科技和产业

技术指标	试验结果	技术要求	试验方法
25 ℃针入度/0.1 mm	56.1	54.7	56.8	≥40	ASTM D 5
5 ℃延度/5 cm	35.4	39.2	36.8	≥30	ASTM D 113
软化点/℃	95.5	95.8	94.6	≥90	ASTM D 36
闪点/℃	286	280	293	≥230	ASTM D 92
溶解度/%	99.3	99.2	99.3	≥99	ASTM D 2042
170 ℃旋转黏度/Pa·s	2.528	2.461	2.497	≤3	ASTM D 4402
25 ℃弹性恢复/%	98.0	98.5	97.6	≥95	ASTM D 6084
RTFOT 后残留物	质量损失/%	-0.08	-0.04	0.05	≤±1.0	ASTM D 2872
25 ℃针入度比/%	71	76	72	≥65	ASTM D 5
5 ℃延度/cm	25.4	28.6	23.8	≥20	ASTM D 113

技术指标	试验结果	技术要求	试验方法
25 ℃针入度/0.1 mm	56.1	54.7	56.8	≥40	ASTM D 5
5 ℃延度/5 cm	35.4	39.2	36.8	≥30	ASTM D 113
软化点/℃	95.5	95.8	94.6	≥90	ASTM D 36
闪点/℃	286	280	293	≥230	ASTM D 92
溶解度/%	99.3	99.2	99.3	≥99	ASTM D 2042
170 ℃旋转黏度/Pa·s	2.528	2.461	2.497	≤3	ASTM D 4402
25 ℃弹性恢复/%	98.0	98.5	97.6	≥95	ASTM D 6084
RTFOT 后残留物	质量损失/%	-0.08	-0.04	0.05	≤±1.0	ASTM D 2872
25 ℃针入度比/%	71	76	72	≥65	ASTM D 5
5 ℃延度/cm	25.4	28.6	23.8	≥20	ASTM D 113

技术指标	试验结果	技术要求	试验方法
23 ℃的比重	1.03	1.00~1.05	ASTM D 1475
针入度/0.1 mm	13	5~20	ASTM D 5
软化点/℃	≥100	≥100	ASTM D36
23 ℃的抗拉强度/MPa	2.6	≥1.5	ASTM D 638
23 ℃的断裂延伸率/%	226	≥100	ASTM D 638

技术指标	试验结果	技术要求	试验方法
23 ℃的比重	1.03	1.00~1.05	ASTM D 1475
针入度/0.1 mm	13	5~20	ASTM D 5
软化点/℃	≥100	≥100	ASTM D36
23 ℃的抗拉强度/MPa	2.6	≥1.5	ASTM D 638
23 ℃的断裂延伸率/%	226	≥100	ASTM D 638

技术指标	试验结果	技术要求	试验方法
洛杉矶磨耗值(C级)/%	11.6	≤28	ASTMC 535
压碎值/%	10.2	≤26	ASTMD 3744
表观密度/ (g·cm^-3)	3#(4.75~9.5 mm)	2.977	≥2.6	ASTMC 127
4#(1.18~4.75 mm)	2.747
矿粉表观密度/(g·cm^-3)	2.709	≥2.50	ASTMC 127

技术指标	试验结果	技术要求	试验方法
洛杉矶磨耗值(C级)/%	11.6	≤28	ASTMC 535
压碎值/%	10.2	≤26	ASTMD 3744
表观密度/ (g·cm^-3)	3#(4.75~9.5 mm)	2.977	≥2.6	ASTMC 127
4#(1.18~4.75 mm)	2.747
矿粉表观密度/(g·cm^-3)	2.709	≥2.50	ASTMC 127

级配形式	不同筛孔尺寸下的通过率/%	最佳油石比/%	空隙率/%
OGFC-5	100.0	100.0	100.0	90.6	18.0	9.3	9.2	8.2	7.4	6.3	5.0	20
PAC-5	100.0	100.0	100.0	33.3	9.7	7.7	7.7	7.3	6.6	5.6	5.0	20
OGFC-13	100.0	97.4	69.8	21.1	14.6	11.7	9.7	7.8	6.4	5.0	4.5	20

级配形式	不同筛孔尺寸下的通过率/%	最佳油石比/%	空隙率/%
OGFC-5	100.0	100.0	100.0	90.6	18.0	9.3	9.2	8.2	7.4	6.3	5.0	20
PAC-5	100.0	100.0	100.0	33.3	9.7	7.7	7.7	7.3	6.6	5.6	5.0	20
OGFC-13	100.0	97.4	69.8	21.1	14.6	11.7	9.7	7.8	6.4	5.0	4.5	20

小粒径排水沥青混合料路用性能及功能特性实验及效果

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何苗苗 , 朱祥勇 , 廖宇 , 张权

科技和产业 | 科技创新 2025,25(9): 56-61

收起

科技和产业 | 科技创新 2025, 25(9): 56-61

小粒径排水沥青混合料路用性能及功能特性实验及效果

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何苗苗, 朱祥勇, 廖宇, 张权

作者信息

成都建工路桥建设有限公司, 成都 610031

何苗苗(1993—),女,四川绵阳人,硕士,工程师,研究方向为道路工程;

朱祥勇(1975—),男,四川达州人,高级工程师,研究方向为市政工程;

廖宇(1984—),男,四川成都人,高级工程师,研究方向为市政工程;

张权(1982—),男,湖北荆州人,高级工程师,研究方向为市政工程。

Experiments and Effects on Road Performance and Functional Characteristics of Drainage Asphalt Pavement with Small Particle Sized Aggregate

Miaomiao HE, Xiangyong ZHU, Yu LIAO, Quan ZHANG

Affiliations

Chengdu Construction Engineering Road and Bridge Construction Co., Ltd., Chengdu 610031, China

出版时间: 2025-05-10

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摘要

收起

为探究小粒径排水沥青混合料应用于超薄沥青罩面养护中的可行性,采用车辙试验、低温小梁弯曲试验、冻融劈裂试验、肯德堡飞散试验、渗透试验和摆式摩擦系数试验,对4种沥青结合料、2种级配形式共计8种组合形式下的小粒径排水沥青混合料进行路用性能和功能特性试验研究,同时与OGFC-13大粒径排水沥青混合料进行对比。结果表明:采用PAC-5级配形式的小粒径排水沥青混合料其高低温性能、水稳定性、抗飞散性和排水性能均要优于OGFC-5的级配形式,但高温性能与低温性能要次于OGFC-13混合料;环氧沥青作为结合料时有助于提升混合料的各项路用性能,但排水与抗滑等功能特性有所下降,同时由于成本较高,可采用SBS-SPT高黏改性沥青代替。综合各项性能试验结果和经济成本的考虑,采用PAC-5级配、SBS改性沥青作为结合料同时掺加II型高黏改性剂时,小粒径排水沥青混合料的性能最佳,有望推广应用至超薄沥青罩面养护中。

关键词

小粒径 / 沥青混合料 / 排水 / 路用性能 / 功能特性

Abstract

收起

In order to evaluate the feasibility of the application of drainage asphalt mixture with small particle sized aggregate in the maintenance of ultra-thin asphalt overlay, the rutting test, low-temperature bending test, freeze-thaw split test, Cantabro dispersion test, permeability test and pendulum friction coefficient test were conducted to evaluate the pavement performance and functional property of 8 drainage asphalt pavement composed of 4 kinds of asphalt binder and 2 gradation forms. And it was compared with large particle sized aggregate drainage asphalt mixture (OGFC-13). The results show that the asphalt mixture with PAC-5 gradation is better than OGFC-5 gradation in the form of high and low temperature performance, water stability, skid resistance and drainage performance. But the low temperature performance and water stability is inferior to OGFC-13 mixture. Epoxy asphalt binder is conducive to improve the overall pavement performance of drainage asphalt pavement, however, the functional properties such as drainage and anti-sliding have declined. Meanwhile, due to the expensive cost, SBS-SPT modified asphalt can be used as a substitute. Therefore, considering the results of various performance tests and economic costs, when using PAC-5 gradation, SBS modified asphalt and II modifier, the performance of drainage asphalt mixture with small particle sized aggregate is the best, which is expected to be widely applied to the maintenance of ultra-thin asphalt overlay.

Key words

small particle sized aggregate / asphalt mixture / drainage / pavement performance / functional property

引用本文

何苗苗, 朱祥勇, 廖宇, 张权. 小粒径排水沥青混合料路用性能及功能特性实验及效果. 科技和产业, 2025 , 25 (9) : 56 -61 .

Miaomiao HE, Xiangyong ZHU, Yu LIAO, Quan ZHANG. Experiments and Effects on Road Performance and Functional Characteristics of Drainage Asphalt Pavement with Small Particle Sized Aggregate[J]. Science Technology and Industry, 2025 , 25 (9) : 56 -61 .

正文

收起

路面的表面特性直接影响行车的舒适性与安全性。为了改善沥青路面的功能特性,沥青混合料往往需要综合摩擦性能、渗透性和轮胎/路面噪声等众多因素设计。近年来,排水沥青混合料由于自身具有大空隙率和粗糙表面纹理的特征,使得路面同时兼具排水、降噪、抗滑等功能特性,很好地满足了车辆交通的行驶需求,因此得到广泛应用和推广。在此背景下,有不少专家学者针对其路用性能或功能特性进行了大量的研究工作。Chen等^[1]、潘京军^[2]、张佳^[3]通过选取不同种类的沥青结合料,研究其对OGFC-13排水沥青混合料路用性能的影响,结果表明采用聚合物改性沥青要优于传统普通沥青,而且提高结合料的60 ℃动力黏度,有助于提升排水沥青混合料的马歇尔稳定度、高温稳定性和排水性能。张玉富^[4]、黎晓等^[5]分别对OGFC-10和OGFC-13排水沥青混合料的耐久性能和疲劳性能进行了试验研究,发现消石灰作填料时耐久性能最佳,而且随着沥青膜厚度的增加,其耐久性能显著提高;耗散能变化比曲线能够较为清晰地反映出材料在疲劳重复加载中的三阶段损伤过程,并与材料疲劳寿命具有良好的幂函数关系。

不难发现,现有研究大部分都是针对OGFC-13或OGFC-10的排水沥青混合料,而对于公称最大粒径为4.75 mm的小粒径排水沥青混合料的研究较少^[6-10]。Luo等^[11-12]提出采用环氧沥青作为小粒径排水沥青混合料用结合料,其高温稳定性和抗飞散性能均要优于公称最大粒径为13.2 mm的排水沥青混合料,但是环氧沥青的成本较高,不适合大面积推广。

目前,以Novachip为代表的超薄沥青罩面技术能够解决路面平整度差、表面抗滑安全性不足的缺陷,同时大大节省了原材料消耗,符合节能环保的要求,使之广受欢迎,但昂贵的施工成本和专门的施工配套设备却限制了其进一步推广应用^[13-16]。结合超薄沥青罩面技术与小粒径排水沥青混合料的特点可以发现,二者在改善交通行驶质量和延长路面使用寿命方面具有异曲同工之处,因此若能将小粒径排水沥青混合料应用至超薄沥青罩面养护体系中,将势必形成一种经济可行、性能优良的高速公路维养技术。

基于此,本文通过对4种沥青结合料和2种级配形式共计8种类型的小粒径排水沥青混合料的路用性能和功能特性进行试验研究,并与OGFC-13大粒径排水沥青混合料的性能进行对比,评价其在超薄罩面养护中应用的可行性。

1 试验准备

收起

1.1 改性剂

试验用沥青高黏改性剂主要有I型、II型和III型3种,如图1所示。其中SBS改性沥青与3种高黏剂的掺配比例均为90∶10。

1.2 沥青与集料

为对比不同结合料对小粒径排水沥青混合料产生的性能差异,选用3种SBS高黏改性沥青(SBS改性沥青分别与I、II和III改性,记为SBS-I、SBS-II和SBS-III)和热拌环氧沥青作为混合料成型时的结合料,其技术指标见表1和表2。集料选用优质耐磨的玄武岩集料,填料选用石灰岩矿粉,其主要技术指标见表3。

1.3 配合比设计

试验中对小粒径排水沥青混合料采用了OGFC-5和PAC-5两种级配形式,包括作为对照组的OGFC-13在内的3种级配见表4,不同级配对应的最佳油石比也列于表4中,最佳油石比根据析漏试验与飞散试验确定。

1.4 沥青混合料制备

将粗、细集料和矿粉提前放入190 ℃烘箱中充分加热5 h左右;沥青加热至170 ℃左右;拌合锅设定温度为190 ℃,提前预热0.5 h。拌合时,先将高黏度改性剂和热集料干拌90 s,以使改性剂均匀分散在矿料中;然后将沥青按照预定用量加入,拌和90 s; 最后加入矿粉,拌和90 s,完成沥青混合料的制备。

2 结果分析

收起

对上述3种级配形式和4种沥青结合料组合而成的12种排水沥青混合料进行室内试验,试验结果均为3次平行试验得到的平均值。

2.1 路用性能

2.1.1 高温稳定性

图2为60 ℃车辙试验结果,采用动稳定度指标来表征排水沥青混合料的高温稳定性能。从图2中可以看出,对于任一相同级配形式的沥青混合料,采用环氧沥青作结合料时其动稳定度要远大于其余3种高黏改性沥青作结合料的情况,说明环氧沥青可有效改善排水沥青混合料的高温稳定性。进一步观察发现,在3种SBS高黏改性沥青中,无论采用哪种级配形式,SBS-II的高温稳定性均要优于其他2种。而对于相同结合料的情况,采用PAC-5和OGFC-13的级配形式,其动稳定度相比OGFC-5均有大幅度提升,这是由于PAC-5和OGFC-13中粗集料较多,混合料内部形成稳定的骨架-空隙结构,增强了其抵抗车辙变形的能力。

2.1.2 低温抗裂性

图3为小梁低温弯曲试验结果,采用抗弯拉强度来表征排水沥青混合料的低温抗裂性能。从图3中可以看出,采用环氧沥青作结合料和提高排水沥青混合料的公称最大粒径均可有效提升混合料的低温稳定性能。而且对于公称最大粒径为4.75 mm的小粒径排水沥青混合料,PAC-5级配形式的抗弯拉强度要远大于OGFC-5的级配形式,其强度保持在4 MPa左右,具有优异的低温抗开裂能力。

2.1.3 水稳定性

图4为冻融劈裂试验结果,采用劈裂试验强度比来表征排水沥青混合料的抗水损害能力。从图4中可以看出,采用PAC-5级配形式的水稳定性能要优于OGFC-5的级配形式,采用环氧沥青作结合料时其性能要优于其他3种SBS高黏改性沥青,采用II型高黏改性剂时其性能略优于其他2种高黏改性剂。在这3个影响因素中,级配形式对水稳定性能的贡献程度最大,说明选择合理恰当的级配形式有助于提升沥青胶浆与集料之间的黏结能力,从而增强其在雨水作用下的抗剥落性能。

2.1.4 抗飞散性

图5为飞散试验结果,采用飞散损失率来表征排水沥青混合料的抗飞散性能。从图5中可以看出,采用PAC-5级配形式的混合料,其飞散损失率明显低于同等条件下的OGFC-5的级配形式,说明在该种级配形式下高黏沥青能够更加充分、均匀地裹覆在集料表面,增强沥青、集料与矿粉三者之间的整体性。另外还可以注意到,当沥青结合料一定时,采用PAC-5的级配形式其飞散损失率要同样低于OGFC-13的级配形式,说明当最大公称粒径较小时,更有利于增强沥青与集料之间的黏结性能。由于环氧沥青的黏度较大,因此在提高混合料抗飞散性能方面相比3种SBS高黏改性沥青更有优势,但提升幅度低于通过改变级配形式的措施。

2.2 功能特性

2.2.1 排水性能

图6为渗透试验结果,采用透水系数来表征排水沥青混合料的排水性能。从图6中可以看出,无论是哪种级配形式,采用3种SBS高黏改性沥青作结合料时其渗透系数均大于环氧沥青作结合料的情况,其原因在于环氧沥青的黏度更大,较SBS改性沥青更易黏附并包裹集料,填充于混合料间隙内,因此在提高混合料抗飞散性和水稳定性的同时其排水性能也不可避免地有所下降。

另外,尽管3种级配形式的空隙率均为20%,但采用PAC-5和OGFC-13级配形式的沥青混合料其排水性能要优于OGFC-5的级配形式,这主要是因为在PAC-5和OGFC-13的级配中粗集料更多,混合料内部形成的连通空隙率较大,因此渗透系数也就更大。

在3种高黏改性剂中II型的排水效果最好,III型次之,I型相对最小,但三者的差别保持在0.02以内,因此改性剂类型不足以成为影响排水性能的关键因素。

2.2.2 抗滑性能

图7为摆式摩擦试验结果,采用 BPN值(摆锤摩擦系数)来表征排水沥青混合料的抗滑性能。从图7中可以看出,相比OGFC-13的大粒径排水沥青混合料而言,8组不同类型的小粒径排水沥青混合料的抗滑性能更优,其BPN值均保持在60以上,远大于规范中不低于45的要求,这是因为小粒径排水沥青混合料具有丰富的表面粗糙纹理,能够在车辆低速行驶中提供足够的抗滑力。而且进一步观察还可以看出,无论采用哪种级配形式,环氧沥青作结合料时其BPN值均要小于SBS高黏改性沥青作结合料的情况。

3 试验段铺筑

收起

为检验小粒径排水沥青混合料在室外实体工程中的应用效果,依托成都市某干线公路大中修养护工程,在现场进行了试验段的铺筑,其中沥青结合料采用SBS沥青:II型改性剂=90∶10的高黏改性沥青,级配形式为PAC-5,如图8(a)所示。试验段铺筑后第二天采用渗透试验和摆式摩擦系数试验进行了排水和抗滑性能的检测工作,如图8(b)和图8(c)所示。检测结果表明,小粒径排水沥青路面的整体厚度较薄,具备超薄罩面的使用需求。同时,渗透试验测试得到的透水系数平均值为0.19 cm/s,最小值为0.15 cm/s,表明小粒径排水沥青混合料具有优异的排水性能,可达到小雨、中雨情况下路表面不出现径流的要求^[17]。摆式摩擦系数试验测试得到的BPN平均值为62,表明混合料表面具有丰富的细观纹理,从而在车辆低速行驶过程中增加了轮胎与路面之间的附着力,提高了车辆行驶安全性。

4 结论

收起

(1)采用PAC-5级配形式的小粒径排水沥青混合料,其高温性能、低温性能、水稳定性、抗飞散性和排水性能均要优于同等条件下的OGFC-5级配形式。与OGFC-13相比,其高温性能和低温性能方面略有不足,但依旧满足试验规范要求。

(2)环氧沥青作结合料时能有效改善排水沥青混合料的各项路用性能,但排水与抗滑等功能特性有所下降,同时由于其成本较高,因此可以采用SBS-II型高黏改性沥青作为替代,结合PAC-5的级配形式,同样具有较为优异的使用性能。

(3)室外实体工程应用表明,将小粒径排水沥青混合料应用至超薄沥青罩面养护技术中是可行的,其透水系数与BPN值分别可以达到0.19 cm/s和62,表现出较为优异的功能特性。

参考文献

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文献

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2025年第25卷第9期

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313

157

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接收时间：2024-09-12
首发时间：2025-07-18
出版时间：2025-05-10

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收稿日期：2024-09-12

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成都建工路桥建设有限公司, 成都 610031

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2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

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TxT

技术指标	试验结果	技术要求	试验方法
25 ℃针入度/0.1 mm	56.1	54.7	56.8	≥40	ASTM D 5
5 ℃延度/5 cm	35.4	39.2	36.8	≥30	ASTM D 113
软化点/℃	95.5	95.8	94.6	≥90	ASTM D 36
闪点/℃	286	280	293	≥230	ASTM D 92
溶解度/%	99.3	99.2	99.3	≥99	ASTM D 2042
170 ℃旋转黏度/Pa·s	2.528	2.461	2.497	≤3	ASTM D 4402
25 ℃弹性恢复/%	98.0	98.5	97.6	≥95	ASTM D 6084
RTFOT 后残留物	质量损失/%	-0.08	-0.04	0.05	≤±1.0	ASTM D 2872
25 ℃针入度比/%	71	76	72	≥65	ASTM D 5
5 ℃延度/cm	25.4	28.6	23.8	≥20	ASTM D 113

技术指标

试验结果

技术要求

试验方法

SBS-I

SBS-II

SBS-III

25 ℃针入度/0.1 mm

56.1

54.7

56.8

≥40

ASTM D 5

5 ℃延度/5 cm

35.4

39.2

36.8

≥30

ASTM D 113

软化点/℃

95.5

95.8

94.6

≥90

ASTM D 36

闪点/℃

286

280

293

≥230

ASTM D 92

溶解度/%

99.3

99.2

99.3

≥99

ASTM D 2042

170 ℃旋转黏度/Pa·s

2.528

2.461

2.497

≤3

ASTM D 4402

25 ℃弹性恢复/%

98.0

98.5

97.6

≥95

ASTM D 6084

RTFOT
后残留物

质量损失/%

-0.08

-0.04

0.05

≤±1.0

ASTM D 2872

25 ℃针入度比/%

≥65

ASTM D 5

5 ℃延度/cm

25.4

28.6

23.8

≥20

ASTM D 113

技术指标	试验结果	技术要求	试验方法
23 ℃的比重	1.03	1.00~1.05	ASTM D 1475
针入度/0.1 mm	13	5~20	ASTM D 5
软化点/℃	≥100	≥100	ASTM D36
23 ℃的抗拉强度/MPa	2.6	≥1.5	ASTM D 638
23 ℃的断裂延伸率/%	226	≥100	ASTM D 638

技术指标

试验结果

技术要求

试验方法

23 ℃的比重

1.03

1.00~1.05

ASTM D 1475

针入度/0.1 mm

5~20

ASTM D 5

软化点/℃

≥100

ASTM D36

23 ℃的抗拉强度/MPa

2.6

≥1.5

ASTM D 638

23 ℃的断裂延伸率/%

226

≥100

ASTM D 638

技术指标	试验结果	技术要求	试验方法
洛杉矶磨耗值(C级)/%	11.6	≤28	ASTMC 535
压碎值/%	10.2	≤26	ASTMD 3744
表观密度/ (g·cm^-3)	3#(4.75~9.5 mm)	2.977	≥2.6	ASTMC 127
4#(1.18~4.75 mm)	2.747
矿粉表观密度/(g·cm^-3)	2.709	≥2.50	ASTMC 127

技术指标

试验结果

技术要求

试验方法

洛杉矶磨耗值(C级)/%

11.6

≤28

ASTMC 535

压碎值/%

10.2

≤26

ASTMD 3744

表观密度/
(g·cm^-3)

3#(4.75~9.5 mm)

2.977

≥2.6

ASTMC 127

4#(1.18~4.75 mm)

2.747

矿粉表观密度/(g·cm^-3)

2.709

≥2.50

ASTMC 127

级配形式	不同筛孔尺寸下的通过率/%	最佳油石比/%	空隙率/%
OGFC-5	100.0	100.0	100.0	90.6	18.0	9.3	9.2	8.2	7.4	6.3	5.0	20
PAC-5	100.0	100.0	100.0	33.3	9.7	7.7	7.7	7.3	6.6	5.6	5.0	20
OGFC-13	100.0	97.4	69.8	21.1	14.6	11.7	9.7	7.8	6.4	5.0	4.5	20

级配形式

不同筛孔尺寸下的通过率/%

最佳油
石比/%

空隙
率/%

16 mm

13.2 mm

9.5 mm

4.75 mm

2.36 mm

1.18 mm

0.6 mm

0.3 mm

0.15 mm

0.075 mm

OGFC-5

100.0

90.6

18.0

9.3

9.2

8.2

7.4

6.3

5.0

PAC-5

100.0

33.3

9.7

7.7

7.3

6.6

5.6

5.0

OGFC-13

100.0

97.4

69.8

21.1

14.6

11.7

9.7

7.8

6.4

5.0

4.5