语

本文以某高速公路PA-13排水沥青路面为研究对象,通过配合比设计、有限元结构验算、现场试验,对PA-13排水沥青混合料配合比设计要点、PA-13排水沥青路面的力学性能、排水性能进行分析,得到以下结论。

(1)PA-13排水沥青混合料集料宜选择石灰岩,级配曲线采用“S”型,并适当减小细集料比例;沥青材料优先选用高黏度改性沥青,以有效提升集料粘结性能与结构耐久性。

(2)PA-13排水沥青混合料空隙率越大,渗透系数越大,排水性能越好,二者拟合关系式为y=0.027x-0.237。

(3)有限元计算表明PA-13排水沥青路面沥青混合料层的层底拉应力与变形量满足规范要求,表明PA-13排水沥青混合料可保障路面受力稳定、变形可控。

(4)该工程试验段路面渗水系数均>4500mL/min,满足规范标准,证明PA-13排水沥青混合料在实际路面结构中具有良好的排水效果。

参考文献:

[1]王先刚,何敬强.高速公路大空隙排水沥青路面施工技术探讨[J].广东建材,2025,41(2):147-149.

[2]窦志伟,范兴家.排水沥青路面力学及排水性能试验[J].黑龙江交通科技,2025,48(2):16-20.

[3]吕华庚.大空隙率排水沥青路面级配设计及施工技术研究[J].交通世界,2025(Z2):93-95.

[4]顾盛,王鹏飞,韦定兵,等.排水沥青路面空隙特征参数与吸声系数关系研究[J].公路,2024,69(11):1-7.


原创作者:赵 翔(江西省天驰高速科技发展有限公司,江西 南昌 330108)。


标签:今日头条综合论文技术中心沥青混凝土
免责声明: 本文仅代表作者本人观点,与本网无关。本网对文中陈述、观点判断保持中立,不对所包含内容的准确性、可靠性或完整性提供任何明示或暗示的保证。请读者仅作参考,并请自行承担全部责任。本网转载自其它媒体的信息,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。如因作品内容、版权和其它问题需要同本网联系的,请在一周内进行,以便我们及时处理。客服邮箱:service@cnso360.com | 客服QQ:23341571

全站地图

深圳网络警察报警平台 深圳网络警
察报警平台

公共信息安全网络监察 公共信息安
全网络监察

经营性网站备案信息 经营性网站
备案信息

中国互联网举报中心 中国互联网
举报中心

中国文明网传播文明 中国文明网
传播文明

深圳市市场监督管理局企业主体身份公示 工商网监
电子标识