沥青混合料配合比设计及其技术性能

吴旭朝

摘 要：对沥青混合料原材料及沥青混合料进行了相关的论述。首先对沥青混合料的配合比进行了概述，然后对沥青混合料原材料的各项技术要求进行了论述，对沥青混合料的配合比设计计算进行了分析，确定了混合料中各种原材料的最佳用量；最后对沥青混合料中的原材料，特别是对混合料性能影响最大的沥青材料进行了技术性能研究，并对混合料进行了试验规程中的马歇尔各项性能指标试验。结果表明，沥青混合料的原材料及其用量对沥青混合料的技术性能影响较大。

关键词：路面；沥青混合料；配合比设计；原材料；马歇尔试验

1.序言

沥青混合料配合比设计是采用马歇尔试验进行配合比设计的方法，适用于密级配沥青混合土及沥青稳定碎石混合料[1]。沥青配合料配合比设计包括：目标配合比设计、生产配合比设计、施工配合比设计。配合比是为满足工程的耐久性、和易性、强度等性质，对现有的各种材料如水泥（沥青）、砂、石和水（沥青不可加水）等按一定的数量比例配合混合，满足工程的设计标号的混合物，达到既经济又满足工作需求的目的。有重量比和体积比。

配合比是混合料各种材料需要的最佳用量，配合比设计的结果直接影响沥青路面的施工质量和使用寿命[2-4]。配合比直接影响到混合料的强度和各种性质，如果配合比不佳，对混合料的强度有非常大的影响，而且可能会直接影响工程造价，可能会造成铺成的路面渗水性大，从而会破坏路面的强度[5-6]。所以说良好的配合比是一个工程的关键，特别是沥青路面的沥青混合料的配合比对工程的影响更为重要。

2.沥青混合料组成材料的技术要求

沥青混合料的技术性质决定于组成材料的性质、配合比和混合料的制备工艺等因素[7]。为保证沥青混合料的技术性质，首先是正确选择符合质量要求的组成材料。

2.1沥青材料

沥青是沥青混合料的重要组成材料，其性能直接影响沥青混合料的各种技术性质。沥青路面所用沥青应根据气候条件、道路等级、沥青混合料类型、交通条件、路面类型及在结构层中层位、施工方法等[8-9]，结合当地的使用经验，经技术论证后确定。

对于高速公路、一级公路、夏季温度高、高温持续时间长、重载交通、山区及丘凌区上坡路段、服务区、停车场等行车速度慢的路段，宜采用粘度大的沥青；对于冬季寒冷的地区或交通量小的公路、旅游公路宜采用稠度小、低温延度大的沥青；对于日温差、年温差较大的地区宜选用针入度指数较大、感温性较低的沥青。当高温要求与低温要求发生矛盾时应优先考虑满足高温性能的要求。

2.2粗集料

沥青层用粗集料通常采用碎石、卵石及冶金矿渣等，但高速公路和一级公路不得使用筛选砾石和矿渣。沥青混合料用的粗集料应该洁净、干燥、无风化、无杂质并且具有足够的强度和耐磨性，形状接近正立方体，且要求表面粗糙有一定的棱角。

对于粗集料而言，首先进行筛分，用水洗法，烘干后进行筛分，将粗集料根据粒径所对应的最小试验称量，水泡至24小时用网篮法进行密度检测，针片状含量的检验（长度和厚度的比例大于1：3时为针片状），粘附性等级（用棱角明显的碎石，具有代表性，烘热一定温度在沥青中浸入45s，用沸水煮3分钟，晾干看剥落的情况来判断）。

2.3细集料

沥青路面的细集料包括天然砂、机制砂和石屑。细集料同样应洁净、干燥、无风化、不含杂质、质地坚硬、有棱角，并有适当的级配，且与沥青具有良好的粘结力。细集料与粗集料及填料配制成矿质混合料，其级配应符合要求。当一种细集料不能满足级配时，可采用两种或两种以上的细集料掺和使用。

细集料的洁净程度，天然砂小于0.075mm含量的百分数表示，石屑和机制砂以砂当量（适用于0-4.75mm）表示。 砂的含泥量超过规定时应水洗后使用。热拌密级配沥青混合料中天然砂的用量通常不宜超过集料总量的20%，SMA不宜使用天然砂。砂的密度用比重瓶来做。石屑是采石场破碎石料时通过4.75mm或2.36mm的筛下部分，其规格应符合要求。

3.沥青混合料配合比设计

按相关试验规程规定的取样方法，取足够数量的具有代表性沥青和矿料试样。按《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）材料质量的技术要求试验各种性质，当检验不合格时，不得用于施工。

3.1 矿质混合料的配合比组成设计

矿质混合料配合比组成设计的目的是选配一个具有足够密实度并且有较高内摩阻力的矿质混合料，可以根据级配理论，计算出需要的矿质混合料的级配范围。但是为了应用已有的研究成果和实践经验，通常是采用规范推荐的矿质混合料级配范围来确定。

3.1.1确定沥青混合料类型和矿质混合料的级配范围

沥青混合料类型根据道路等级、路面类型、所处的结构层位按照《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）选定并按照规范确定相应的矿质混合料级配范围[10]。

3.1.2确定矿料的最大粒径

规范对沥青混合料的最大粒径（D）同路面结构层最小厚度的关系均有规定，为此结构层厚度与最大粒径之比应控制在h/D>2.5。只有控制了结构层厚度与最大粒径之比，才能拌和均匀，易达到要求的密实度和平整度，保证施工质量。

3.1.3矿质混合料配合比计算

根据现场取样，对粗集料、细集料和矿粉进行筛析试验，确定各集料的级配组成，同时测出各组材料的密度。根据各组成材料的筛析试验资料，采用试算法或图解法，计算符合要求级配范围的各组成材料用量比例。通常情况下，合成级配曲线应尽量接近设计级配中限，尤其应使0.075mm、2.36mm和4.75mm三个料径尽量接近设计级配范围中限；对高速公路、一级公路、城市快速路等交通量大、车辆载重大的道路，应尽量偏向级配范围的下限。对一般道路、中小交通量和人行道路等应尽量偏向级配范围的上限；合成的级配曲线不得有过多的锯齿形交错，且在0.3mm-0.6mm范围内不出现“驼峰”。当反复调整仍不能满意时，宜更换原材料重新设计。

3.2确定沥青混合料的最佳沥青用量

沥青混合料的最佳沥青用量可以通过各种理论计算的方法求得。但是由于实际材料性质的差异，按理论公式计算得到的最佳沥青用量仍然要通过试验方法修正，因此理论方法只能得到一个供试验参考的数据。采用试验方法确定沥青最佳用量目前最常用的方法有维姆法和马歇尔法。

根据粗集料规范质量要求取与密度最大值、稳定度最大值对应的沥青用量a1和a2，以及与空隙率范围的中值，沥青饱和度范围的中值对应的沥青用量a3和a4计算四者的平均值作为最佳沥青用量初始值OAC1：

（1）

如果在所选择的沥青用量范围未能涵盖饱和度的要求范围，取二者的平均值作为OAC1：

（2）

对所选择试验的沥青用量范围、密度或稳定度没有出现峰值，可直接以空隙率所对应的沥青用量作为OAC1（即OAC1= a3）但OAC1必须介于 ～ 的范围内，否则应重新进行配合比设计。

（3）确定沥青混合料的最佳沥青用量初始值OAC2

求出各项指标符合沥青混合料技术标准的沥青用量范围 ～ ，其中值为OAC2：

（3）

（4）综合确定沥青混合料的最佳沥青用量OAC

检查初始值OAC1是否符合规范规定的马歇尔试验技术标准，如符合由OAC1和OAC2综合决定最佳沥青用量OAC，如不符合，应调整级配，重新进行配合比设计直至各项指标均符合要求为止。

通常情况下，可取OAC1和OAC2的平均值作为最佳沥青用量OAC。

（4）

（5）根据实践经验和公路等级、气候条件和交通情况调整确定最佳沥青用量。

调查当地各项条件相接近的工程的沥青用量及使用效果，论证适宜的最佳沥青用量。检查与计算得到的最佳沥青用量是否接近，如相差甚远，应查明原因，必要时重新调整级配，进行配合比设计。

对热区道路及高速公路、一级公路的重载交通路段等，预计有可能造成较大车辙的情况时，宜在空隙率符合要求的范围内，将计算的最佳沥青用量减少0.1%-0.5%作为设计沥青用量。

对寒区道路、旅游公路、交通量少的公路，最佳沥青用量可以在OAC的基础上增加0.1%-0.3%以适当减小设计空隙率，但不得降低压实度的要求。

（6）按现行行标《公路沥青施工技术规范》（JTG T40-2004）规定的方法检验最佳沥青用量时沥青被集料吸收的比例、有效沥青用量、粉胶比和有效沥青膜厚度等各指标是否符合要求。

4.结论

沥青路面需要的沥青混合料配合比在工程中至关重要。沥青混合料的配合比设计是施工过程中一件十分重要的工作。通过本文的研究的出如下结论：

（1）一个好的设计应该具有良好的使用性能，施工操作性好及变异性小、容易压实，尤其经得起实践考验，确保沥青路面不产生损坏。

（2）各种沥青混合料的配合比设计仍然是狭义的体积指标设计，只要求选定材料、确定矿料级配、沥青用量。

（3）工程实践表明，优质的沥青混凝土路面，不仅依赖于严格的原材料质量控制，还与良好的混合料设计有关，设计过程中应做到因材制宜。

（4）评价沥青混合料配合比设计是否合理，是否优秀的标准，首先应符合规范规程的质量要求，一个好的设计应使沥青路面具有良好的路用性能；所设计的混合料必须有利于施工，所设计的混合料具有良好的成本经济效益同时由于马歇尔试验采用的击实方式不可避免地会造成集料破碎，影响试件的最终试验结果，如空隙率和用油量的配合比。更为重要的是马歇尔试验方法无法模拟路面碾压的实际情况。不能正确评价混合料的抗剪强度，在以后的工程中还要不断的改善和提高。

参考文献

[1] 郑南翔、袁媛、丛卓红.聚酯纤维沥青混合料合理粉油比范围研究[J].公路交通科技，2008.25（5）：23-27.

[2] 张永满、赵慧丽.沥青胶浆路用性能研究[J].公路交通科技，2005.22（10）：8-11.

[3] 张腾、王珏.基于路用性能的沥青混合料级配优选[J].路基工程，2010.153（6）：71-73.

[4] 张争奇、王永财.沥青胶浆对沥青混合料高低温性能的影响[J].长安大学学报.自然科学版，2006.26（2）：1-5.

[5] 张争奇、王登科、李平、王秉纲.水泥与消石灰对沥青胶浆性能的影响[J].公路，2007（06）：81-84.

[6] 于洪兴、吴琰、魏连雨等.粉油比对沥青混合料高温稳定性的影响[J].公路交通科技，2005.22（10）：5-7.

[7] 张宜洛、郑南翔.沥青混合料的基本参数对其高低温性能的影响[J].长安大学学报.自然科学版，2006.26（4）：35-39.

[8] 孟勇军、张肖宁.添加剂对沥青胶浆高温性能的影响[J].公路交通科技，2006.23a）（12）：45-48.

[9] 刘丽、郝培文.沥青胶浆粘度特性分析[J].河北工业大学学报，2006.35（2）：109-113.

[10] 中华人民共和国交通行业标准.JTG F40-2004.公路沥青路面施工技术规范[S].北京：人民交通出版社，2004.

3.2确定沥青混合料的最佳沥青用量

沥青混合料的最佳沥青用量可以通过各种理论计算的方法求得。但是由于实际材料性质的差异，按理论公式计算得到的最佳沥青用量仍然要通过试验方法修正，因此理论方法只能得到一个供试验参考的数据。采用试验方法确定沥青最佳用量目前最常用的方法有维姆法和马歇尔法。

根据粗集料规范质量要求取与密度最大值、稳定度最大值对应的沥青用量a1和a2，以及与空隙率范围的中值，沥青饱和度范围的中值对应的沥青用量a3和a4计算四者的平均值作为最佳沥青用量初始值OAC1：

（1）

如果在所选择的沥青用量范围未能涵盖饱和度的要求范围，取二者的平均值作为OAC1：

（2）

对所选择试验的沥青用量范围、密度或稳定度没有出现峰值，可直接以空隙率所对应的沥青用量作为OAC1（即OAC1= a3）但OAC1必须介于 ～ 的范围内，否则应重新进行配合比设计。

（3）确定沥青混合料的最佳沥青用量初始值OAC2

求出各项指标符合沥青混合料技术标准的沥青用量范围 ～ ，其中值为OAC2：

（3）

（4）综合确定沥青混合料的最佳沥青用量OAC

检查初始值OAC1是否符合规范规定的马歇尔试验技术标准，如符合由OAC1和OAC2综合决定最佳沥青用量OAC，如不符合，应调整级配，重新进行配合比设计直至各项指标均符合要求为止。

通常情况下，可取OAC1和OAC2的平均值作为最佳沥青用量OAC。

（4）

（5）根据实践经验和公路等级、气候条件和交通情况调整确定最佳沥青用量。

调查当地各项条件相接近的工程的沥青用量及使用效果，论证适宜的最佳沥青用量。检查与计算得到的最佳沥青用量是否接近，如相差甚远，应查明原因，必要时重新调整级配，进行配合比设计。

对热区道路及高速公路、一级公路的重载交通路段等，预计有可能造成较大车辙的情况时，宜在空隙率符合要求的范围内，将计算的最佳沥青用量减少0.1%-0.5%作为设计沥青用量。

对寒区道路、旅游公路、交通量少的公路，最佳沥青用量可以在OAC的基础上增加0.1%-0.3%以适当减小设计空隙率，但不得降低压实度的要求。

（6）按现行行标《公路沥青施工技术规范》（JTG T40-2004）规定的方法检验最佳沥青用量时沥青被集料吸收的比例、有效沥青用量、粉胶比和有效沥青膜厚度等各指标是否符合要求。

4.结论

沥青路面需要的沥青混合料配合比在工程中至关重要。沥青混合料的配合比设计是施工过程中一件十分重要的工作。通过本文的研究的出如下结论：

（1）一个好的设计应该具有良好的使用性能，施工操作性好及变异性小、容易压实，尤其经得起实践考验，确保沥青路面不产生损坏。

（2）各种沥青混合料的配合比设计仍然是狭义的体积指标设计，只要求选定材料、确定矿料级配、沥青用量。

（3）工程实践表明，优质的沥青混凝土路面，不仅依赖于严格的原材料质量控制，还与良好的混合料设计有关，设计过程中应做到因材制宜。

（4）评价沥青混合料配合比设计是否合理，是否优秀的标准，首先应符合规范规程的质量要求，一个好的设计应使沥青路面具有良好的路用性能；所设计的混合料必须有利于施工，所设计的混合料具有良好的成本经济效益同时由于马歇尔试验采用的击实方式不可避免地会造成集料破碎，影响试件的最终试验结果，如空隙率和用油量的配合比。更为重要的是马歇尔试验方法无法模拟路面碾压的实际情况。不能正确评价混合料的抗剪强度，在以后的工程中还要不断的改善和提高。

参考文献

[1] 郑南翔、袁媛、丛卓红.聚酯纤维沥青混合料合理粉油比范围研究[J].公路交通科技，2008.25（5）：23-27.

[2] 张永满、赵慧丽.沥青胶浆路用性能研究[J].公路交通科技，2005.22（10）：8-11.

[3] 张腾、王珏.基于路用性能的沥青混合料级配优选[J].路基工程，2010.153（6）：71-73.

[4] 张争奇、王永财.沥青胶浆对沥青混合料高低温性能的影响[J].长安大学学报.自然科学版，2006.26（2）：1-5.

[5] 张争奇、王登科、李平、王秉纲.水泥与消石灰对沥青胶浆性能的影响[J].公路，2007（06）：81-84.

[6] 于洪兴、吴琰、魏连雨等.粉油比对沥青混合料高温稳定性的影响[J].公路交通科技，2005.22（10）：5-7.

[7] 张宜洛、郑南翔.沥青混合料的基本参数对其高低温性能的影响[J].长安大学学报.自然科学版，2006.26（4）：35-39.

[8] 孟勇军、张肖宁.添加剂对沥青胶浆高温性能的影响[J].公路交通科技，2006.23a）（12）：45-48.

[9] 刘丽、郝培文.沥青胶浆粘度特性分析[J].河北工业大学学报，2006.35（2）：109-113.

[10] 中华人民共和国交通行业标准.JTG F40-2004.公路沥青路面施工技术规范[S].北京：人民交通出版社，2004.

3.2确定沥青混合料的最佳沥青用量

沥青混合料的最佳沥青用量可以通过各种理论计算的方法求得。但是由于实际材料性质的差异，按理论公式计算得到的最佳沥青用量仍然要通过试验方法修正，因此理论方法只能得到一个供试验参考的数据。采用试验方法确定沥青最佳用量目前最常用的方法有维姆法和马歇尔法。

根据粗集料规范质量要求取与密度最大值、稳定度最大值对应的沥青用量a1和a2，以及与空隙率范围的中值，沥青饱和度范围的中值对应的沥青用量a3和a4计算四者的平均值作为最佳沥青用量初始值OAC1：

（1）

如果在所选择的沥青用量范围未能涵盖饱和度的要求范围，取二者的平均值作为OAC1：

（2）

对所选择试验的沥青用量范围、密度或稳定度没有出现峰值，可直接以空隙率所对应的沥青用量作为OAC1（即OAC1= a3）但OAC1必须介于 ～ 的范围内，否则应重新进行配合比设计。

（3）确定沥青混合料的最佳沥青用量初始值OAC2

求出各项指标符合沥青混合料技术标准的沥青用量范围 ～ ，其中值为OAC2：

（3）

（4）综合确定沥青混合料的最佳沥青用量OAC

检查初始值OAC1是否符合规范规定的马歇尔试验技术标准，如符合由OAC1和OAC2综合决定最佳沥青用量OAC，如不符合，应调整级配，重新进行配合比设计直至各项指标均符合要求为止。

通常情况下，可取OAC1和OAC2的平均值作为最佳沥青用量OAC。

（4）

（5）根据实践经验和公路等级、气候条件和交通情况调整确定最佳沥青用量。

调查当地各项条件相接近的工程的沥青用量及使用效果，论证适宜的最佳沥青用量。检查与计算得到的最佳沥青用量是否接近，如相差甚远，应查明原因，必要时重新调整级配，进行配合比设计。

对热区道路及高速公路、一级公路的重载交通路段等，预计有可能造成较大车辙的情况时，宜在空隙率符合要求的范围内，将计算的最佳沥青用量减少0.1%-0.5%作为设计沥青用量。

对寒区道路、旅游公路、交通量少的公路，最佳沥青用量可以在OAC的基础上增加0.1%-0.3%以适当减小设计空隙率，但不得降低压实度的要求。

（6）按现行行标《公路沥青施工技术规范》（JTG T40-2004）规定的方法检验最佳沥青用量时沥青被集料吸收的比例、有效沥青用量、粉胶比和有效沥青膜厚度等各指标是否符合要求。

4.结论

沥青路面需要的沥青混合料配合比在工程中至关重要。沥青混合料的配合比设计是施工过程中一件十分重要的工作。通过本文的研究的出如下结论：

（1）一个好的设计应该具有良好的使用性能，施工操作性好及变异性小、容易压实，尤其经得起实践考验，确保沥青路面不产生损坏。

（2）各种沥青混合料的配合比设计仍然是狭义的体积指标设计，只要求选定材料、确定矿料级配、沥青用量。

（3）工程实践表明，优质的沥青混凝土路面，不仅依赖于严格的原材料质量控制，还与良好的混合料设计有关，设计过程中应做到因材制宜。

（4）评价沥青混合料配合比设计是否合理，是否优秀的标准，首先应符合规范规程的质量要求，一个好的设计应使沥青路面具有良好的路用性能；所设计的混合料必须有利于施工，所设计的混合料具有良好的成本经济效益同时由于马歇尔试验采用的击实方式不可避免地会造成集料破碎，影响试件的最终试验结果，如空隙率和用油量的配合比。更为重要的是马歇尔试验方法无法模拟路面碾压的实际情况。不能正确评价混合料的抗剪强度，在以后的工程中还要不断的改善和提高。

参考文献

[1] 郑南翔、袁媛、丛卓红.聚酯纤维沥青混合料合理粉油比范围研究[J].公路交通科技，2008.25（5）：23-27.

[2] 张永满、赵慧丽.沥青胶浆路用性能研究[J].公路交通科技，2005.22（10）：8-11.

[3] 张腾、王珏.基于路用性能的沥青混合料级配优选[J].路基工程，2010.153（6）：71-73.

[4] 张争奇、王永财.沥青胶浆对沥青混合料高低温性能的影响[J].长安大学学报.自然科学版，2006.26（2）：1-5.

[5] 张争奇、王登科、李平、王秉纲.水泥与消石灰对沥青胶浆性能的影响[J].公路，2007（06）：81-84.

[6] 于洪兴、吴琰、魏连雨等.粉油比对沥青混合料高温稳定性的影响[J].公路交通科技，2005.22（10）：5-7.

[7] 张宜洛、郑南翔.沥青混合料的基本参数对其高低温性能的影响[J].长安大学学报.自然科学版，2006.26（4）：35-39.

[8] 孟勇军、张肖宁.添加剂对沥青胶浆高温性能的影响[J].公路交通科技，2006.23a）（12）：45-48.

[9] 刘丽、郝培文.沥青胶浆粘度特性分析[J].河北工业大学学报，2006.35（2）：109-113.

[10] 中华人民共和国交通行业标准.JTG F40-2004.公路沥青路面施工技术规范[S].北京：人民交通出版社，2004.