均衡配合比設(shè)計會是未來的趨勢嗎？

文 | 本刊編譯

2015年9月，美國聯(lián)邦公路管理局（FHWA）混合料與施工專家工作組成立了均衡配合比設(shè)計小組。該小組將均衡配合比設(shè)計（即Balanced Mix Design，簡稱BMD）定義為這樣一種瀝青混合料配合比設(shè)計方法——“對在適當(dāng)?shù)臈l件下得到的試樣進(jìn)行性能測試，解決多種病害，并且考慮了交通、氣候、混合料的老化和它在路面結(jié)構(gòu)中的位置?！?/p>

簡而言之，BMD包含兩個或更多力學(xué)試驗，例如車轍試驗和開裂試驗，以評估混合料抵抗常見病害的表現(xiàn)。均衡配合比設(shè)計小組確定了3種可能的應(yīng)用BMD的方法：用性能試驗驗證體積設(shè)計，用性能試驗改進(jìn)體積設(shè)計和性能設(shè)計，如圖1所示。

圖1 3種BMD方法

（1）用性能試驗驗證體積設(shè)計（Volumetric Design with Performance Verification）：基本上是Superpave體積配合比設(shè)計方法的最后加上性能試驗。如果混合料不能通過性能試驗，就要重復(fù)整個配合比設(shè)計過程。

（2）用性能試驗改進(jìn)體積設(shè)計（Performance-Modified Volumetric Design）：該方法從Superpave配合比設(shè)計方法開始，建立初始的集料級配和瀝青含量，然后調(diào)整配合比以滿足性能試驗要求，最終設(shè)計可能不需要滿足所均衡配合比設(shè)計（BMD）被定義為這樣一種瀝青混合料配合比設(shè)計方法——“對在適當(dāng)?shù)臈l件下得到的試樣進(jìn)行性能測試，解決多種病害，并且考慮了交通、氣候、混合料的老化和它在路面結(jié)構(gòu)中的位置?！庇械腟uperpave標(biāo)準(zhǔn)。

（3） 性 能 設(shè) 計（Performance Design）：這種方法跳過了體積配合比設(shè)計，直接使用性能試驗評估包含不同的集料級配和瀝青含量的混合料?？梢詾闉r青結(jié)合料和集料的性能設(shè)定最低要求；傳統(tǒng)的體積標(biāo)準(zhǔn)可以用作非強制性指南，但是不能作為設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。這種方法目前沒有被使用，但是不失為一個可行的選擇。

當(dāng)前，瀝青混合料主要是在Superpave體系下設(shè)計的，其中集料和瀝青結(jié)合料的比例主要依賴于以試驗為依據(jù)的集料質(zhì)量特征和體積參數(shù)，例如空隙率、VMA和VFA等。體積參數(shù)的計算高度依賴于準(zhǔn)確地確定混合料組成部分的比重。然而，集料的毛體積比重的準(zhǔn)確性和可變性存在眾所周知的問題，這使人們擔(dān)心配合比設(shè)計中的瀝青含量是否準(zhǔn)確。

隨著回收瀝青路面舊料（RAP）和再生瀝青瓦（RAS）的加入，這種對集料毛體積比重測定精度的擔(dān)憂也跟著增加了。此外，結(jié)合料在這些再生材料中的作用沒有在體積特性中得到體現(xiàn)，目前尚不清楚再生結(jié)合料如何與原生結(jié)合料相互作用，這最終帶來關(guān)于這些材料如何影響現(xiàn)場性能的更多疑問。

當(dāng)前的體積配合比設(shè)計方法也不能評估溫拌瀝青添加劑、聚合物、再生劑和纖維的影響。因此，性能試驗需要作為配合比設(shè)計程序的一部分，確保瀝青混合料具備理想的路用性能。

2018年9月底，美國國家公路合作研究計劃（NCHRP）完成了一個目標(biāo)是開發(fā)BMD配合比設(shè)計框架的項目（編號20-07/Task 406）。BMD會不會是未來的趨勢呢？也許不用太久就會有答案。