沥青混合料配比设计技术研究

邹文刚

(贵州省交通科学研究院股份有限公司)

0 引 言

级配设计对于沥青混合料的使用性能具有至关重要的决定性作用，也是关系到沥青路面路用性能的关键因素。确保公路沥青路面路用性能与使用寿命，必须对沥青混合料的配比设计进行优化。当前，在我国公路沥青混合料配比设计中，主要有马歇尔混合料配比设计方法与Superpave 配比设计方法两种设计技术，不同的设计方法对于材料选用、试验验证等也有着不同的要求，这就要求技术人员必须结合不同设计方法的实际特点，进一步的优化研究，以提高沥青混合料的设计质量。

1 马歇尔配比设计方法

马歇尔配比设计方法是我国沥青路面施工技术规范中规定的配比设计方法，主要是通过成型马歇尔试件，依靠体积指标以及物理力学性能参数来确定级配范围以及最佳油石比，马歇尔配比设计流程如下所示。

(1)原材料的控制。对于马歇尔配比设计中原材料的质量控制，在规范中都有着明确的试验检测方法以及指标要求。对沥青材料，重点是对针入度、软化点、延度、粘度、弹性恢复、离析稳定性以及老化新能等常规性能的试验检测。对粗集料，重点是对压碎值、磨耗损失、扁平颗粒含量、坚固性以及含泥量等技术指标的检测;对细集料，则主要是坚固性、砂当量、含泥量等相关技术指标。对矿粉，主要是确保表观密度、含水量、亲水系数、粒度范围以及有无团粒结块等进行试验检测。

(2)级配范围的确定。由于级配类型与路面的使用性能有着非常密切的关系，因此对于级配的确定必须慎重选择。在规范中，对于沥青混合料的级配范围给出了较大范围的选择，在进行马歇尔配比的实际设计过程中，除了参照技术规范的相关要求以外，还应该根据项目所在地的气候、降水、交通量等细化选择，确定最为适合的级配。

(3)最佳油石比的确定。对于沥青混合料配比设计阶段最佳油石比的确定，首先应该根据混合料的类型以及交通荷载情况，结合工程施工经验，初步按照间隔0.3%确定几组不同的油石比，之后通过双面击实成型马歇尔试件，并分别进行试验检测确定不同油石比条件下的试件毛体积相对密度、孔隙率、沥青饱和度以及矿料间隙率等体积指标，同时确定马歇尔稳定度与流值。按照毛体积相对密度、稳定度最大值与空隙率和饱和度的中值作为OAC1，将在规范范围内的最大油石比和最小油石比的中值确定为OAC2，OAC1与OAC2的中值作为最终确定的最佳油石比。

2 Superpave 配比设计方法

Superpave 配比设计方法是美国SHRP 计划的研究成果，是一种基于性能的沥青混合料设计和分析体系，与马歇尔设计方法最大的区别在于Superpave 配比设计方法无论是材料选择、级配确定以及混合料性能评定都更加强调改善路面的服务情况。其具体设计流程如下所示。

(1)原材料的选择。Superpave 配比设计方法中，对原材料的性能和质量要求有了很大的不同，尤其是对于沥青材料，需要根据预期气候条件以及交通条件，确定沥青胶结料的高温性能等级与低温性能等级要求，同时还需要考虑到交通量的要求;并侧重了老化性能要求，需要根据运输、施工以及使用阶段分别采取旋转播磨烘箱、压力老化容器等进行老化性能验证;对于胶结料的高低温性能则依靠动态剪切流变仪以及弯曲梁流变仪等进行试验检测。对于集料以及矿粉的性能要求，则主要是依据于AASHTO 设计规范中的测试方法以及指标要求，与我国规范要求大致吻合，但更加强调了对集料棱角性的要求。

(2)混合料级配设计。对于混合料的级配确定，在级配范围的确定上增加了控制点和限制区的要求。对于级配范围的控制点要求设计级配不能超过所在控制点的大小范围，控制点主要是设置在最大粒径、公称最大粒径、2.36 mm 以及0.075 mm。限制区则是在最大密度线两侧的区域，是要求在级配范围设计过程中不能通过的区域，如果通过限制区容易出现级配设计中细集料含量过多，影响压实与后期混合料的抗永久变形能力。

(3)最佳油石比的确定。在初步确定级配以后，初始估算混合料的油石比，并通过旋转压实仪成型试件，试件的标准尺寸为150 mm×115 mm，旋转压实过程中压实次数的确定应该根据交通量分别确定初始压实次数、设计压实次数以及最大压实次数，试件成型冷却后确定沥青混合料试件的旋转压实参数、孔隙率、矿料间隙率等参数指标，并根据AASHTO 中的经验公式计算预估沥青用量。在确定预估沥青用量以后，分别以预估沥青用量上下间隔0.5%、1.0%确定4 个沥青用量，并再次使用旋转压实仪成型试件，通过计算分析压实数据与体积特性，选择在设计压实次数下，各项体积指标均能符合规范设计要求的沥青用量作为最佳沥青用量。

3 沥青混合料路用性能的验证

按照我国现行公路沥青路面施工技术规范的相关规定，对于沥青混合料必须进行相关路用性能的验证，特别是对沥青混合料进行高温稳定性、低温抗裂性以及水稳定性的试验验证，试验验证的内容如下所示。

(1)高温稳定性的验证。沥青混合料高温稳定性是混合料性能的重要指标，也是评价沥青路面荷载作用下抵御挤压以及永久变性能力的主要指标。沥青混合料高温稳定性评价试验方法主要有单轴高温蠕变实验、Superpave 法中最大旋转压实次数下的残余空隙率验证以及车辙试验等试验方法，其中我国规范推荐才采用车辙试验，以动稳定度作为高温稳定性的评价指标。我国规范中的技术要求如表1 所示。

表1 沥青混合料车辙试验动稳定度技术要求

(2)低温性能验证。沥青混合料的低温性能不足很容易造成沥青路面后期的开裂问题，现阶段的试验方法主要有沥青混合料低温弯曲蠕变试验、SHRP 中的低温性能J－积分试验、混合料低温压缩试验以及低温弯曲试验等，主要通过破坏弯拉强度、弯拉应变、弯曲劲度模量、低温弯曲破坏应变等评价沥青混合料的低温性能。在我国规范中对于低温性能的技术要求主要是以低温弯曲试验破坏应变进行分析，具体要求见表2 所示。

表2 沥青混合料低温弯曲试验破坏应变(με)技术要求

(3)水稳定性。水损害是我国沥青路面最为常见的早期病害问题，对于水稳定性的试验检测，在材料选择阶段就需要通过水煮法等手段评价集料与沥青之间的粘结性能。在验证阶段，则主要是通过浸水马歇尔试验以及冻融劈裂试验进行评定，通过浸水马歇尔残留稳定度以及冻融劈裂强度比进行水稳定性的评价。规范中的要求见表3 所示。

表3 沥青混合料水稳定性检验技术要求

4 结 语

在进行沥青混合料的配比设计中，无论采用何种设计方法，技术人员均应该把材料选择、级配范围确定以及性能验证作为重点，结合不同公路工程路面的交通量、荷载、自然环境等不同的特点，提高配比设计过程中的针对性，确保试验过程数据整理分析的准确性，进而提高沥青混合料的配备比设计质量，为沥青路面路用性能与使用寿命的改善提供基础保障。

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