沥青混凝土配合比设计方法探讨

岳梅

【摘要】沥青混凝土的配合比设计采用三阶段配合比设计法，这一方法的目的是为了使设计程序化和深入化，使设计结果更加符合生产实际，以充分起到指导施工的作用。

【关键词】沥青混凝土配合比；设计；探讨

沥青混凝土配合比设计方法

一、级配类型的选择

选择合适的沥青混合料级配类型是确保沥青凝土路面质量的前提。沥青混凝土路面的设计一般依据《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）、《公路工程集试验规程》（JTGE42—2005），《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）。沥青混合料的技术性质不仅与组成材料的质量有关，还与各组成材料在沥青混合料中数量有关。沥青混合料组成设计的目的就是要确定碎石、机制砂、矿粉和沥青的最优配合比。其组成结构一般为悬浮-密实结构、骨架-空隙结构及骨架密实结构3种类型。

第一种结构，是一种密式连续级配混合料，其中细集料较多，可以形成密实结构，而且有较好的耐久性，但粗集料含量少未能形成骨架，高温稳定性较差，低温抗裂性较好。

第二种结构，是一种开式连续级配，其中粗骨料较多，可以形成骨架而有较好的稳定性，但由于细集料含量不足以填充粗料的空隙，所以低温抗裂性和耐久性较差。

第三种结构，是一种间断型连续级配，其特点是断去中间尺寸集料，这不仅使粗集料有可能形成整齐排列的密排骨架，而且又保证有必要数量的细集料填充骨架间的空隙，所以兼有较高的稳定、抗裂和耐久性。

二、选材原则

组成沥青混凝土的原材料主要有：不同规格的粗集料、细集料、填充料（矿粉）、胶结料（沥青）。选择原材料按以下原则：技术性好（满足技术指标要求），经济性好，结合环保就地取材。

2.1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。选择沥青时，除了要注意沥青自身品质的优劣以外，还要注意沥青标号对当地环境、大气、气温的适应性，既要兼顾冬季的抗裂性，又要兼顾到夏季的抗塑变能力。

2.2粗集料的选择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。其形状和表面纹理都影响沥青混凝土的稳定性，所以选择粗集料时，要严格按照粗集料的技术要求选择。即压碎值、磨光值、吸水率、粘附性、针片状颗粒含量等均符合要求。

2.3细集料的选择细集料一般是指天然砂、人工砂、石屑、机制砂等，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。选择细集料时，除考虑应满足规范规定的技术指标外还应考虑级配情况，与沥青的粘结力以及耐磨性和对混合料的稳定性。

2.4填充料的选择填充料在沥青混合料中主要起到通过沥青和填料之间相互作用形成的结构沥青和组成的沥青胶浆，使混合料中的矿料结合为一体，增强混合料的低温抗裂性。

三、目标配合比设计

根据设计文件结构层的要求，选择合格的材料，先进行矿料级配比计算，找出最佳状态的配合比。

1.矿质混合料组成设计

（1）根据道路等级、路面结构层位及结构层厚度等方面要求，选择适用的沥青混合料类型，并按照规范确定相应矿料级配范围。

（2）矿质混合料配合比计算

1）组成材料的原始数据测定

按照规定方法对工程使用的材料进行取样，测试粗集料、细集料及矿粉的密度，并进行筛分试验，测定各种规格集料的规格粒径。

2）确定各档集料的用量比例

根据各种规格集料的筛分结果，采用计算法或图解法，确定各规格集料的用量掺配比例，求得矿质混合料的合成级配。矿质混合料的合成级配曲线必须符合设计级配范围的要求，不得有过多的犬牙交错，尤其应使0.075mm、2.36mm、4.75mm等筛孔的通过量尽量接近设计级配范围的中限。

2.沥青混合料马歇尔试验

沥青混合料马歇尔试验的主要目的是确定最佳沥青用量（以OAC表示）。沥青用量可以通过各种理论公式计算得到，但由于实际材料性质的差异，计算得到

的最佳沥青用量，仍然要通过试验进行修正。

（1）制备试样

1）马歇尔试件制备过程是对选定混合料类型，确定沥青用量或依据规范推荐的沥青用量范围，在该用量范围内制备一批沥青用量不同、且沥青用量等差变化的若干组（通常为五组）马歇尔试件，并要求每组试件数量不少于4个。

2）按已确定的矿质混合料级配类型，计算某个沥青用量条件下一个马歇尔试件或一组试件中各种规格集料的用量（实践中大多是一个标准马歇尔试件矿料总量1200g左）。

3）确定一个或一组马歇尔试件的沥青用量（通常采用油石比），按要求将沥青和矿料拌制成沥青混合料，并按规范规定的击实次数和操作方法成型马歇尔试件。

（2）测定试件的物理力学指标

首先，测定沥青混合料试件的密度，并计算试件的理论最大密度、空隙率、沥青饱和度、矿料间隙率等参数。将试件在60±0.5℃的恒温水浴中浸水30-40min后，在马歇尔试验仪上，测定沥青混合料试件的马歇尔稳定度和流值。

3.最佳沥青用量的确定当OAC1和OAC2结果有一定差距时，不能采用平均的方法确定最终的OAC，通过随后的水稳性试验和高温稳定性试验，综合考察后决定。对热区道路以及车辆渠化交通的高速公路、一级公路、城市快速路、主干路，预计有可能出现较大车辙时，可以在中限值OAC2与下限值OACmin的范围内决定最佳沥青用量，但一般不宜小于OAC2的0.5%。对寒区道路、旅游区道路，最佳沥青用量可以在中限值OAC2与上限值OACmax范围内决定，但一般不宜大于OAC2的0.3%。

4.沥青混合料的性能检验通过马歇尔试验和结果分析，得到的最佳沥青用量OAC（必要时应包括OAC1和OAC2），还需要进一步的试验检验，以验证沥青混合料的关键性能是否满足路用技术要求。

（1）沥青混合料的水稳定性检验按最佳沥青用量OAC制作马歇尔试件进行48h浸水马歇尔试验或冻融劈裂试验，检验试件的残留稳定度或冻融劈裂强度比是否满足要求。

（2）沥青混合料的高温稳定性检验再按最佳沥青用量OAC制作车辙试验试件，进行车辙试验，检验设计沥青混合料的高温抗车辙能力，是否达到规定的动稳定度指标。

四、生产配合比设计

目标配合比确定以后，要使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。选择时要遵循：1）振动筛的最大筛孔应使超粒径的矿料排出，保证最大粒径筛孔的通过量在要求的级配范围内；2）振动分档应使各热料仓的材料保持均衡，以提高生产效率；3）应注意振动筛的孔径要与室内试验方孔筛尺寸的对应关系。试验时，矿料按生产配合比设计的比例由热料仓取样进行各项指标试验，使其合成级配在要求范围内并大致接近中值，按此配比进行拌和，用热拌合料进行马歇尔试验，此试验的油石比采用目标配合比确定的最佳油石比±0.3%進行试验。按照与目标配合比相同的试验方法确定最佳用油量，所得结果为生产配合比。据此结果根据拌和设备的拌和能力确定每盘料所需各热仓的矿料数量和沥青的数量。

五、生产配合比的验证

拌和机按照生产配合比结果进行试拌，用试拌混合料在试验段上试铺，观察摊铺、碾压过程和成型混合料的表面状况，判断混合料的级配及油石比。试验室在在拌和站或摊铺机旁采集沥青混合料试样，进行沥青混合料高温燃烧（抽提）试验，检验矿料级配、沥青用量、理论密度、马歇尔、车辙试验及浸水马歇尔试验，进行高温稳定性及水稳定性验证。在试验段铺筑完成后，还应在现场取样检测厚度、压实度、渗水系数、抗滑、构造等指标检测。只有所有指标全部全格，才能交付生产使用。