试论沥青混凝土配合比设计

2012-04-10汤俊杰

城市建设理论研究 2012年6期

汤俊杰

摘要：沥青路面凭借诸多优势，在道路路面应用中越来越广，这给沥青路面的使用品质提出了更高的要求。而影响沥青路面使用性能的重要因素是配合比的设计。本文对沥青混凝土配合比设计的四个阶段作一讨论，确保生产出合格的沥青混凝土。

关键词：沥青混凝土；配合比；设计；马歇尔试验

随着我国道路建设的快速发展，沥青混凝土路面以其施工快捷、行车舒适性、安全性比其他路面好、维修方便、维修时间短等优势得以广泛应用。但是有的沥青混凝土路面的使用性能与使用周期并没有达到人们预期的目标。其中设计方面的原因也有不少，本文对沥青混合料配合比设计作一探讨。

1 沥青混凝土配合比设计阶段

设计配合比阶段；目标配合比阶段；生产配合比阶段；配合比检验阶段。

2 设计配合比阶段

设计配合比由设计单位进行。

2．1 设计配合比的类型

(1)(C型)粗型密级配；

(2)(F型)细型密级配；

(3)(SMA型)沥青马蹄脂碎石混合料；

(4)(OGFC型)开级配排水式磨耗层混合料；

(5)(ATB型)密级配沥青碎石；

(6)(AM型)半开级配沥青碎石；

(7)(ATPB型)开级配沥青碎石。

2．2 设计配合比类型选用的原则

(1)对夏季温度高，且高温持续时间长、重载交通多的路段，宜采用(AC—C型)粗型密级配沥青混合料，并取较高的设计空隙率。

(2)对冬季温度低，且低温持续时间长的地区，或者重载交通较少的路段，宜采用(AC—F型)细型密级配沥青混合料，并取较低的设计空隙率。

(3)为确保高温抗车辙能力，同时兼顾低温抗裂性能的需要，配合比设计时，宜适当减少公称最大粒径附近的粗集料用量，减少0．6mm以下部分细料的用量，使中等粒径集料较多，形成S型级配曲线，并取中等或偏高的设计空隙率。

(4)确定各层的沥青混合料类型时，应考虑不同层位的功能需要，经组合设计的沥青路面能满足耐久、稳定、密水、抗滑的要求。

(5)工程设计级配范围应比规范级配范围窄，其中4．75mm和2．36mm通过率的上下限值宜小于l2％。

(6)应充分考虑施工性能，选择的沥青混合料类型容易摊铺和压实，避免造成严重的离析。

(7)我国现行规范规定，沥青各层的集料的最大粒径宜从上至下逐层增大，并应与压实的层厚相匹配。对密级配沥青?昆凝土混合料，沥青层的厚度不宜小于集料公称最大粒径的2．5～3倍，对SMA、OGFC等沥青混凝土混合料，沥青层的厚度不宜小于集料公称最大粒径的2～2．5倍，以减少离析，便于压实。

3 目标配合比设计阶段

目标配合比由施工单位进行。

3．1 目的

目标配合比为沥青拌和站提供材料规格、堆料布置、拌和机冷料仓的数量、各冷料仓供料的给料比例、进料速度提供依据，并供沥青混凝土试拌使用。冷料仓的数量应满足配合比需要，通常不宜少于5～6个。并具有添加纤维、消石灰等外掺剂的设备。

3．2 原材料的选择

(1)沥青的选择

沥青是沥青混凝土的主要组成材料之一，是决定沥青混合料质量的主要因素。

(2)粗集料的选择

粗集料是指粒径大于2．36mm的碎石、破碎砾石、筛选砾石和矿渣等。粗集料在沥青混凝土面层中的作用是通过颗粒间的嵌锁作用提供稳定性，通过其摩擦作用抵抗位移。

(3)细集料的选择

细集料是指粒径小于2．36mm的天然砂、人工砂、机制砂、石屑等，细集料在沥青混合料中增加颗粒间嵌锁作用，减少粗集料间的孔隙，从而增加混合料的稳定性。

(4)填料的选择

填料是指粒径小于0．075mm的石灰岩磨细的矿粉、水泥、消石灰、粉煤灰等，选择填料时一定要考虑能否满足亲水性和细度要求，能否改善沥青与集料的粘结力。

3．3 目标配合比设计方法

(1)目标配合比设计方法采用马歇尔试验配合比设计方法。

(2)沥青混合料马歇尔试验技术标准及要求应符合规范中表5．3．3．1～表5．3．3．4。

3．4 沥青混合料配合比设计步骤(密级配沥青混凝土为例)

(1)根据设计级配类型，初定目标配合比范围。

(2)在初定目标配合比范围内选用3种粗细不同的矿料级配；注意0．3～0．6mm的量不能过多，避免级配曲线在0．3～0．6mm范围内出现“驼峰”。

(3)根据经验选取适当的沥青用量，制作3组级配的马歇尔试件，测定压实沥青混合料的矿料间隙率(VMA)，从中优选1组满足或接近设计配合比的级配作为目标配合比的级配。

3．5 马歇尔试验

(1)采用选中的目标配合比级配，以预估的油石比为中值，按0．5％为间隔，初定5组沥青用量，每组沥青用量制作5—7个马歇尔试件，试件的制作温度应符合表B．5．2要求。

(2)计算各种密度

计算矿料混合料的合成毛体积相对密度γsa，见计算式B．5．3；

计算矿料混合料的合成表观相对密度γsb见计算式B．5．4；

预估沥青混合料的适宜的油石比Pa或沥青用量Pb，见计算式B．5．5．1、式B．5．5．2；

确定矿料的有效相对密度γse，见计算式B．5．6．1。

(3)测定试件的毛体积相对密度(采用表干法，吸水率大于2％时采用腊封法)、吸水率，取平均值。

(4)确定沥青混合料的最大理论相对密度，采用真空法实测。

(5)计算沥青混合料试件的空隙率(vv)、矿料间隙率(VMA)、有效沥青的饱和度(VFA)，取1位小数。

(6)进行马歇尔试验，测定马歇尔稳定度、流值。

(7)确定最佳沥青用量

①绘制油石比与马歇尔试验结果关系图

以油石比或沥青用量为横坐标，以马歇尔试验的各项指标为纵坐标，将试验结果点人图中，连成圆滑曲线。形成7条关系曲线，并根据每条关系曲线确定一个最佳的沥青用量a值。

②绘制毛体积密度与油石比关系曲线，选毛体积密度最大值对应的沥青用量为a1。

③绘制稳定度与油石比关系曲线，选稳定度最大值对应的沥青用量为a2。

④绘制VV空隙率与油石比关系曲线，选设计空隙率或试验空隙率中值对应的沥青用量为a3。

⑤绘制流值与油石比关系曲线。

⑥绘制VMA矿料间隙率与油石比关系曲线。

⑦绘制VFA沥青饱和度与油石比关系曲线，选VFA沥青饱和度中值对应的沥青用量为a4。

⑧计算沥青用量平均值OAC1，

OAC1=a1+a2+a3+a4／4

⑨查各种关系图，找到符合技术要求的沥青用量最大值OAC最大和沥青用量最小值0AC最小别并计算沥青用量中值OAC2。

OAC2=(OAC最大+OAC最小)／2

⑩确定最佳沥青用量OAC。一般情况下取OAC1及OAC2的中值为沥青混合料计算的最佳沥青用量。

OAC=(OACl+OAC2)／2

反查马歇尔试验各项结果与油石比关系曲线得出的各项指标，检验是否满足马歇尔技术标准要求。完成目标配合比设计，提交材料品种、矿料级配、最佳沥青用量。

4 生产配合比设计阶段

配合比由施工单位进行。

4．1 目的

目标配合比确定以后，要根据实际施工中所采用的沥青混合料拌和设备进行生产配合设计。生产配合比是按规定方法取样测试各热料仓的材料级配，确定各热料仓的配合比，供间歇式拌和机控制室使用。同时选择适宜的筛孔尺寸和安装角度，尽量使各热料仓的供料大体平衡。

4．2 方法与步骤

(1)沥青混合料试拌

按目标配合比设计的最佳沥青用量OAC和OAC±0．3％等3个沥青用量进行试拌，从拌和机取样进行马歇尔试验，综合确定生产配合比的最佳沥青用量，由此确定的最佳沥青用量与目标配合比设计的结果的差值不宜大于±0．2％，矿料合成级配中，至少应包括0．075mm、2．36mm、4．75mm及公称最大粒径筛孔的通过率接近设计级配范围的中值。这个配合比就是生产配合比。

(2)试铺试验段

按生产配合比进行试铺试验路，长度一般情况下100～200m。

(3)取样进行马歇尔试验，同时从路上钻取芯样测定空隙率的大小，不符合设计空隙率时，再调整生产配合比。

(4)连续式拌和机可省略生产配合比设计步骤，可直接按目标配合比进行沥青混合料的生产。

5 生产配合比检验阶段

生产配合比验证由施工单位进行。

5．1 目的

生产配合比的验证是通过实际沥青混凝土路面施工对预期结果的验证，也是从感性的角度对沥青混合料配合比设计的评估，同时也是对施工单位制定的施工方案的检验，检验其拌和、运输、摊铺、碾压工艺等的可行性和设备的匹配情况。

5．2 生产配合比检验的范围

对于高速公路、一级公路的密级配沥青混凝土进行生产配合比检验。需要进行各种试验性能的检验，不符合要求的沥青混合料，必须更换材料或重新进行配合比设计。

5．3 检验的项目

(1)动稳定度检验