开级配沥青磨耗层0GFC的研究与分析

开级配沥青磨耗层0GFC的研究与分析

摘要：分析了开级配沥青磨耗层(OGFC)的应用前景及优点，在参考国内外成功经验的基础上，从设计和施工两方面对OGFC进行了探讨，包括设计过程中材料选择、配合比设计、沥青用量以及施工期间的拌合、运输、摊铺、碾压的注意事项。

关键词：开级配沥青磨耗层(OGFC)；优点；设计；施工

1 概述

深圳市机场南路新建工程位于宝安中心组团北侧的航空商贸功能区和机场运营功能区。起点接海滨大道西侧的机场码头，经机场进出场路、建德西路、建德东路、宝安大道、107国道，道路终点至现状广深高速公路鹤洲立交。路线呈东西走向全长约4.552公里，城市快速路，道路红线宽75米，主车道双向六车道，辅道双向四车道，路面拟采用开级配沥青磨耗层(Open-graded Friction Courses,简称OGFC)。

综观国内外技术前沿，具有大空隙特征的开级配沥青磨耗层因为具有抗滑性能高、噪声低、抑制水雾、防止水漂、减轻眩光等突出优点，可以说达到了现有沥青路面技术中的“顶端路用性能”，成为实现道路表面特性品质飞跃的最佳路面形式。OGFC在欧、美、日本等国已使用多年，并制定了从设计、施工、养护机械等成套技术，取得了良好的综合效益，其中在日本使用最普遍，政府要求所有高速公路表面加铺一层OGFC。然而,国内对OGFC研究起步较晚,目前仅初步提出了OGFC的结合料、级配、混合料的技术要求，可供参考或借鉴的成果不多。鉴于此,本文通过查阅国内外的大量文献,掌握了有关该问题的国内外研究情况及动态。在分析OGFC的特点基础上,提出了OGFC对原材料要求和配合比设计目标，并通过工程案例分析，提出了OGFC的施工工艺及注意问题。

2 优点

2.1 提高车辆行驶的安全性

路面雨水可由OGFC凹凸不平的表面迅速渗入表层，并通过内部排水系统排除，表面无残留水，所以能防止水漂，提高雨天的防滑性，减轻溅水、水雾现象，减轻雨天夜间大光灯的路面反射，提高雨天时路面标线的视认性，减少雨天交通安全事故的发生。根据日本道路公团的统计，使用排水沥青铺设后，日本高速公路每年交通事故从2981件减少为488件，减少率为83.6％。

2.2 降低噪音

OGFC具有较大孔隙及粗糙孔壁，为刚性多孔吸声材料，能有效吸收车辆行驶产生的噪音，降低反声音；OGFC是具有相互连通孔隙的开级配混合料，

轮胎压缩的空气能够通过连通的小孔中排出，不易形成因空气压缩产生的噪音； OGFC能迅速将雨水排出路面外，可减少车辆行驶在潮湿路面因压缩水分而产生的噪音。据测试研究，OGFC与密级配沥青混合料路面相比，噪音可降低3dB；与水泥混凝土路面相比，可降低7dB。

2.3 降低路面温度

OGFC路面铺设为多孔构造，空隙中残留的水分蒸发等，能改善夏季铺设表面温度的上升。普通沥青铺设在夏季温度可能上升30度～40度,然而排水性铺设的场合，温度上升仅仅为17度～20度。

3 设计

OGFC路面虽然许多国家已研究和应用多年，但尚无十分完善的配合比设计方法。由于各国道路条件和环境条件不同，配制OGFC混合料时各国的具体方法都有很大的差别，但是技术的关键主要围绕保证混合料高孔隙率、保证混合料足够抗松散能力、保证混合料有一定力学强度三个方面。为满足以上三方面要求，需要在集料和沥青的选择、配合比设计上采取适当的方法和必要的措施。

3.1 材料选择

3.1.1集料

OGFC混合料的粗集料、细集料以及填料的质量除应符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)对表面层材料技术要求外，还应注意如下事项：

(1) OGFC是开级配多孔隙的结构，粗集料用量占80％以上，宜采用形状接近立方体有良好的嵌挤能力的石料。扁平细长的石料易在铺设时破碎，并且降低排水功能，最好不要使用。推荐使用花岗岩、玄武岩或是辉绿岩。

(2)细集料宜选用机制砂或能与沥青粘附性好的石灰岩石屑。天然砂颗粒较圆，与沥青的粘附性能较差，最好不要使用。

(3)填料在沥青混合料中作用极为重要，沥青只有吸附在矿粉表面才能形成油膜，才能和其它粗细集料产生粘附作用。填料必须是由石灰岩或岩浆岩等憎水性石料经磨细得到的矿粉。

3.1.2 沥青

OGFC混合料粗集料较多，细集料较少，颗粒之间不能形成强有力的嵌锁作用，混合料的强度主要依靠结合料的粘结作用。因此粘结料必须具有足够的粘度。为提高多孔性沥青混合料的抗松散能力，添加纤维也非常重要。

1998年美国国家沥青技术中心(NCAT)对18个州的OGFC的使用情况进

行调查研究，OGFC具有良好性能的州使用了聚合物改性沥青结合料和相对较粗的级配，聚合物改性沥青加入纤维的结合料可以减小磨耗量，从而提高OGFC的耐久性，并减小车辙深度。日本已研制多年专用于排水性路面的高黏度改性沥青，其裹握力强、品质稳定，普遍用于OGFC路面，并使用木质纤维或矿物纤维作为添加剂，使用效果更加优质。

图1和图2为一般改性沥青混合料、高粘度改性沥青+0.3％的木质素纤维混合料的两组试验试件进行车辙试验后的情况。试验时首先制作了两组300mm×300mm×50mm的试件，然后选用曲柄连杆试验轮在其上面往返行走约1小时，通过记录仪变形曲线及试件温度，最后计算沥青混合料动稳定度DS。经计算DS=（t2-t1）×N×C1×C2/(d2-d1),一般改性沥青试件动稳定度为2650次/mm，高黏度改性沥青试件动稳定度为3570次/mm，高粘度改性沥青混合料动稳定度可提高34.7％，效果明显。

图1 一般改性沥青轮迹 图2 高黏度改性沥青轮迹

3.2 配合比设计

根据国内外施工经验，使用13mm的集料在路面降低噪音、耐久性、施工性等方面具有优点，本文配合比设计主要以OGFC-13进行研究分析。

3.2.1 级配选择

级配选择选择宜在工程设计级配范围内计算3组粗细不同的配合比，绘制设计级配曲线，分别位于工程设计级配范围的上方、中值及下方。设计合成级配不得有太多的锯齿形交错，且在0.3～0.6mm范围内不出现驼峰。然后根据当地的实践经验选择适宜的沥青用量，分别制作几组级配的马歇尔试件，测定试件的空隙率VV，矿料空隙率VMA,有效沥青饱和度VFA等指标。最后选择一组满足或接近设计要求的级配作为设计级配。

OGFC的级配选择影响到路面使用性能。根据美国国家沥青技术中心(NCAT)的研究成果表明：为达到石-石接触状态，提供足够的透水性，4.75mm筛孔通过率不得超过20%，与美国联邦公路管理局(FHWA)在20世纪70年代规定的40％相比降低了；当4.75mm筛孔通过率小于15％时，对结合料的析漏是很敏感的，需提供纤维内稳定剂防止过多析漏。下面给出国内外关于OGFC的一些设计级配推荐值，如表1所示。

表1几个OGFC-13推荐配合比范围

3.2.2 沥青用量

OGFC的矿料级配较粗且多为开口孔隙，其最大特点是孔隙率高，所以难以使用通常的马歇尔试验方法确定沥青含量。参考国外的配合比设计方法，建议以各项功能性检验为主，选择期望的孔隙率而又具有较高耐久性的最大容许沥青膜厚度来确定沥青含量。

通常以析漏试验确定沥青混合料不致产生流淌的沥青用量作为上限，以肯特堡试验检验沥青混合料在通车后粒料不致松散、脱落、飞散时的沥青用量为下限。目前析漏试验在研究时通常采用烧杯（德国）、搪瓷盘（日本）、网篮法（美国）等进行析漏试验，但是需引起注意的是在工程试验时，必须采用统一规定的烧杯法进行。

在析漏试验中，为了确定沥青混合料允许的的最大沥青用量，可以调整几个不同的油石比制作几组试件，得出沥青粘附量与油石比的关系曲线，由曲线的拐点确定粘附甚少的的最大沥青用量。同理，在肯特堡试验时，可调整油石比制作几组试件，得出飞散损失与油石比的关系曲线，由曲线的拐点确定基本上很少散失的最少沥青用量。

4 施工

目前国内浙江杭州市庆春路、凤起路、体育场路、曙光路、保俶路等“一纵三横”工程采用了排水式沥青混凝土面层，并使用了日本排水铺设用的高粘度改性沥青。借鉴该工程施工的技术，对OGFC沥青路面的施工提出以下建议及要求，以供参考。

4.1 沥青混合料拌和

沥青混合料拌制时温度宜控制在170℃-185℃。同时，应通过试拌确定混合时间。应经常检查成品温度，并观察混合料外观，混合料应粗细均匀、无花料、不干枯。

骨料温度严守在180℃～185℃，若达到190℃以上沥青就会发生析漏，膜厚变薄，混合物容易发生飞散，骨料的温度能够左右排水性混合物性能，所以生产混合物的骨料温度控制显得至关重要。

4.2 沥青混合料运输

OGFC混合料粘性较大,运输车底部须涂较多的油水混合物。混合料运输时间宜尽可能缩短，运输过程中应采取保温措施，运输车可覆盖一层棉被一层蓬布用以保温。确保混合料摊铺温度不宜低于165℃。当温度低于160℃时，混合料应废弃。

4.3 沥青混合料摊铺

沥青混合料摊铺应采用机械摊铺，要求摊铺平整，不宜人工修整，摊铺速度应控制在约3m/min，摊铺温度宜控制在175－165℃。为避免施工接缝处出现明显痕迹，施工时应尽量全幅摊铺。当摊铺机宽度不足时，宜用两台摊铺机平行作业。

4.4 沥青混合料碾压

碾压时，压路机距离摊铺机不宜过长(不超过20m左右)。初碾、二次碾压宜选用10-12t滚筒式压路机，终碾宜选用6-10t多轮式压路机或8-15t胶轮式压路机。碾压应采用静压方式（不得采用振动），其方法与一般沥青混凝土面层相同；初碾速度宜控制在2km/hr,温度应控制在160℃-140℃, 复碾速度宜控制在3km/hr，终碾速度宜控制在2km/hr，温度应控制在90℃-70℃；施工时注意压路机的喷水量，喷水装置喷出的水容易使混合物冷却。

4.5 其它注意事项

（1）在铺筑面层时，需对透水管进行保护，避免沥青混合料堵塞透水管孔眼，确保透水性路面结构中的雨水能顺畅地排至透水管。两侧排水边沟应有足够的排水坡度，确保排至边沟的雨水能够迅速排出。

（2）沥青混合料碾压成型后，应避免车辆进入，直至终压4个小时后或表面温度低于50℃，且足够坚硬后方可开放交通。

5 结语

（1）OGFC虽具有抗滑性能高、噪声低、抑制水雾、防止水漂、减轻眩光等突出优点，但是OGFC孔隙特别大，如果进入孔隙的灰尘不能被汽车高速行驶的负压吸走，灰尘会不断填充孔隙，被汽车压实而堵塞，则其功效会迅速降低，一旦堵塞很难清除，也将影响其耐久性，所以OGFC适用于多雨地区的高、快速路。

（2）OGFC路面可改善路面水损害，降低城市噪音污染，存在较好的经济和社会效益，所以OGFC在适宜地区应大力推广。本文的研究对OGFC的推广有一定促进作用，但是OGFC的路面性能与材料、设计、施工等诸多因素有关，其应用技术若需进一步研究。

参考文献：

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杭州市建设委员会, “一纵三横”道路整治工程排水式沥青混凝土面层(OGFC)技术规定(CJS01-2005)，2005.8

李闯民，开级配沥青磨耗层(OGFC)的研究，公路，2002.3，P69-70