透水性沥青混凝土面层

《透水沥青混凝土用钢渣》国家标准编制说明

随着我国钢铁工业的快速发展，每年都产生大量的钢渣，2006年已达5863万吨，历年来堆存的钢渣量已有33845万吨，堆积如山的钢渣占用大量土地资源、污染环境。同时，道路建设的迅猛发展，需要大量的建筑材料，而近年来由于对自然资源保护意识的增强，天然石料的开采受到了一定的限制，因此使得钢渣代替天然石料应用于道路工程领域愈来愈受到重视。钢渣作为一种路用材料，在许多发达国家都得到了应用，这些国家的钢渣中约有50%用于道路工程。

国内很早就开展了对钢渣作为基层材料的标准化工作。1990年建设部 颁布了《钢渣石灰类道路基层施工及验收规范》（CJJ35），1991年原冶金工业部颁布了冶金建筑研究总院主编的《钢渣混合料路面基层施工技术规范》（YBJ230），但是将钢渣作为主要材料用于沥青路面面层，特别是用于具有降噪、排水等环保功能的透水路面还没有形成规范。许多研究单位、企业一般参照《公路沥青路面施工技术规范》中的一些指标来进行研究、应用。但是钢渣具有自身的特点，由于其中含有一定量的fCaO、fMgO,遇水后反应生成Ca(OH)2、Mg(OH)2，体积膨胀，影响路面使用质量。因此，为了保证以钢渣为原材料的透水路面的路用性能，必须加强对钢渣等原材料的检验。

为此，中国钢铁工业协会将透水沥青混凝土使用钢渣国家标准的编制列为计划。

1 制定依据

本标准根据生产与实际使用的需要，参考《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）、《公路工程集料试验规程》（JTG E42-2005），结合透水沥青混凝土路面的技术特点，在试验验证的基础上制定的。本标准制定的目的在于保证以钢渣为主要原材料的透水沥青路面的路用性能和质量。

2 标准名称和范围

本标准的透水沥青混凝土是指具有较大空隙率，除满足常规沥青路面性能以外，可以同时实现排水、降噪功能的沥青路面材料。可适用于道路工程沥青面层。

其原材料以钢渣为主要集料。 3、术语和定义

本标准中的透水沥青混凝土用钢渣是指将钢渣经稳定化处理和检验合格，并满足道路工程集料的质量要求，作为透水沥青混凝土的主要集料，起骨架和填充作用。

为了保证钢渣在道路工程中应用的稳定性，参考国内外有关规范及研究，以浸水膨胀率作为钢渣稳定性能的指标要求，其他术语参照道路工程中集料的技术指标要求。

4 规格

本标准的透水沥青混凝土用钢渣主要是作为粗、细集料用于沥青面层，包括上、中、下面层，钢渣的规格要满足道路用沥青混凝土的粒径规格及级配。特别是沥青面层材料的规格要求，因此钢渣粗集料的粒径范围为公称粒径规格S1~ S7，即本标准所涉及到的钢渣作为粗集料使用时，其最大公称粒径为方孔筛筛孔31.5mm的通过率为100%。

《公路沥青路面施工技术规范》规定，透水沥青混凝土不得使用天然砂，因此，钢渣作为细集料在使用过程中参考机制砂的规格要求，满足公称粒径规格S8、S9的要求。

5 一般要求 5.1 钢渣外观

本标准主要是将钢渣用于透水沥青混凝土，透水沥青混凝土为了形成较大的空隙率，主要以粗集料为主，骨架结构的形成和强度保证主要依靠钢渣，因此要求钢渣形状规则，接近正方体，棱角分明，这样才能保证颗粒之间能形成良好的嵌挤结构。同时，作为透水沥青混凝土的粗集料，要求具有较高的抵抗压碎和磨耗的能力，因此，要求粗集料表面尽可能密实。试验结果表明，钢渣的强度高于普通的天然石料，可以很好地达到压碎值、磨耗值指标，但是仍然要尽量避免钢渣表面有过多的蜂窝状孔隙。 5.2 放射性

建筑材料的放射性指标为国家强制性规定，本标准规定透水沥青混凝土用钢渣须满足《建筑材料放射性核素限量》(GB6566-2001)中的指标要求。 5.3 浸水膨胀率

现代炼钢过程中为脱硫、脱磷常加入石灰和白云石等高钙、高镁材料做造渣剂，但是加入的石灰和白云石不能和二氧化硫等酸性氧化物充分反应，以fCaO和fMgO的形式保留在钢渣中，遇水发生体积膨胀。钢渣体积的膨胀直接影响沥青混凝土的性能，造成路面出现病害。因此，钢渣在道路工程的应用首先要解决钢渣的安定性问题。在《钢渣混合料路面基层施工技术规程》（YBJ230-91）中以粉化率作为评价钢渣稳定性的指标。日本于1981年制定了钢渣的浸水膨胀率试验方法，作为日本平均钢渣稳定性的统一试验方法，已经使用二十余年。根据国外的经验及研究，在新修订的《钢渣混合料路面基层施工技术规程》、交通部制定的《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）、《公路工程集料试验规程》（JTG E42-2005）及美国ASTM D5106-2003《沥青筑路混合料用钢渣集料标准规范》中都制定了浸水膨胀率的技术指标和试验方法，因此，本标准规定透水沥青混凝土用钢渣的稳定性采用浸水膨胀率来评价，应满足小于2%的要求。 5.4 金属铁含量

钢渣中会含有一定比例的金属铁，金属铁含量较高时会对透水沥青混凝土的性能有较大的影响，因此，本标准依据《道路用钢渣砂》（已经评审通过）中的规定，将钢渣中的金属铁含量限制在不大于2%。钢渣中金属铁含量的测定参照《钢渣中磁性金属铁含量测定方法》进行测定。

6 技术要求 6.1 粗集料 6.1.1 压碎值

透水沥青混凝土较高空隙率的形成与维持，在于含量较多的粗集料之间的嵌挤作用。集料嵌挤作用的好坏与其集料的坚硬性、颗粒形状和棱角性密切相关。因此，对粗集料的压碎值指标要求较高。本标准对钢渣的压碎值规定不大于26%，相当于高等级公路表面层的要求。 6.1.2洛杉矶磨耗损失

透水沥青混凝土粗集料含量较高，强度及抗滑能力的形成主要取决于集料的

抵抗摩擦、撞击的能力，特别是当用于沥青路面表面层时，对于耐磨耗性能要求较高。本标准采用洛杉矶磨耗试验方法进行评价。 6.1.3表观相对密度和吸水率

钢渣的表观相对密度高于普通天然石料，硬度较高。

钢渣的吸水率一般会高于普通石料，钢渣吸水后容易产生体积膨胀，这一点主要通过浸水膨胀率来控制，因此对于吸水率可以适当放宽要求。 6.1.4 针片状颗粒含量

透水沥青混凝土的粗集料形成骨架作用，以保证较高的空隙率和强度，因此要求粗集料形状接近立方体，棱角分明，针片状颗粒含量过高会影响沥青混凝土的嵌锁强度。钢渣是炼钢后形成的废渣，经过人工破碎后形状不规则，因此当用于透水沥青混凝土时要求严格控制针片状颗粒含量。 6.1.5小于0.075mm颗粒含量

集料中小于0.075的颗粒含量过高会影响透水沥青混凝土的空隙率，因此必须控制其含量。 6.1.6软弱颗粒含量

透水沥青混凝土主要以粗集料为主，为了保证强度要严格控制软弱颗粒的含量。一般情况下钢渣的强度高于普通石料，但是钢渣在形成过程中由于生产和处理工艺的不同，有些钢渣表面蜂窝状较为严重，会影响到钢渣的强度，因此，本标准通过钢渣中软弱颗粒含量和钢渣外观的双重要求来控制蜂窝状钢渣含量。 6.1.7磨光值

透水沥青混凝土由于其具有的降噪、排水等功能，通常可作为沥青路面的表面层使用，并且由于以粗集料为主，因此对于磨光值的要求较为严格，本标准以最不利的气候条件下的高等级公路表面层磨光值要求作为控制指标，通过试验表明，钢渣的磨光值可以满足要求。 6.1.8 与沥青粘附性

透水沥青混凝土由于空隙率较大，易受水的影响发生水损害，因此需要提高沥青与集料的粘附性，增强抗水损害能力，因此要求集料与沥青的粘附性较高。如果粘附性不能满足要求，则需要采取有效措施，通过添加外加剂等方法来提高

粘附性。

6.2 细集料 6.2.1 坚固性

主要评价钢渣经多次浸泡与烘干循环后的安定性。 6.2.2 小于0.075mm的颗粒含量

钢渣为炼钢过程中形成的废渣，纯度较高，并且堆放较为集中，同天然砂、机制砂等相比含泥量较低，但是小于0.075mm的钢渣粉尘过多会影响透水沥青混凝土的空隙率及强度，因此，在透水沥青混凝土中，钢渣作为细集料使用的过程中也要控制0.075mm以下的颗粒含量。 6.2.3 棱角性

透水沥青混凝土中的细集料主要是逐级填充于粗集料之间，既要保证空隙率，又要提高稳定性及抗松散能力，因此需要评价细集料的表面构造和粗糙度，保证细集料对沥青混合料的内摩擦角和抗流动变形性能的作用。 7 试验方法 7.1 放射性

按照《建筑材料放射性核素限量》(GB6566-2001)进行。 7.2 浸水膨胀率

按照附录A规定进行。对浸水膨胀试验用钢渣规定粒度分布，减小由于不同粒度膨胀量不同造成的试验误差。 7.3 金属铁含量

按照YB/T××《钢渣中磁性金属铁含量测定方法》的规定进行 7.4 钢渣粗、细集料质量技术要求

参照《公路工程集料试验规程》（JTG E42-2005）中相关试验方法进行。

8 检验规则

检验批量的确定主要取决于三个方面的因素，一是钢渣材料生产工艺的稳定性；二是企业的生产能力；三是使用量。随着钢渣的处理工艺不断改进，有助于钢渣性能的提高和稳定性保证；目前钢渣在建筑材料生产、路基回填过程中已经

开始推广应用，因此企业根据市场规模进行生产设备及技术的配备不成问题，企业的生产能力可以保证，而目前钢渣在沥青面层还未大规模应用，因此检验批次主要根据使用量而定。

透水性沥青混凝土面层在城市道路中的应用

摘要：通过分析透水性沥青混凝土路面的特性及优点，结合工程应用实例对透水性沥青混合料的材料选择、配合比、施工工艺等方面进行尝试与探讨。实践证明，在城市道路中采用透水性沥青面层技术可行、设计简易、施工方便，且工程费用增加不大，在我国南方多雨地区有较强的现实意义和推广价值。

关键词：城市道路；透水性沥青面层；设计；配合比；施工；杭州市

0 前言

透水性沥青混凝土，与一般沥青混合料相比，特点是空隙率较大、大粒径骨料含量较多，沥青为高温热稳定性好、粘结性强的高粘度改性沥青。因此透水性沥青混凝土具有一些优良的路用性能： (1) 透水性路面可以避免雨天路面积水形成水膜，提高路面抗滑性能； (2) 减小路面反光，改善路面标志的可见度，改善车辆行驶的安全性和舒适性； (3) 吸收车辆行驶产生的噪音，有利于创造安静舒适的交通环境。此外，使用透水性材料铺设具有排水性的道路，可以减轻集中降雨季节道路排水系统的负担；有助于补充城市地下水资源，保持土壤湿度，增加城市透水、透气面积，调节城市气候，降低地表温度，改善城 市环境，保持生态平衡。

透水性沥青混凝土路面(OGFC) 在我国还处于发展起步阶段，目前尚无完整的设计施工规范及验收指标。笔者在杭州市庆春路整治工程设计中，参考国外相关技术标准，对透水性路面的结构设计、沥青混合料的材料选择、配合比、施工工艺等方面进行了尝试，希望能与同行一起交流、共同探讨，为我国透水性沥青混凝土路面的发展积累经验。

1 工程概况

庆春路地处杭州市中心繁华地带， 全长约4km ，红线宽40 m ，是杭州市传统的商业服务街，也是联系西湖景区与城市东部的主要通道。无论从商业功能还是交通功能上讲，庆春路都是杭州市中心区十分重要的东西向城市主干道。市委、市政府为缓解杭城交通“两难”、进一步改善城市环境、提升城市品位，提出“一纵三横”四条道路综合整治的目标及要求，为提高雨天行车的安全性，降低交通噪音、防止路面积水、改善道路环境，在庆春路整治中采用透水性沥青混凝土面层。

2 路面结构设计

透水路面按其排水方式可分为全透式路面和半透式(排水式) 路面。全透式要求面层、基层、垫层相应具有良好的透水性能，并提供足够的力学强度，才可以保证路面雨水迅速下渗至自然土基，起到透水性道路的真正作用，国外主要应用于停车场、广场、人行道及轻交通道路。半透式则仅要求上面层具有透水性能，下设隔水层，路表下渗水通过道路纵横坡汇入盲沟、盲管进行收集，接至雨水井。 庆春路作为老路改造工程，现状路面结构为水泥混凝土与沥青混凝土面层形式间隔分布，在加罩透水性沥青混凝土面层时，由于原下层结构均无透水性，因此，针对工程实际情况，仅

加铺透水性面层，设计为半透式路面。

设计时，对现状水泥混凝土路面段适当加高约10 cm ，采用5 cm AC-16 Ⅰ中粒式沥青混凝土+ 5cm OGFC-13 透水沥青混凝土进行沥青罩面；对沥青路面段仅铣刨原结构层中的细粒式沥青面层，采用5 cm OGFC-13 透水沥青混凝土重新进行罩面。

半透式路面设计需重点考虑下渗水的排除和避免对下部结构层的影响，因此，设计时，须在透水性面层下喷洒橡胶乳化沥青隔水层，下层采用中粒式沥青混凝土密级配结构，并按照上面层的要求进行施工，严格控制平整度，保证排水迅速、通畅，避免因局部凹陷形成积水无法排除，引起下渗水对下部结构层的破坏。在道路平石边设置宽10 cm、深12 cm的盲沟(同道路纵坡) ，采用透水沥青混凝土填筑，埋设内径5 cm 的盲管(采用钢管打孔) 接入雨水口。盲沟周围喷洒橡胶乳化沥青，并铺设改性油毛毡用以防水。具体结构设计详见图1 。

0 透水性沥青混合料设计

透水性路面特有的多孔性对该混合料本身的力学强度有一定的影响，因此，为了保证混合料的多孔透水性和力学强度，关键就要选择正确的材料与合理的混合料配合比。

3. 1 材料选择

3. 1. 1 集料

透水性沥青混合料集料间断级配，粗集料含量大且粒径单一，细集料含量少，结构空隙率一般为18 %～22 % ，混合料的粗集料应采用质地坚硬，表面粗糙，形状接近立方体，有良好的嵌挤能力的破碎集料，其技术要求见表1 。

细集料宜选用机制砂，如使用石屑时，宜采用与沥青粘附性好的石灰岩石屑，且不得含有泥土、杂物。

填料必须是由石灰石等碱性岩石磨细的矿粉，推荐采用消石灰或水泥部分或完全取代矿粉。

3. 1. 2 沥青胶结料

配制透水性沥青混合料应采用高粘度改性沥青。沥青应具有较小的针入度、较高的软化点和粘度，应有较好的抗裂性，避免沥青面层低温开裂。具体指标见表2 。

3. 1. 3 纤维

配制透水性沥青混合料应掺加纤维稳定剂提高混合料的沥青用量，以提高混合料的耐久性能。

3. 2 混合料配合比设计

透水性沥青混合料的配比应根据混合料生产、运输、抗磨耗飞散要求及目标空隙率确定。配比设计应按以下步骤进行：

(1) 根据实际要求，选择混合料的目标空隙率。

(2) 选择集料种类，其物理力学性能指标应符合防滑面层的相关规定。

(3) 选择沥青的种类，并根据沥青与集料的粘附性，确定是否掺加抗剥落剂。

(4) 对现行规范中的防滑面层集料级配进行调整。根据空隙率与集料中粒径在4. 75 mm 以下集料的质量通过率的关系，确定其通过率范围。

(5) 4. 75 mm 的通过率对混合料的空隙率和骨架嵌锁结构有很大影响，应严格加以控制。设计时将粒径4. 75 mm 以下集料的质量通过率范围等分成四部分，构成四种集料级配。在相同沥青质量分数下(取5. 0 %) ，分别测定四种级配的透水性沥青混合料的矿料间隙率VMA ，并绘出VMA 与粒径4. 75mm 以下的集料的质量通过率的关系图。在图中找出VMA的拐点，若该点的VMA 值大于17 %，则将与此拐点对应的粒径为4. 75 mm 集料的质量通过率作为采用的级配值。所选用集料级配见表3 。

(6) 根据集料比表面积与沥青膜厚的关系，确定最佳沥青膜厚所需要的沥青用量。对混合料进行滴落试验和磨耗试验，绘出滴落损失率和集料磨耗损失率与沥青用量的关系图，确定最佳沥青用量。

(7) 对混合料空隙率VV 和矿料间隙率VMA 进行检验。若VMA小于17 %或者VV小于规定范围，

则需重新调整级配。

(8) 对透水性沥青混合料进行各项性能试验，包括马歇尔稳定度检验、残留稳定度试验、劈裂试验、老化试验、车辙试验及透水试验。若性能指标达不到要求，则需调整级配或改变结合料类型，检测指标见表4 。

4 拌制、运输及摊铺施工

(1) 正式拌制前，应对确定的配合比和级配进行室内试拌与拌和机试拌，验证最佳沥青用量与混合料质量指标是否符合规定。试拌确定最佳用量后，拌和中应严格按量称取沥青用量，沥青用量在拌和过程中变化范围不大于±0. 3 %。

(2) 沥青混合料拌制时温度宜在170 ℃～185 ℃。同时，应通过试拌确定混合时间。 (3) 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，确保混合料摊铺温度不低于165 ℃。当温度低于160 ℃时，混合料应废弃。

(4) 排水沥青下面应铺设封层防止渗水。排水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3 m/ min ，摊铺温度宜控制在175 ℃～165 ℃。 (5) 碾压时，压路机距离摊铺机不宜过长。初碾、二次碾压宜选用10～12 t 滚筒式压路机，终碾宜选用6～10 t 多轮式压路机或8～15 t 胶轮式压路机。碾压应采用静压方式，其

方法与一般沥青混凝土面层相同。初碾速度宜控制在2 km/ h ，温度应控制在160 ℃～140 ℃，复碾速度宜控制在3 km/ h ，终碾速度宜控制在2 km/ h ，温度应控制在90 ℃～70 ℃。

(6) 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坡度，确保排至边沟的雨水能够迅速排出。

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

5 管理与养护

(1) 透水性沥青混凝土面层质量保证期为1 a ，期间须具备应用同质透水性沥青混凝土材料用于及时养护维修的能力。

(2) 透水性沥青混凝土面层道路养护应注意及时清除路面存在的粘土类抛洒物，应采用专门的冲洗和吸出设备，定期对路面积尘物质进行清除，以保证路面的空隙率。

(3) 透水性沥青混凝土面层道路设计年限内，应严格控制道路开挖，5 a 内禁止条带形开挖。

(4) 透水性混凝土路面层道路应避免发生可能导致隔水层被破坏的行为，如钉入、钻孔等，如有发生，应及时采取可靠修复措施。

(5) 尽可能避免导致空隙覆盖或堵塞的行为，如路面热熔性不透水交通标志标线的现场变换、堆放沙土、拌和混凝土等。

6 质量验收及检测结果

为指导透水路面的施工，统一技术标准，杭州市建委组织各相关部门专家制定了《“一纵三横”道路整治工程排水沥青混凝土面层(OGFC) 技术规定(CJ S 0122005) 》。根据其技术要求，对透水性沥青混合料进行了研制，通过试验段检测后，调整确定混合料配合比，在工程中进行铺筑。应用后的实测数据表明，路面空隙率为20 % ±2 % ，渗水系数在2 000ml/ 15 s 上下，远大于目标的900 ml/ 15 s 的透水性能指标。在经受几次大雨考验后，透水性沥青路面表面不存在水膜，未发生过雨大行车安全事故，至今路面平整、粗糙、坚实。

7 结语

庆春路工程自建成通车以来，行车安全、交通事故减少，取得了良好的社会效益。通过该工程应用的初步尝试，笔者认为，在城市道路中采用透水性沥青面层技术可行，设计简易、施工方便，且工程材料费用增加幅度不大，在我国南方多雨地区具有较强的现实意义和广泛的推广价值。