瀝青混合料配合比設(shè)計及其技術(shù)性能

吳旭朝

摘 要：對瀝青混合料原材料及瀝青混合料進(jìn)行了相關(guān)的論述。首先對瀝青混合料的配合比進(jìn)行了概述，然后對瀝青混合料原材料的各項技術(shù)要求進(jìn)行了論述，對瀝青混合料的配合比設(shè)計計算進(jìn)行了分析，確定了混合料中各種原材料的最佳用量；最后對瀝青混合料中的原材料，特別是對混合料性能影響最大的瀝青材料進(jìn)行了技術(shù)性能研究，并對混合料進(jìn)行了試驗規(guī)程中的馬歇爾各項性能指標(biāo)試驗。結(jié)果表明，瀝青混合料的原材料及其用量對瀝青混合料的技術(shù)性能影響較大。

關(guān)鍵詞：路面；瀝青混合料；配合比設(shè)計；原材料；馬歇爾試驗

1.序言

瀝青混合料配合比設(shè)計是采用馬歇爾試驗進(jìn)行配合比設(shè)計的方法，適用于密級配瀝青混合土及瀝青穩(wěn)定碎石混合料[1]。瀝青配合料配合比設(shè)計包括：目標(biāo)配合比設(shè)計、生產(chǎn)配合比設(shè)計、施工配合比設(shè)計。配合比是為滿足工程的耐久性、和易性、強度等性質(zhì)，對現(xiàn)有的各種材料如水泥（瀝青）、砂、石和水（瀝青不可加水）等按一定的數(shù)量比例配合混合，滿足工程的設(shè)計標(biāo)號的混合物，達(dá)到既經(jīng)濟(jì)又滿足工作需求的目的。有重量比和體積比。

配合比是混合料各種材料需要的最佳用量，配合比設(shè)計的結(jié)果直接影響瀝青路面的施工質(zhì)量和使用壽命[2-4]。配合比直接影響到混合料的強度和各種性質(zhì)，如果配合比不佳，對混合料的強度有非常大的影響，而且可能會直接影響工程造價，可能會造成鋪成的路面滲水性大，從而會破壞路面的強度[5-6]。所以說良好的配合比是一個工程的關(guān)鍵，特別是瀝青路面的瀝青混合料的配合比對工程的影響更為重要。

2.瀝青混合料組成材料的技術(shù)要求

瀝青混合料的技術(shù)性質(zhì)決定于組成材料的性質(zhì)、配合比和混合料的制備工藝等因素[7]。為保證瀝青混合料的技術(shù)性質(zhì)，首先是正確選擇符合質(zhì)量要求的組成材料。

2.1瀝青材料

瀝青是瀝青混合料的重要組成材料，其性能直接影響瀝青混合料的各種技術(shù)性質(zhì)。瀝青路面所用瀝青應(yīng)根據(jù)氣候條件、道路等級、瀝青混合料類型、交通條件、路面類型及在結(jié)構(gòu)層中層位、施工方法等[8-9]，結(jié)合當(dāng)?shù)氐氖褂媒?jīng)驗，經(jīng)技術(shù)論證后確定。

對于高速公路、一級公路、夏季溫度高、高溫持續(xù)時間長、重載交通、山區(qū)及丘凌區(qū)上坡路段、服務(wù)區(qū)、停車場等行車速度慢的路段，宜采用粘度大的瀝青；對于冬季寒冷的地區(qū)或交通量小的公路、旅游公路宜采用稠度小、低溫延度大的瀝青；對于日溫差、年溫差較大的地區(qū)宜選用針入度指數(shù)較大、感溫性較低的瀝青。當(dāng)高溫要求與低溫要求發(fā)生矛盾時應(yīng)優(yōu)先考慮滿足高溫性能的要求。

2.2粗集料

瀝青層用粗集料通常采用碎石、卵石及冶金礦渣等，但高速公路和一級公路不得使用篩選礫石和礦渣。瀝青混合料用的粗集料應(yīng)該潔凈、干燥、無風(fēng)化、無雜質(zhì)并且具有足夠的強度和耐磨性，形狀接近正立方體，且要求表面粗糙有一定的棱角。

對于粗集料而言，首先進(jìn)行篩分，用水洗法，烘干后進(jìn)行篩分，將粗集料根據(jù)粒徑所對應(yīng)的最小試驗稱量，水泡至24小時用網(wǎng)籃法進(jìn)行密度檢測，針片狀含量的檢驗（長度和厚度的比例大于1：3時為針片狀），粘附性等級（用棱角明顯的碎石，具有代表性，烘熱一定溫度在瀝青中浸入45s，用沸水煮3分鐘，晾干看剝落的情況來判斷）。

2.3細(xì)集料

瀝青路面的細(xì)集料包括天然砂、機(jī)制砂和石屑。細(xì)集料同樣應(yīng)潔凈、干燥、無風(fēng)化、不含雜質(zhì)、質(zhì)地堅硬、有棱角，并有適當(dāng)?shù)募壟?，且與瀝青具有良好的粘結(jié)力。細(xì)集料與粗集料及填料配制成礦質(zhì)混合料，其級配應(yīng)符合要求。當(dāng)一種細(xì)集料不能滿足級配時，可采用兩種或兩種以上的細(xì)集料摻和使用。

細(xì)集料的潔凈程度，天然砂小于0.075mm含量的百分?jǐn)?shù)表示，石屑和機(jī)制砂以砂當(dāng)量（適用于0-4.75mm）表示。 砂的含泥量超過規(guī)定時應(yīng)水洗后使用。熱拌密級配瀝青混合料中天然砂的用量通常不宜超過集料總量的20%，SMA不宜使用天然砂。砂的密度用比重瓶來做。石屑是采石場破碎石料時通過4.75mm或2.36mm的篩下部分，其規(guī)格應(yīng)符合要求。

3.瀝青混合料配合比設(shè)計

按相關(guān)試驗規(guī)程規(guī)定的取樣方法，取足夠數(shù)量的具有代表性瀝青和礦料試樣。按《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）材料質(zhì)量的技術(shù)要求試驗各種性質(zhì)，當(dāng)檢驗不合格時，不得用于施工。

3.1 礦質(zhì)混合料的配合比組成設(shè)計

礦質(zhì)混合料配合比組成設(shè)計的目的是選配一個具有足夠密實度并且有較高內(nèi)摩阻力的礦質(zhì)混合料，可以根據(jù)級配理論，計算出需要的礦質(zhì)混合料的級配范圍。但是為了應(yīng)用已有的研究成果和實踐經(jīng)驗，通常是采用規(guī)范推薦的礦質(zhì)混合料級配范圍來確定。

3.1.1確定瀝青混合料類型和礦質(zhì)混合料的級配范圍

瀝青混合料類型根據(jù)道路等級、路面類型、所處的結(jié)構(gòu)層位按照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）選定并按照規(guī)范確定相應(yīng)的礦質(zhì)混合料級配范圍[10]。

3.1.2確定礦料的最大粒徑

規(guī)范對瀝青混合料的最大粒徑（D）同路面結(jié)構(gòu)層最小厚度的關(guān)系均有規(guī)定，為此結(jié)構(gòu)層厚度與最大粒徑之比應(yīng)控制在h/D>2.5。只有控制了結(jié)構(gòu)層厚度與最大粒徑之比，才能拌和均勻，易達(dá)到要求的密實度和平整度，保證施工質(zhì)量。

3.1.3礦質(zhì)混合料配合比計算

根據(jù)現(xiàn)場取樣，對粗集料、細(xì)集料和礦粉進(jìn)行篩析試驗，確定各集料的級配組成，同時測出各組材料的密度。根據(jù)各組成材料的篩析試驗資料，采用試算法或圖解法，計算符合要求級配范圍的各組成材料用量比例。通常情況下，合成級配曲線應(yīng)盡量接近設(shè)計級配中限，尤其應(yīng)使0.075mm、2.36mm和4.75mm三個料徑盡量接近設(shè)計級配范圍中限；對高速公路、一級公路、城市快速路等交通量大、車輛載重大的道路，應(yīng)盡量偏向級配范圍的下限。對一般道路、中小交通量和人行道路等應(yīng)盡量偏向級配范圍的上限；合成的級配曲線不得有過多的鋸齒形交錯，且在0.3mm-0.6mm范圍內(nèi)不出現(xiàn)“駝峰”。當(dāng)反復(fù)調(diào)整仍不能滿意時，宜更換原材料重新設(shè)計。

3.2確定瀝青混合料的最佳瀝青用量

瀝青混合料的最佳瀝青用量可以通過各種理論計算的方法求得。但是由于實際材料性質(zhì)的差異，按理論公式計算得到的最佳瀝青用量仍然要通過試驗方法修正，因此理論方法只能得到一個供試驗參考的數(shù)據(jù)。采用試驗方法確定瀝青最佳用量目前最常用的方法有維姆法和馬歇爾法。

根據(jù)粗集料規(guī)范質(zhì)量要求取與密度最大值、穩(wěn)定度最大值對應(yīng)的瀝青用量a1和a2，以及與空隙率范圍的中值，瀝青飽和度范圍的中值對應(yīng)的瀝青用量a3和a4計算四者的平均值作為最佳瀝青用量初始值OAC1：

（1）

如果在所選擇的瀝青用量范圍未能涵蓋飽和度的要求范圍，取二者的平均值作為OAC1：

（2）

對所選擇試驗的瀝青用量范圍、密度或穩(wěn)定度沒有出現(xiàn)峰值，可直接以空隙率所對應(yīng)的瀝青用量作為OAC1（即OAC1= a3）但OAC1必須介于 ～ 的范圍內(nèi)，否則應(yīng)重新進(jìn)行配合比設(shè)計。

（3）確定瀝青混合料的最佳瀝青用量初始值OAC2

求出各項指標(biāo)符合瀝青混合料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的瀝青用量范圍 ～ ，其中值為OAC2：

（3）

（4）綜合確定瀝青混合料的最佳瀝青用量OAC

檢查初始值OAC1是否符合規(guī)范規(guī)定的馬歇爾試驗技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，如符合由OAC1和OAC2綜合決定最佳瀝青用量OAC，如不符合，應(yīng)調(diào)整級配，重新進(jìn)行配合比設(shè)計直至各項指標(biāo)均符合要求為止。

通常情況下，可取OAC1和OAC2的平均值作為最佳瀝青用量OAC。

（4）

（5）根據(jù)實踐經(jīng)驗和公路等級、氣候條件和交通情況調(diào)整確定最佳瀝青用量。

調(diào)查當(dāng)?shù)馗黜棗l件相接近的工程的瀝青用量及使用效果，論證適宜的最佳瀝青用量。檢查與計算得到的最佳瀝青用量是否接近，如相差甚遠(yuǎn)，應(yīng)查明原因，必要時重新調(diào)整級配，進(jìn)行配合比設(shè)計。

對熱區(qū)道路及高速公路、一級公路的重載交通路段等，預(yù)計有可能造成較大車轍的情況時，宜在空隙率符合要求的范圍內(nèi)，將計算的最佳瀝青用量減少0.1%-0.5%作為設(shè)計瀝青用量。

對寒區(qū)道路、旅游公路、交通量少的公路，最佳瀝青用量可以在OAC的基礎(chǔ)上增加0.1%-0.3%以適當(dāng)減小設(shè)計空隙率，但不得降低壓實度的要求。

（6）按現(xiàn)行行標(biāo)《公路瀝青施工技術(shù)規(guī)范》（JTG T40-2004）規(guī)定的方法檢驗最佳瀝青用量時瀝青被集料吸收的比例、有效瀝青用量、粉膠比和有效瀝青膜厚度等各指標(biāo)是否符合要求。

4.結(jié)論

瀝青路面需要的瀝青混合料配合比在工程中至關(guān)重要。瀝青混合料的配合比設(shè)計是施工過程中一件十分重要的工作。通過本文的研究的出如下結(jié)論：

（1）一個好的設(shè)計應(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，尤其經(jīng)得起實踐考驗，確保瀝青路面不產(chǎn)生損壞。

（2）各種瀝青混合料的配合比設(shè)計仍然是狹義的體積指標(biāo)設(shè)計，只要求選定材料、確定礦料級配、瀝青用量。

（3）工程實踐表明，優(yōu)質(zhì)的瀝青混凝土路面，不僅依賴于嚴(yán)格的原材料質(zhì)量控制，還與良好的混合料設(shè)計有關(guān)，設(shè)計過程中應(yīng)做到因材制宜。

（4）評價瀝青混合料配合比設(shè)計是否合理，是否優(yōu)秀的標(biāo)準(zhǔn)，首先應(yīng)符合規(guī)范規(guī)程的質(zhì)量要求，一個好的設(shè)計應(yīng)使瀝青路面具有良好的路用性能；所設(shè)計的混合料必須有利于施工，所設(shè)計的混合料具有良好的成本經(jīng)濟(jì)效益同時由于馬歇爾試驗采用的擊實方式不可避免地會造成集料破碎，影響試件的最終試驗結(jié)果，如空隙率和用油量的配合比。更為重要的是馬歇爾試驗方法無法模擬路面碾壓的實際情況。不能正確評價混合料的抗剪強度，在以后的工程中還要不斷的改善和提高。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄭南翔、袁媛、叢卓紅.聚酯纖維瀝青混合料合理粉油比范圍研究[J].公路交通科技，2008.25（5）：23-27.

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3.2確定瀝青混合料的最佳瀝青用量

瀝青混合料的最佳瀝青用量可以通過各種理論計算的方法求得。但是由于實際材料性質(zhì)的差異，按理論公式計算得到的最佳瀝青用量仍然要通過試驗方法修正，因此理論方法只能得到一個供試驗參考的數(shù)據(jù)。采用試驗方法確定瀝青最佳用量目前最常用的方法有維姆法和馬歇爾法。

根據(jù)粗集料規(guī)范質(zhì)量要求取與密度最大值、穩(wěn)定度最大值對應(yīng)的瀝青用量a1和a2，以及與空隙率范圍的中值，瀝青飽和度范圍的中值對應(yīng)的瀝青用量a3和a4計算四者的平均值作為最佳瀝青用量初始值OAC1：

（1）

如果在所選擇的瀝青用量范圍未能涵蓋飽和度的要求范圍，取二者的平均值作為OAC1：

（2）

對所選擇試驗的瀝青用量范圍、密度或穩(wěn)定度沒有出現(xiàn)峰值，可直接以空隙率所對應(yīng)的瀝青用量作為OAC1（即OAC1= a3）但OAC1必須介于 ～ 的范圍內(nèi)，否則應(yīng)重新進(jìn)行配合比設(shè)計。

（3）確定瀝青混合料的最佳瀝青用量初始值OAC2

求出各項指標(biāo)符合瀝青混合料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的瀝青用量范圍 ～ ，其中值為OAC2：

（3）

（4）綜合確定瀝青混合料的最佳瀝青用量OAC

檢查初始值OAC1是否符合規(guī)范規(guī)定的馬歇爾試驗技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，如符合由OAC1和OAC2綜合決定最佳瀝青用量OAC，如不符合，應(yīng)調(diào)整級配，重新進(jìn)行配合比設(shè)計直至各項指標(biāo)均符合要求為止。

通常情況下，可取OAC1和OAC2的平均值作為最佳瀝青用量OAC。

（4）

（5）根據(jù)實踐經(jīng)驗和公路等級、氣候條件和交通情況調(diào)整確定最佳瀝青用量。

調(diào)查當(dāng)?shù)馗黜棗l件相接近的工程的瀝青用量及使用效果，論證適宜的最佳瀝青用量。檢查與計算得到的最佳瀝青用量是否接近，如相差甚遠(yuǎn)，應(yīng)查明原因，必要時重新調(diào)整級配，進(jìn)行配合比設(shè)計。

對熱區(qū)道路及高速公路、一級公路的重載交通路段等，預(yù)計有可能造成較大車轍的情況時，宜在空隙率符合要求的范圍內(nèi)，將計算的最佳瀝青用量減少0.1%-0.5%作為設(shè)計瀝青用量。

對寒區(qū)道路、旅游公路、交通量少的公路，最佳瀝青用量可以在OAC的基礎(chǔ)上增加0.1%-0.3%以適當(dāng)減小設(shè)計空隙率，但不得降低壓實度的要求。

（6）按現(xiàn)行行標(biāo)《公路瀝青施工技術(shù)規(guī)范》（JTG T40-2004）規(guī)定的方法檢驗最佳瀝青用量時瀝青被集料吸收的比例、有效瀝青用量、粉膠比和有效瀝青膜厚度等各指標(biāo)是否符合要求。

4.結(jié)論

瀝青路面需要的瀝青混合料配合比在工程中至關(guān)重要。瀝青混合料的配合比設(shè)計是施工過程中一件十分重要的工作。通過本文的研究的出如下結(jié)論：

（1）一個好的設(shè)計應(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，尤其經(jīng)得起實踐考驗，確保瀝青路面不產(chǎn)生損壞。

（2）各種瀝青混合料的配合比設(shè)計仍然是狹義的體積指標(biāo)設(shè)計，只要求選定材料、確定礦料級配、瀝青用量。

（3）工程實踐表明，優(yōu)質(zhì)的瀝青混凝土路面，不僅依賴于嚴(yán)格的原材料質(zhì)量控制，還與良好的混合料設(shè)計有關(guān)，設(shè)計過程中應(yīng)做到因材制宜。

（4）評價瀝青混合料配合比設(shè)計是否合理，是否優(yōu)秀的標(biāo)準(zhǔn)，首先應(yīng)符合規(guī)范規(guī)程的質(zhì)量要求，一個好的設(shè)計應(yīng)使瀝青路面具有良好的路用性能；所設(shè)計的混合料必須有利于施工，所設(shè)計的混合料具有良好的成本經(jīng)濟(jì)效益同時由于馬歇爾試驗采用的擊實方式不可避免地會造成集料破碎，影響試件的最終試驗結(jié)果，如空隙率和用油量的配合比。更為重要的是馬歇爾試驗方法無法模擬路面碾壓的實際情況。不能正確評價混合料的抗剪強度，在以后的工程中還要不斷的改善和提高。

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3.2確定瀝青混合料的最佳瀝青用量

瀝青混合料的最佳瀝青用量可以通過各種理論計算的方法求得。但是由于實際材料性質(zhì)的差異，按理論公式計算得到的最佳瀝青用量仍然要通過試驗方法修正，因此理論方法只能得到一個供試驗參考的數(shù)據(jù)。采用試驗方法確定瀝青最佳用量目前最常用的方法有維姆法和馬歇爾法。

根據(jù)粗集料規(guī)范質(zhì)量要求取與密度最大值、穩(wěn)定度最大值對應(yīng)的瀝青用量a1和a2，以及與空隙率范圍的中值，瀝青飽和度范圍的中值對應(yīng)的瀝青用量a3和a4計算四者的平均值作為最佳瀝青用量初始值OAC1：

（1）

如果在所選擇的瀝青用量范圍未能涵蓋飽和度的要求范圍，取二者的平均值作為OAC1：

（2）

對所選擇試驗的瀝青用量范圍、密度或穩(wěn)定度沒有出現(xiàn)峰值，可直接以空隙率所對應(yīng)的瀝青用量作為OAC1（即OAC1= a3）但OAC1必須介于 ～ 的范圍內(nèi)，否則應(yīng)重新進(jìn)行配合比設(shè)計。

（3）確定瀝青混合料的最佳瀝青用量初始值OAC2

求出各項指標(biāo)符合瀝青混合料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的瀝青用量范圍 ～ ，其中值為OAC2：

（3）

（4）綜合確定瀝青混合料的最佳瀝青用量OAC

檢查初始值OAC1是否符合規(guī)范規(guī)定的馬歇爾試驗技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，如符合由OAC1和OAC2綜合決定最佳瀝青用量OAC，如不符合，應(yīng)調(diào)整級配，重新進(jìn)行配合比設(shè)計直至各項指標(biāo)均符合要求為止。

通常情況下，可取OAC1和OAC2的平均值作為最佳瀝青用量OAC。

（4）

（5）根據(jù)實踐經(jīng)驗和公路等級、氣候條件和交通情況調(diào)整確定最佳瀝青用量。

調(diào)查當(dāng)?shù)馗黜棗l件相接近的工程的瀝青用量及使用效果，論證適宜的最佳瀝青用量。檢查與計算得到的最佳瀝青用量是否接近，如相差甚遠(yuǎn)，應(yīng)查明原因，必要時重新調(diào)整級配，進(jìn)行配合比設(shè)計。

對熱區(qū)道路及高速公路、一級公路的重載交通路段等，預(yù)計有可能造成較大車轍的情況時，宜在空隙率符合要求的范圍內(nèi)，將計算的最佳瀝青用量減少0.1%-0.5%作為設(shè)計瀝青用量。

對寒區(qū)道路、旅游公路、交通量少的公路，最佳瀝青用量可以在OAC的基礎(chǔ)上增加0.1%-0.3%以適當(dāng)減小設(shè)計空隙率，但不得降低壓實度的要求。

（6）按現(xiàn)行行標(biāo)《公路瀝青施工技術(shù)規(guī)范》（JTG T40-2004）規(guī)定的方法檢驗最佳瀝青用量時瀝青被集料吸收的比例、有效瀝青用量、粉膠比和有效瀝青膜厚度等各指標(biāo)是否符合要求。

4.結(jié)論

瀝青路面需要的瀝青混合料配合比在工程中至關(guān)重要。瀝青混合料的配合比設(shè)計是施工過程中一件十分重要的工作。通過本文的研究的出如下結(jié)論：

（1）一個好的設(shè)計應(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，尤其經(jīng)得起實踐考驗，確保瀝青路面不產(chǎn)生損壞。

（2）各種瀝青混合料的配合比設(shè)計仍然是狹義的體積指標(biāo)設(shè)計，只要求選定材料、確定礦料級配、瀝青用量。

（3）工程實踐表明，優(yōu)質(zhì)的瀝青混凝土路面，不僅依賴于嚴(yán)格的原材料質(zhì)量控制，還與良好的混合料設(shè)計有關(guān)，設(shè)計過程中應(yīng)做到因材制宜。

（4）評價瀝青混合料配合比設(shè)計是否合理，是否優(yōu)秀的標(biāo)準(zhǔn)，首先應(yīng)符合規(guī)范規(guī)程的質(zhì)量要求，一個好的設(shè)計應(yīng)使瀝青路面具有良好的路用性能；所設(shè)計的混合料必須有利于施工，所設(shè)計的混合料具有良好的成本經(jīng)濟(jì)效益同時由于馬歇爾試驗采用的擊實方式不可避免地會造成集料破碎，影響試件的最終試驗結(jié)果，如空隙率和用油量的配合比。更為重要的是馬歇爾試驗方法無法模擬路面碾壓的實際情況。不能正確評價混合料的抗剪強度，在以后的工程中還要不斷的改善和提高。

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