瀝青混凝土配合比設(shè)計

羅樹昭

(貴州省都勻公路管理局)

1 工程概況

S206線三都縣城至三洞段公路改建工程項目，是貴州省交通運(yùn)輸廳2011年水毀工程項目，按二級公路標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè)，起點位于三都縣城移民新村，終點三洞鄉(xiāng)、全長35km。第一合同段施工里程為18km，行車道寬度2×3.5m，路面類型:瀝青混凝土路面。設(shè)計荷載:公路-Ⅱ級，設(shè)計洪水頻率:大中橋1/100，小橋涵及路基1/50。停車視距40m，一般平曲線半徑100m，極限最小平曲線半徑60m，最大縱坡8％。

2 馬歇爾試驗

2.1 取樣

(1)在取樣的過程中，首先需要對各種礦質(zhì)材料的用量進(jìn)行確定，主要確定依據(jù)是礦質(zhì)混合料的配合比;

(2)在對瀝青用量進(jìn)行確定的過程中，主要依據(jù)是歷史依據(jù)、用量的規(guī)定范圍以及工程實際情況，根據(jù)這些情況就可以將瀝青的用量大概估計出來;

(3)上述(2)已經(jīng)將瀝青用量大概估計出來，那么可以以這個估計的數(shù)值為中間數(shù)值，根據(jù)0.3％間隔變化，分別取出5個不同的瀝青用量，然后將這五個瀝青用量分別與礦料進(jìn)行攪拌，然后將其澆筑成型，用作進(jìn)行馬歇爾試驗的主要試件。

2.2 對瀝青混合料的物理指標(biāo)進(jìn)行測量和確定

2.2.1 視密度

在對瀝青混合料的壓實試驗的視密度進(jìn)行確定是，主要采用的方法有很多，如封蠟法、體積法、表干法以及水中重法。在本工程中主要采用水中重法對瀝青混合料壓實試件的視密度進(jìn)行確定，主要計算公式(1)

式中:ρs為視密度，g/cm3;ma為在干燥情況下混合料壓實試件的空中質(zhì)量，g;mw為試件的水中質(zhì)量，g;ρw為在常溫狀態(tài)下水的密度。

2.2.2 理論密度

所謂理論密度，主要指的是如果瀝青混合料壓實試件瀝青混合料試件組成部分全部是瀝青和礦料的情況下瀝青混合料壓實試件的最大密度?？梢岳靡韵鹿?2)對瀝青混合料壓實試件的理論密度進(jìn)行計算

式中:ρt為理論密度，g/cm3;P1…Pn為各種礦料的配合比;γ1…γn為各種礦料的相對密度;Pa為試件中瀝青含量，％;γa為瀝青的相對密度(25/25℃)。

2.2.3 空隙率

要對瀝青混合料壓實試件的孔隙率進(jìn)行確定，主要依據(jù)是瀝青混合料壓實試件的視密度和理論密度。主要計算公式(3)

式中:VV為空隙率，％;ρs為試件視密度，g/cm3;ρt為試件理論密度，g/cm3。

2.2.4 瀝青體積百分率

在對瀝青混合料壓實試驗中瀝青體積進(jìn)行計算時，主要計算公式(4)

式中:VA為瀝青體積百分率，％;其他符合所含意義同式(3)。

2.2.5 礦料間隙率

在瀝青混合料壓實試件中，所謂礦料間隙率指的是除了礦料之外的剩余體積占試件總體積的百分比。其實指的就是實試件中瀝青的體積以及孔隙的體積之和，主要利用公式(5)進(jìn)行計算

式中:VMA為礦料間隙，％;VA和VV為意義同式(4)。

2.2.6 瀝青飽和度

瀝青飽和度，也被稱為瀝青填隙率，主要指的是瀝青混合料壓實試件中瀝青的體積占除了礦料體積之外的總體積的百分比，主要運(yùn)用式(6)進(jìn)行計算

式中:VFA為瀝青混合料中的瀝青飽和度，％;VA和VMA為意義同式(5)。

3 對瀝青混合料壓實試件的力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行測量和確定

3.1 馬歇爾穩(wěn)定度

所謂馬歇爾穩(wěn)定度，主要指的是根據(jù)相關(guān)規(guī)范以及標(biāo)準(zhǔn)所指定的瀝青混合料試件，在60℃的環(huán)境下保存45min之后，接著將瀝青混合料試件安放在測量馬歇爾穩(wěn)定度的儀器上，對試件連續(xù)進(jìn)行荷載加速，直到試件發(fā)生破壞時候的荷載值?？梢杂肕S對其進(jìn)行表示。

3.2 流值

所謂流值，就是上述實驗在進(jìn)行的同時，在試件產(chǎn)生破壞的那一瞬間，瀝青混合料壓實試件自身產(chǎn)生的垂直流動變形值。可以用FL對其進(jìn)行表示。

3.3 馬歇爾模數(shù)

所謂馬歇爾模數(shù)指的是瀝青混合料的視勁度，也就是MS與FL的比值。計算公式(7)

式中:T為馬歇爾模數(shù)，kN/mm;MS為馬歇爾穩(wěn)定度，kN;FL為流值，0.1mm。

4 確定最佳瀝青用量

在進(jìn)行上述公式計算之后，就可以計算最佳瀝青用量。主要做法是將瀝青運(yùn)量最為橫坐標(biāo)，縱坐標(biāo)所表示的是瀝青混合料試件的密度、空隙率、瀝青飽和度、馬歇爾穩(wěn)定度和流值指標(biāo)，它們之間的關(guān)系運(yùn)用圖1進(jìn)行表示。

圖1 瀝青用量與馬歇爾穩(wěn)定度試驗指標(biāo)關(guān)系圖

(1)確定最佳瀝青用量的初始值OAC1

用圖1可以看出，將瀝青混合料壓實試件的馬歇爾的穩(wěn)定度以及密度最大的時候的瀝青的用量，分別用a1和a2表示，并且用a3表示設(shè)計要求規(guī)定的空隙率值所對應(yīng)的瀝青用量，根據(jù)上述公式對三者進(jìn)行計算，并且將三者的平均值計算出來，計算出來的數(shù)值作為最佳瀝青用量的初始值，用OAC1對其進(jìn)行表示。

(2)確定瀝青最佳用量的中值OAC2

根據(jù)圖1，可以將符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的瀝青用量都計算出來，然后取最大值與最小值的平均值，以此計算出來的數(shù)值作為瀝青最佳用量的中值，可以用OAC2對其進(jìn)行表示。計算公式(8)

根據(jù)圖1，需要對以下指標(biāo)進(jìn)行檢查，在最佳瀝青用量初始值時，混合料的各項指標(biāo)是否與相關(guān)設(shè)計規(guī)范以及設(shè)計要求相符合。如果檢查之后確定符合要求，那么可以根據(jù)最佳瀝青用量以及瀝青最佳用量的中值將最佳瀝青用量進(jìn)行確定。如果檢查之后發(fā)現(xiàn)不符合要求，那么需要對瀝青混合料的配合比進(jìn)行重新的級配，并且重新進(jìn)行馬歇爾試驗，以及進(jìn)行相關(guān)計算，一直到混合料的各項指標(biāo)符合相關(guān)要求。

(3)根據(jù)OAC1和OAC2綜合確定最佳瀝青用量OAC

在進(jìn)行最佳瀝青用量進(jìn)行確定時，通常情況下，如果最佳瀝青用量以及瀝青最佳用量的中值的兩個數(shù)值相近的話，可以把兩者的平均值當(dāng)做最佳瀝青用量。如果兩者之間的差距過大，那么就不能利用上述方法對最佳瀝青用量進(jìn)行確定;二是需要通過其他實驗，如水穩(wěn)定實驗以及高溫穩(wěn)定實驗等，然后對多種因素進(jìn)行綜合考慮，對最佳瀝青用量進(jìn)行確定。

5 結(jié)束語

綜上所述，瀝青混凝土配合比設(shè)計是保證工程質(zhì)量的一種重要措施，而進(jìn)行有效的瀝青混凝土配合比設(shè)計的一個基本方法就是馬歇爾試驗，進(jìn)行有效的馬歇爾試驗，可以對瀝青的用量進(jìn)行合理的確定，從而對混凝土的配合比設(shè)計嚴(yán)格的控制，保證工程的質(zhì)量。上述工程采用馬歇爾試驗配合比設(shè)計，經(jīng)過取冷料對級配、瀝青含量調(diào)試制作試件進(jìn)行馬歇爾試驗，得到各種集料的配比及最佳瀝青含量如9.5～16mm∶4.75～9.5mm∶0～4.75mm∶礦粉=22％∶23％∶50％∶5％。

[1] 陳興寶，張克戩，周龍，等.瀝青混合料組成設(shè)計與馬歇爾試驗[J].森林工程，2002，(1):12-13.

[2] 賈致榮，李本根.考慮季節(jié)變化的瀝青路面設(shè)計方法[J].山東理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2004，(5):23-24.

[3] 李文杰，梁斌，李金鳳，等.基于MATLAB的瀝青混合料配合比優(yōu)化設(shè)計[J].河南科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2011，(4):56-57.

[4] 吳超凡，童光明.對馬歇爾設(shè)計方法與設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的幾點看法[J].湖南交通科技，2003，(3):89-90.