淺談瀝青混合料面層配合比設(shè)計(jì)

【摘要】我國(guó)高速公路的建設(shè)起步較晚，但發(fā)展速度很快。面層主要以瀝青混凝土為主，瀝青路面施工質(zhì)量控制的目的是：“達(dá)到規(guī)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，確保施工質(zhì)量穩(wěn)定性”。所以瀝青配合比對(duì)路面的各項(xiàng)有著本質(zhì)的影響。本文針對(duì)瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和相關(guān)技術(shù)指標(biāo)的優(yōu)化作了探討和歸納。介紹了瀝青路面使用各種原材料的選定（包括礦質(zhì)材料、瀝青材料）?；旌狭夏繕?biāo)配合比設(shè)計(jì)，生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)兩部分。

【關(guān)鍵詞】瀝青路面施工；目標(biāo)配合比；生產(chǎn)配合比

瀝青混合料是一種復(fù)合材料，它是由瀝青，粗集料，細(xì)集料和礦粉組成。本文結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際針對(duì)5cmAC—16中粒式瀝青混凝土下面層和4cmAC—13細(xì)粒式瀝青混凝土上面層配比設(shè)計(jì)，當(dāng)我們進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)，首先要考慮到瀝青混合料要具備以下幾種性能指標(biāo)：1、高溫穩(wěn)定性，可通過(guò)馬歇爾穩(wěn)定度和流值驗(yàn)證，還可進(jìn)行車(chē)轍試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證高溫動(dòng)穩(wěn)定度，要雙項(xiàng)指標(biāo)來(lái)控制。2、低溫抗裂性。3、水穩(wěn)性，我們可以從兩個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，原材料方面（瀝青與石料的粘附性）瀝青混合料方面（a、殘留穩(wěn)定度。b、凍融霹靂強(qiáng)度比。C、飽水率）。4、耐久性，我國(guó)現(xiàn)象規(guī)范采用粘附性、空隙率、飽和度和殘留穩(wěn)定度等指標(biāo)來(lái)表征瀝青混合料的耐久性。其中混合料中空隙率指標(biāo)非常重要，因?yàn)榭障堵蚀笮∨c礦料的級(jí)配，瀝青用量以及壓實(shí)程度等有關(guān)，從耐久性角度出發(fā)，空隙率越小越好，以防止水的滲入和紫外線(xiàn)對(duì)瀝青的老化作用，但空隙率過(guò)小就無(wú)法保證夏季瀝青材料的膨脹，引起熱穩(wěn)定方面的問(wèn)題。還有飽和度與空隙率是瀝青混合料設(shè)計(jì)中要平衡的一對(duì)矛盾，飽和度越大，空隙率越小。但混合料熱穩(wěn)定性相對(duì)較差，但低溫穩(wěn)定性就好，反之亦然。

瀝青路面耐久性還與瀝青用量有很大關(guān)系，有研究認(rèn)為瀝青用量較最佳用油量減少0.5%，瀝青路面減少一半壽命，但瀝青用量較最佳用油量增加0.5%，瀝青路面抗滑系數(shù)明顯降低。

總之，為保證以上瀝青混合料的技術(shù)性質(zhì)，首先要保證選用符合質(zhì)量要求的組成材料。

一、瀝青材料

據(jù)設(shè)計(jì)文件要求本項(xiàng)目采用道路石油瀝青110#（A級(jí)）我們應(yīng)認(rèn)真按規(guī)程取樣試驗(yàn)，進(jìn)行瀝青的各項(xiàng)性能指標(biāo)，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)文件參數(shù)執(zhí)行。

二、粗集料

在規(guī)范關(guān)于集料的技術(shù)要求中，按其性質(zhì)可分為兩類(lèi)：一類(lèi)是反映材料天然特性，它是石料產(chǎn)地決定的，如密度、壓碎值、磨光值等，另一類(lèi)是加工特性，如石料的規(guī)格、針片狀顆粒含量、棱角性、含泥量等。碎石中的針片狀顆粒在施工中容易被振動(dòng)壓路機(jī)粉碎折斷、施工性能差，而且在混合料內(nèi)部留下沒(méi)有被瀝青膜裹覆的折斷面，成為瀝青路面開(kāi)裂的隱患，所以要嚴(yán)格控制此項(xiàng)指標(biāo)。

碎石料的表面必須要粗糙，這樣集料能吸附較多的瀝青混合料，使瀝青膜厚度變大，對(duì)混合料耐久性很重要。

碎石料與瀝青粘附性要達(dá)到4級(jí)以上，因本項(xiàng)目個(gè)別標(biāo)段采集碎石比較致密，呈酸性巖石，通?？刹捎脫郊印澳蜔?，具有良好長(zhǎng)期性能”條件的抗剝落劑改善粘附性，一般按瀝青用量的0.3%摻加，也可通過(guò)摻加消石灰或飽和石灰水處理后使用

三、細(xì)集料

本項(xiàng)目我們選用的細(xì)集料是石屑和天然砂，石屑雖然棱角性好，但強(qiáng)度低，扁片含量比例大，施工性能差，不易壓實(shí)造成路面殘留空隙率較大，所以要嚴(yán)格測(cè)定石屑的砂當(dāng)量。限制0.075mm通過(guò)率不得超過(guò)10%，天然砂表面圓滑施工容易壓實(shí)，路面好成型，但與瀝青粘附性差，對(duì)路面高溫穩(wěn)定性不利，所以限制天然砂不超過(guò)礦料總量的20%。

四、填料

瀝青混合料的礦料必須采用石灰?guī)r或巖漿中的強(qiáng)基性巖石等憎水性石料磨細(xì)得到的礦粉。

礦粉在瀝青混合料起著主要的作用，但礦粉要適量，少了不足以形成足夠的比表面積吸附瀝青，多了會(huì)使膠泥成團(tuán)。致使路面膠泥離析造成不良后果，其實(shí)真正起到瀝青混合料結(jié)合料作用的不是瀝青結(jié)合料，而是瀝青礦粉膠泥混合料、粗、細(xì)集料是通過(guò)瀝青礦粉結(jié)合料結(jié)成一個(gè)整體，這是礦粉最基本的作用，所以礦粉與瀝青粘附性的好壞是評(píng)價(jià)礦粉質(zhì)量的首要因素，為了保證礦粉的比表面積，所以對(duì)礦粉的粗、細(xì)程度有嚴(yán)格要求，0.075mm以下部分不能少于75%、礦粉必須干燥、含水量小于1%、親水系數(shù)小于1.0。

再認(rèn)識(shí)到瀝青混合料中各材料性能作用后，進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)是施工過(guò)程中的重要工作。

因?yàn)橐粋€(gè)好的瀝青混合料配合比，除要符合國(guó)家規(guī)定的最基本指標(biāo)外，我們還要借鑒多年的成功施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)本項(xiàng)目瀝青路面有更針對(duì)性的具體指標(biāo)，使配合比設(shè)計(jì)應(yīng)該具有良好的使用性能，施工操作性好及變異性小，容易壓實(shí)，尤其是經(jīng)得起實(shí)踐考驗(yàn)，確保瀝青路面不產(chǎn)生損壞。

配合比設(shè)計(jì)瀝青混合料的礦料級(jí)配時(shí)，設(shè)計(jì)文件中以有具體的規(guī)定范圍。本項(xiàng)目所設(shè)計(jì)的密級(jí)配瀝青混合料類(lèi)型為5cmAC—16中粒式瀝青混凝土和4cmAC—13細(xì)粒式瀝青混凝土。我們應(yīng)根據(jù)規(guī)定的級(jí)配范圍將各種集料配合成平坦的S型級(jí)配曲線(xiàn)，適當(dāng)減少靠近最大粒徑的粗集料和細(xì)集料中較細(xì)部分的比例，控制礦粉比例，適當(dāng)增加中間檔次的粗集料（如5-10mm、10-15mm），因?yàn)檫@種S型級(jí)配的瀝青混合料屬于嵌擠密實(shí)型級(jí)配，具有施工適宜的空隙率，滲水性小，有較好的高溫穩(wěn)定性，表面還具有較大的構(gòu)造深度，只是這種S型混合料，施工時(shí)需要特別加強(qiáng)壓實(shí)才能取得良好的效果（尤其膠輪壓路機(jī)不得少于25T）。

根據(jù)S型級(jí)配，成型馬歇爾試件，試件的各項(xiàng)指標(biāo)均以體積指標(biāo)為測(cè)定方法和計(jì)算方法。各項(xiàng)指標(biāo)中，最主要的莫過(guò)于空隙率了，我國(guó)在規(guī)范上規(guī)定了一個(gè)空隙率范圍，根據(jù)本線(xiàn)路的氣候，交通條件，我們將空隙率控制在3.5%-4.5%會(huì)比較理想，同時(shí)要求粉膠比控制在0.8～1.6之間。

其實(shí)，在體積設(shè)計(jì)時(shí)，首先設(shè)計(jì)一個(gè)合理的混合料間隙率（VMA）也比較重要。因?yàn)橥ㄟ^(guò)體積計(jì)算間隙率，可以反映出混合料中VMA小時(shí)，集料級(jí)配好，容易壓實(shí)，比較小的瀝青用量就能達(dá)到空隙率規(guī)定范圍的下限值或?yàn)r青用量過(guò)小，當(dāng)VMA大時(shí)，說(shuō)明集料級(jí)配差，難以壓密，會(huì)造成空隙率過(guò)大，流值大，飽和度過(guò)小。所以一個(gè)合理的VMA很重要，我們可以通過(guò)調(diào)整礦料配合比例來(lái)調(diào)整VMA，如VMA小時(shí)，可將合成級(jí)配向級(jí)配范圍的下限移動(dòng)，反之亦然，有時(shí)也可以通過(guò)增加石粉用量減少VMA。

總之，瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)，說(shuō)到底就是平衡兩對(duì)矛盾，一對(duì)是穩(wěn)定度和流值，一對(duì)是空隙率和飽和度，如果這兩對(duì)矛盾平衡得好，配合比包括瀝青用量，相對(duì)就合理一些，瀝青混合料目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)時(shí)要反復(fù)幾次才能成功，因?yàn)樯婕暗闹笜?biāo)較多，同時(shí)滿(mǎn)足各項(xiàng)指標(biāo)的要求就要反復(fù)調(diào)整。

當(dāng)確定最佳級(jí)配合成曲線(xiàn)和最佳用油量后，還應(yīng)在規(guī)定條件下進(jìn)行車(chē)轍試驗(yàn)，以檢測(cè)高溫穩(wěn)定性，還應(yīng)在規(guī)定條件下進(jìn)行浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)檢驗(yàn)瀝青混合料水穩(wěn)性，如達(dá)不到要求，要調(diào)整最佳用油量后再次試驗(yàn)。

五、生產(chǎn)配合比

由于室內(nèi)拌和設(shè)備和現(xiàn)場(chǎng)拌和機(jī)拌和效果的差異，還有拌和機(jī)的除塵作用等等，需要我們?cè)龠M(jìn)行生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)，生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)也需要解決兩個(gè)問(wèn)題，即熱料倉(cāng)礦料配合比例和瀝青用量。

1、首先我們要根據(jù)目標(biāo)配合比和拌合機(jī)拌和能力來(lái)調(diào)整拌合機(jī)冷料倉(cāng)的流量，以此來(lái)控制各熱料倉(cāng)的儲(chǔ)量，不致拌和過(guò)程中出現(xiàn)溢料，等料現(xiàn)象。

2、我們從各熱料倉(cāng)中取樣進(jìn)行篩分，調(diào)整合成曲線(xiàn)與目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)時(shí)的級(jí)配曲線(xiàn)吻合，尤其是要控制關(guān)鍵篩孔（0.075mm、2.36mm、4.75mm、最大公稱(chēng)粒徑篩孔）幾個(gè)篩孔與標(biāo)準(zhǔn)級(jí)配篩孔的誤差。

3、在目標(biāo)配合比最佳用油量基礎(chǔ)上±0.3%，成型馬歇爾試件，測(cè)試并計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)值，以確定生產(chǎn)配合比瀝青用量，這里有兩個(gè)方法可借鑒：a、以目標(biāo)配合比最佳瀝青用量對(duì)應(yīng)的空隙率，反定生產(chǎn)配合比的瀝青用量。b、用生產(chǎn)配合比的瀝青用量與空隙率關(guān)系曲線(xiàn)，取孔隙率中值，對(duì)應(yīng)的瀝青用量，再由瀝青用量與飽和度關(guān)系曲線(xiàn)取飽和度下限，對(duì)應(yīng)的瀝青用量，最后的兩個(gè)對(duì)應(yīng)的瀝青用量平均值作為生產(chǎn)配合比的瀝青用量。

六、產(chǎn)生驗(yàn)證配合比

此配合比就是按生產(chǎn)配合比結(jié)果進(jìn)行試樣，鋪筑試驗(yàn)段，并取樣進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，同時(shí)從路上鉆取芯樣觀察，空隙率的大小，由此確定生產(chǎn)用的標(biāo)準(zhǔn)配合比，這個(gè)配合比我們?cè)趯?shí)際施工鋪筑時(shí)，還要進(jìn)行試驗(yàn)段總結(jié)，就不在這里一一敘述了。

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作者簡(jiǎn)介

張勇（1982）男，漢，寧夏涇源人。助理工程師，主要從事采油工作。