瀝青混合料配合比組成設(shè)計對路面施工質(zhì)量的影響分析

佘文、王瑤

（貴州宏信創(chuàng)達(dá)工程檢測咨詢有限公司，貴州 貴陽 550014）

0 引言

在瀝青路面施工過程中，為了保證施工質(zhì)量，施工單位應(yīng)對其配合比設(shè)計進(jìn)行控制，確保符合施工要求。在此過程中，施工單位應(yīng)從原材料質(zhì)量控制、配合比設(shè)計以及拌和工藝等方面出發(fā)，對瀝青路面質(zhì)量進(jìn)行控制，在保證瀝青路面施工質(zhì)量的前提下，進(jìn)一步延長其使用壽命。

1 瀝青混合料的主要指標(biāo)

在瀝青混合料配合比設(shè)計過程中，施工單位應(yīng)先對瀝青混合料的各項性能指標(biāo)進(jìn)行分析，當(dāng)前常見的指標(biāo)主要有耐久性、高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性等方面。在瀝青路面施工中，若各方面性能良好，不但有效減少瀝青路面的早期病害，還能延長瀝青路面的使用壽命。當(dāng)性能較差時，瀝青路面會出現(xiàn)離析、坑槽以及車轍等早期病害，降低道路的使用舒適度和安全性，還會影響使用壽命，因此，施工單位應(yīng)對瀝青混合料的各指標(biāo)進(jìn)行控制。

1.1 耐久性

在瀝青混合料施工時，其耐久性受多種因素的影響，其中最主要的影響因素為瀝青混合料的空隙率。通常情況下，空隙率主要受壓實程度、瀝青材料用量以及礦料級配等因素的影響，因此，施工單位應(yīng)從多個方面出發(fā)，對空隙率進(jìn)行控制，從而達(dá)到提高瀝青混合料耐久性的目的。

1.2 高溫穩(wěn)定性

在高溫穩(wěn)定性檢測過程中，施工單位可以借助車轍試驗、馬歇爾流值、穩(wěn)定度對高溫穩(wěn)定性進(jìn)行驗證。在高溫穩(wěn)定性控制過程中，施工單位應(yīng)合理選擇瀝青和集料。選擇瀝青應(yīng)保證黏度符合要求，提高集料和瀝青的黏附性。與此同時，在對集料進(jìn)行選擇時，應(yīng)對其級配進(jìn)行控制，所選集料應(yīng)具有形狀接近立方體、表面粗糙以及棱角豐富等優(yōu)勢，使各集料顆粒之間形成穩(wěn)定的嵌擠結(jié)構(gòu)，使瀝青混合料高溫穩(wěn)定性進(jìn)一步提高。

1.3 滲水性

通常情況下，當(dāng)瀝青混合料存在滲水量較大的問題時，說明該混合料耐久性和水穩(wěn)定性較差、不密實以及空隙率較大。此時，施工單位應(yīng)對瀝青用量以及級配進(jìn)行調(diào)整，必要時應(yīng)重新對配合比進(jìn)行設(shè)計。

1.4 水穩(wěn)定性

在對瀝青混合料的水穩(wěn)定性進(jìn)行分析時，施工單位一方面可以通過石料和瀝青之間的黏附性指標(biāo)進(jìn)行評價，另一方面可以借助凍融劈裂試驗和浸水馬歇爾試驗進(jìn)行評價。若水穩(wěn)定性不符合要求，施工單位可以增加抗剝落劑、水泥或消石灰的用量，或使用改性瀝青代替普通瀝青。

1.5 低溫抗裂性

施工單位可借助低溫彎曲試驗對瀝青混合料的低溫抗裂性進(jìn)行分析，一般情況下，在加載速率為50mm/min，溫度為-10℃的條件下進(jìn)行試驗。

2 瀝青混合料原材料質(zhì)量控制

在瀝青混合料配合比設(shè)計過程中，原材料質(zhì)量將會直接影響混合料的質(zhì)量。因此，施工單位應(yīng)對礦粉、集料以及瀝青等原材料的質(zhì)量進(jìn)行控制，以設(shè)計和規(guī)范要求為依據(jù)，對原材料的各指標(biāo)和性能進(jìn)行檢測，保證其符合要求，主要做法如下：

其一，在瀝青入場時，施工單位應(yīng)對瀝青的出廠試驗報告以及產(chǎn)品合格證進(jìn)行檢查，并以設(shè)計和規(guī)范要求為依據(jù)，對瀝青的軟化點、延度以及針入度進(jìn)行檢測，確保其滿足規(guī)范要求。SBS 改性瀝青主要指標(biāo)要求見表1。對于不同廠家、不同批次以及不同標(biāo)號的瀝青，施工單位應(yīng)分開存儲，且應(yīng)對其進(jìn)行遮擋處理，防止淋濕。

表1 SBS 改性瀝青主要指標(biāo)要求

其二，在選擇粗集料時，應(yīng)保證無雜質(zhì)、無風(fēng)化、干燥、潔凈，且應(yīng)對其耐磨性以及強度進(jìn)行檢測。與此同時，施工單位還應(yīng)篩選粗集料的顆粒形狀，通常選擇棱角分明的粗集料。儲存粗集料時，不同規(guī)格的粗集料應(yīng)分開堆放，且應(yīng)將標(biāo)志牌擺放在相應(yīng)的位置。

其三，在選擇細(xì)集料時，應(yīng)保證細(xì)集料無雜質(zhì)、無風(fēng)化、干燥、潔凈，且應(yīng)對各批細(xì)集料的顆粒級配進(jìn)行控制，保證級配符合要求。細(xì)集料指標(biāo)要求見表2。

表2 細(xì)集料指標(biāo)要求

其四，在瀝青路面施工時，填料為礦粉。礦粉的原材料多為巖漿巖或石灰?guī)r石料，所選擇的礦粉應(yīng)沒有團(tuán)塊或雜質(zhì)，且保證礦粉在儲存過程中的干燥度，防止因吸水導(dǎo)致礦粉出現(xiàn)結(jié)塊的問題[1]。

3 瀝青混合料配合比設(shè)計

3.1 目標(biāo)配合比

3.1.1 確定各礦料比例

在設(shè)計瀝青混合料配合比時，不同材料比例所組成的結(jié)構(gòu)也各不相同，進(jìn)而會使瀝青混合料的性能出現(xiàn)較大的差異。因此，為了提高瀝青混合料的性能，保證瀝青路面的施工質(zhì)量，施工單位對瀝青混合料各原材料檢測完成后，應(yīng)以設(shè)計文件為依據(jù)，確定各礦料的比例。在此過程中，施工單位應(yīng)借助計算機進(jìn)行計算，并對其比例進(jìn)行調(diào)整，得到最佳比例。

3.1.2 確定最佳油石比

在制備瀝青混合料時，瀝青通常存在兩種狀態(tài)，即“自由瀝青”和“結(jié)構(gòu)瀝青”。在瀝青混合料中，多余的瀝青即被稱為“自由瀝青”，當(dāng)該種瀝青含量增加，會導(dǎo)致瀝青混合料的黏結(jié)力受到影響。在礦料比例確定后，在礦料表面形成擴(kuò)散結(jié)構(gòu)膜，膜內(nèi)包裹的瀝青稱為“結(jié)構(gòu)瀝青”，保證瀝青混合料的強度。當(dāng)瀝青用量過少時，會導(dǎo)致瀝青混合料出現(xiàn)易磨損、抗水性較差以及脆硬等問題；當(dāng)瀝青用量過多時，會使瀝青混合料的黏結(jié)力降低。因此，施工單位應(yīng)對瀝青混合料的最佳油石比進(jìn)行確定，達(dá)到控制瀝青含量的目的。

在確定最佳油石比時，施工單位應(yīng)借助馬歇爾試驗進(jìn)行驗證。在馬歇爾試驗過程中，檢測人員應(yīng)以以往的施工經(jīng)驗為依據(jù)，確定最佳瀝青用量，并以該值為中值，以0.3%～0.5% 為間隔，選擇5 種瀝青用量，制成相應(yīng)的試件對其實施馬歇爾試驗，得到各組試件的流值、穩(wěn)定度、殘留穩(wěn)定度、飽和度、密度空隙率等指標(biāo)，并繪制性能和瀝青用量之間的關(guān)系圖。施工人員應(yīng)以關(guān)系曲線為依據(jù)，確定最佳油石比，達(dá)到控制瀝青用量的目的。

3.1.3 確定粉膠比

在制備瀝青混合料的過程中，由于礦粉比表面積相對較大，且其為堿性，因此，將礦粉加入瀝青混合料，不但可以使礦粉比表面積進(jìn)一步增加，還會使瀝青和礦粉的化學(xué)吸附和物理吸附能力進(jìn)一步增加。與此同時，通過合理應(yīng)用礦粉，還可以增加瀝青混合料中的“結(jié)構(gòu)瀝青”，降低“自由瀝青”的含量，使瀝青混合料的黏結(jié)力進(jìn)一步提高，達(dá)到提高瀝青混合料高溫穩(wěn)定性和抗剪強度的目的。但是當(dāng)?shù)V粉摻量過多時，若膠漿量較少，會使瀝青混合料黏結(jié)性降低，嚴(yán)重的還會使瀝青混合料出現(xiàn)結(jié)團(tuán)問題，進(jìn)而導(dǎo)致瀝青路面質(zhì)量受到影響。因此，施工單位應(yīng)對瀝青混合料的粉膠比（礦粉和瀝青的比例）進(jìn)行控制。在此過程中，施工單位應(yīng)對不同粉膠比條件下的瀝青混合料的低溫性能以及高溫穩(wěn)定性進(jìn)行檢測。根據(jù)檢測結(jié)果可知，在粉膠比增加的過程中，瀝青混合料的低溫抗裂性能會隨之降低，而高溫穩(wěn)定性會增加。當(dāng)粉膠比大于1.0 時，其低溫抗裂性能下降速度加快；當(dāng)粉膠比為0.6～0.8 時，其高溫穩(wěn)定性增加速度加快。因此，選擇粉膠比時，應(yīng)綜合考慮高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性，以工程實際為依據(jù)，選擇最佳粉膠比。

3.1.4 確定空隙率

在設(shè)計瀝青混合料配合比時，其空隙率與高溫穩(wěn)定性息息相關(guān)。當(dāng)瀝青混合料空隙率過大時，在溫度升高過程中，瀝青有足夠的空間膨脹，其內(nèi)阻摩力變化較小。但是，由于其嵌鎖力較小，瀝青混合料在外力作用下會被擠密，導(dǎo)致瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性受到影響；當(dāng)瀝青混合料空隙率過小時，在溫度升高過程中，膨脹后的瀝青會擠開混合料顆粒，使其嵌鎖結(jié)構(gòu)受到影響，進(jìn)而使其高溫穩(wěn)定性降低。因此，為了控制瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，施工單位應(yīng)選擇最佳空隙率，不但保證混合料顆粒之間的嵌鎖作用，防止其在高溫條件下出現(xiàn)擠密變形問題，還應(yīng)為瀝青膨脹預(yù)留足夠的空間，防止瀝青混合料出現(xiàn)滑移變形問題。根據(jù)以往的經(jīng)驗可知，密級配瀝青混合料的空隙率應(yīng)小于8%，且大于3%。

3.2 生產(chǎn)配合比

目標(biāo)配合比設(shè)計完成后，通常不能直接應(yīng)用于生產(chǎn)中。施工單位應(yīng)以拌和樓以及現(xiàn)場實際情況為基礎(chǔ)，對目標(biāo)配合比進(jìn)行調(diào)整，確定生產(chǎn)配合比。在此過程中，施工單位應(yīng)對拌和現(xiàn)場的原材料進(jìn)行試驗和復(fù)核，確保其與目標(biāo)配合比設(shè)計過程中的原材料一致。隨后，施工單位應(yīng)調(diào)整冷料倉的流量，并繪制礦料的運輸速度以及電機轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系曲線，以曲線為依據(jù)，控制電機轉(zhuǎn)速。與此同時，施工單位還應(yīng)對熱料倉中的礦料實施計算、取樣、篩分等，并根據(jù)目標(biāo)配合比對熱料倉礦料的配合比進(jìn)行調(diào)整。在此過程中，施工單位應(yīng)對冷料倉的進(jìn)料比例進(jìn)行調(diào)整，確保供料的平衡性。最后，施工單位應(yīng)對生產(chǎn)配合比進(jìn)行檢驗，確保其性能指標(biāo)符合設(shè)計和規(guī)范要求[2]。

3.3 驗證生產(chǎn)配合比

施工單位應(yīng)以生產(chǎn)配合比為基礎(chǔ)，制備瀝青混合料試件，并對其低溫抗裂性、高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性等性能進(jìn)行檢測，確保各項性能符合規(guī)范和設(shè)計要求后，才能應(yīng)用到生產(chǎn)中。

3.4 瀝青混合料拌和工藝

在設(shè)計瀝青混合料配合比時，其拌和過程主要在試驗室。為了保證拌和場的拌和質(zhì)量，施工單位應(yīng)對拌和工藝進(jìn)行控制。當(dāng)前常見的拌和方式主要包含連續(xù)式拌和與間歇式拌和兩種形式。在等級較高的道路施工時，需使用間歇式拌和機。在使用連續(xù)式拌和機時，所使用的集料質(zhì)量、料源以及進(jìn)料口應(yīng)一致。由于當(dāng)前道路施工中，集料用量較大，且工期要求較高，通常需選擇多個料源供料，集料質(zhì)量不穩(wěn)定。因此，連續(xù)式拌和機應(yīng)用較少。除此之外，在瀝青混合料拌和施工時，施工單位還應(yīng)做到如下幾點。

3.4.1 控制拌和溫度

在瀝青混合料拌和施工之前，施工單位應(yīng)對集料和瀝青進(jìn)行加熱處理。通常情況下，普通瀝青混合料的瀝青溫度應(yīng)為155～165℃；使用連續(xù)式拌和機時，相較于瀝青溫度，集料溫度應(yīng)高5～10℃；使用間歇式拌和機時，相較于瀝青溫度，集料溫度應(yīng)高10～30℃。當(dāng)原材料加熱溫度過高時，導(dǎo)致瀝青出現(xiàn)老化問題，不但會影響集料和瀝青之間的黏結(jié)力，還會影響瀝青路面的使用壽命；當(dāng)原材料加熱溫度過低時，會影響拌和的均勻性，產(chǎn)生花白料。與此同時，施工單位還應(yīng)控制瀝青混合料拌和過程的溫度以及出料溫度。

3.4.2 控制拌和時間

在生產(chǎn)瀝青混合料時，拌和時間會對瀝青混合料性能產(chǎn)生較大的影響。當(dāng)拌和時間過長時，可能使集料發(fā)生二次破碎，導(dǎo)致瀝青出現(xiàn)老化等問題，影響?zhàn)ば?；?dāng)拌和時間過短時，會出現(xiàn)花白料、混合不均勻等問題，導(dǎo)致瀝青混合料的水穩(wěn)定性受到影響。因此，施工單位應(yīng)對瀝青混合料的拌和時間進(jìn)行控制，在此過程中，施工單位應(yīng)以試拌情況為依據(jù)，確保瀝青均勻覆裹集料。拌和時間分為濕拌時間和干拌時間。通常情況下，使用間歇式拌和機對普通瀝青混合料進(jìn)行拌和時，拌和時間應(yīng)超過45s，且干拌時間應(yīng)為5～10s。在生產(chǎn)SMA 混合料和改性瀝青混合料時，應(yīng)延長拌和時間，通常應(yīng)不低于55s，其中干拌時間為5～10s。與此同時，當(dāng)瀝青混合料中存在纖維時，應(yīng)延長5～10s，且應(yīng)在集料和纖維拌和均勻后，再將礦粉加入。

4 結(jié)語

綜上所述，在瀝青路面施工過程中，瀝青混合料的配合比會對其低溫抗裂性、水穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性、滲水性以及耐久性等性能產(chǎn)生較大的影響。因此，施工單位應(yīng)對瀝青混合料配合比進(jìn)行控制。在此過程中，施工單位應(yīng)合理選擇瀝青混合料的原材料，并嚴(yán)格遵循配合比的設(shè)計步驟。隨后，施工單位還應(yīng)控制瀝青混合料的拌和過程，保證其整體質(zhì)量，從而達(dá)到提高瀝青路面施工質(zhì)量的目的。