瀝青混合料設計配合比調整淺析

左希賓+翟兆娜

【摘 要】瀝青混合料路用性能與配比設計密切相關。本文針對瀝青混凝土馬歇爾設計方法存在的問題進行了分析，提出了改進意見，進而提出了施工配合比調整原則。

【關鍵詞】公路；瀝青路面；配合比設計；馬歇爾設計法

【Abstract】Road asphalt concrete is closely related with proportioning design. In this paper， aiming at the existing problem of asphalt concrete Marshall design method are analyzed， and improvement measures were put forward， and the principle of proportion of construction adjustment.

【Key words】Highway；Asphalt pavement；Mixture ratio design；Marshall design method

1. 瀝青混合料設計任務及路用性能要求

瀝青混合料設計任務主要是根據工程項目的實際需要，選擇合適的瀝青結合料及集料，并用合理的設計方法把這些材料組合起來，使完工的瀝青路面滿足交通流及當地氣候需要。瀝青混凝土設計一般是體積設計法和體積分析法。熱拌瀝青混合料設計的目標，應該達到如下路用性能：

1.1 耐久性。要求瀝青混合料含有足夠的瀝青結合料，保證集料顆粒周圍有足夠的瀝青薄膜，減少瀝青混合料運行周期內的老化。經嚴格壓實的瀝青混合料不應該有較高的空隙率，高孔隙率會加速老化，難以達到使用壽命周期。

1.2 抗疲勞開裂能力。正常情況下的疲勞開裂（龜裂）是路面承受設計荷載的標志，是瀝青路面結構設計的一項主要指標。瀝青路面在設計壽命周期末才出現疲勞開裂，毫無疑問，這個設計配比是成功的；如果疲勞開裂出現比較早，刨去壓實不密實和交通量遠遠大于預期等因素，那就是瀝青混凝土配合比設計有問題?？朔陂_裂的途徑：路基邊溝嚴格按照圖紙施工并保持排水通暢，路基沒有用不透水性材料包裹透水性材料，路基壓實度確實達到設計壓實度（不是試驗檢測弄虛作假），充分考慮遠景交通量迅猛提高，采用較厚的路面結構（路面基層水泥穩(wěn)定碎石配比適當養(yǎng)生充分沒有裂紋）。

1.3 抵抗永久變形的能力。在路面交通荷載的反復作用下，瀝青混合料內部結構不應被破壞?，F在渠化交通普遍，車轍等病害普遍發(fā)生，這就要求瀝青混合料級配設計精準。瀝青混合料抗變形能力不足，通常要在級配組成、瀝青等級及用量、孔隙率等方面找原因。事實證明，采用骨架嵌擠型級配和改性瀝青，可最大程度上解決路面車轍病害。

1.4 水損害抗力。瀝青混合料受到自然水浸泡的影響時，會導致集料表面和瀝青結合料失去粘結力。此時應考慮摻加抗剝落劑。

1.5 低溫開裂抗力。在北方寒冷季節(jié)，路用瀝青混合料能夠不開裂，將會大大延長路面使用壽命。這時就應該采用柔韌性好的瀝青結合料。

1.6 抗滑性。這是對應路面上面層骨料設計問題。如果感覺到上面層骨料用石灰?guī)r碎石滿足不了實際抗滑需要，就要采用硬度高、抗滑性能好得多的玄武巖碎石。

2. 馬歇爾設計方法存在的問題

2.1 采用接近最大密度線的配比。事實上，最接近最大密度線時，路面使用性能不一定是最好的，也就是說，用級配中值設計的配合比不一定是最好的。

2.2 關于體積計算體系。計算壓實瀝青混合料的方法一般用水重法，，測量的是視密度，這樣可能導致計算出的空隙率偏小。另外，沒有充分考慮集料空隙吸收瀝青結合料，導致最終配比瀝青結合料含量偏低，直接導致路面結構層耐久性差。

2.3 瀝青老化因素。研究表明，即使是吸水率低于2%的集料，老化2h后吸收瀝青的數量可達到0.5～1.0%，因此，不管集料吸水率是否小于2%，都應當考慮集料空隙吸收瀝青的數量。

3. 馬歇爾設計方法的改進

為了進一步提高瀝青混合料設計質量，我國在現行馬歇爾設計理念基礎上，結合美國Superpave設計思想，引進集料有效比重概念及混合料短期老化的辦法，對馬歇爾設計方法最佳集料級配選擇，從程序上和計算方法上進行改進和補充。

3.1 根據擬設計的混合料類型，與各種集料及填料的顆粒組成，按試配組合成三種試驗級配，一組級配位于規(guī)定范圍的中值附近，另外兩組級配接近級配范圍的上、下限。按關鍵篩孔2.36mm、4.75mm與0.075mm的通過率進行控制。

3.2 選擇混合料初始瀝青含量，初始瀝青含量應接近最佳瀝青含量。用下式計算：

Pbt=1.18+0.982（VMA-Va）/Gsb；式中：

Pbt——初始瀝青含量，按混合料質量百分率計，%；

VMA——壓實混合料集料間隙率，可先用規(guī)定的最小值+0.5%估算，后按試驗結果校正；

Va——壓實混合料孔隙率，可取設計孔隙率4%；

Gab——混合料集料組合體積毛重。

3.3 將拌和好的試樣放入烘箱，在擬定的壓實溫度平均值保持2h進行短期老化，然后進行制件。

3.4 制件被壓實冷卻后，將其脫模，測定試件毛體積重Mmb，并計算壓實混合料的空隙率Va、VMA和VFA等體積指標，隨后，根據試驗結果計算組合集料的有效比重Gse，根據確定的Gse計算集料吸收瀝青百分率Pba，進而獲得有效瀝青含量Pbe和粉油比DP。

3.5 試驗結果分析。對三種試驗級配混合料進行評價：其中VMA、VFA、粉油比、馬歇爾穩(wěn)定度與流值均符合設計要求，孔隙率又接近4%設計值的一種級配，被確定為最佳級配或設計級配。

4. 工程級配調整

4.1 《瀝青路面施工技術規(guī)范》（JTG F40-2004）在瀝青混合料礦料級配選擇與調整方面，根據“瀝青混合料礦料級配和配合比設計方法的修訂”課題研究成果，借鑒美、日等國的方法，提出工程設計級配的概念，對最常用的密級配瀝青混合料分為粗型和細型，它與原規(guī)范根據孔隙率分為Ⅰ型和Ⅱ型的性質不同，粗型和細型都屬于密級配，孔隙率都在3%～6%之間，之所以分成這兩種型號，主要是供不同的氣候條件和交通條件選擇級配時作參考，并要求設計單位和業(yè)主單位針對所建設工程的氣候條件、交通條件、公路等級以及所處層位確定和調整工程設計級配。相比原規(guī)范直接為工程確定一個級配范圍，配合比設計盡可能接近中值有了很大改進?，F行規(guī)范給出了幾種類型瀝青混合料與瀝青碎石混合料礦料級配。

4.2 規(guī)范規(guī)定級配范圍較寬，這樣同一級配的上限和下限所拌混合料會有較大的差別。所以，在設計時可根據需要將目標級配線靠上一些，使混合料總的偏細一些，即成所謂的細型密級配（AC-F）；或將目標級配線靠下一些，使混合料總的偏粗一些，即成所謂的粗型密級配（AC-C）。在這種情況下，給施工單位的生產級配范圍做必要的調整，而不能將規(guī)范原來的級配給施工單位。在級配設計時，尤其要注意控制幾個關鍵篩孔的通過率，即4.75mm和2.36mm兩個篩孔。規(guī)范給出了粗型和細型密級配瀝青混合料的關鍵性篩孔通過率。

4.3 瀝青混合料的設計級配應處于規(guī)范規(guī)定的級配范圍內，根據氣候條件、交通條件、公路等級、材料品種，通過條件大體相當的工程使用情況進行調查研究后調整確定，必要時允許超過規(guī)范的級配范圍。工程設計級配范圍應遵循以下原則：

4.3.1 首先按規(guī)范確定采用粗型（C型）或細型（F型）的混合料，對夏季溫度高、高溫持續(xù)時間長、重載交通量大的路段，宜采用粗型密級配瀝青混合料（AC-C型），并取較高的設計空隙率。對冬季溫度低、且低溫持續(xù)時間長的地區(qū)，或者重載交通量小的路段，宜采用細型密級配瀝青混合料（AC-F型），并取較低的設計空隙率。

4.3.2 為確保高溫抗車轍能力，同時兼顧低溫抗裂性能要求，配合比設計時宜適當減少公稱最大粒徑附近的粗集料用量，減少0.6mm以下部分細粉的用量，使中等粒徑較多，形成S型級配曲線，并取中等偏高水平的設計空隙率。

4.3.3 確定各層的工程設計級配范圍時應考慮不同層位的功能需要，經組合設計的瀝青路面應能滿足耐久、穩(wěn)定、密水、抗滑的要求。

4.3.4 根據公路等級和施工設備的控制水平，確定的工程設計級配范圍應比規(guī)范級配范圍要窄，其中4.75mm和2.36mm通過率的上下限差值宜小于12%。

4.3.5 瀝青混合料的配合比設計應當充分考慮施工性能，使瀝青混合料容易攤鋪和壓實，避免造成不必要的離析。

4.3.6 在多雨潮濕地區(qū)，重交通或渠化交通情況下，一般多采用粗型密級配并配置成S型級配曲線。同時，盡量避免級配曲線穿越級配禁區(qū)（0.3～2.36間的三角區(qū)）。

5. 結束語

瀝青混合料配合比設計合理，可以大幅提高路面使用壽命，使社會效益最大化。