热拌沥青混和料目标配合比设计分析

董 建 华

(山西省公路工程监理技术咨询公司，山西 太原 030006)

热拌沥青混合料是我国沥青路面铺装最常用的混合料类型，沥青混合料的配合比设计要最大程度满足工程的耐久性与经济性。其配合比设计包括三个阶段：目标配合比设计阶段、生产配合比设计阶段和生产配合比验证阶段。无论哪个阶段其工作的中心就是进行矿料的组成设计和最佳沥青用量的确定两部分，就是根据施工使用材料结合当地气候特征和交通量设计出一个密实度和内摩阻力较高的矿料组成，在这基础上确定相应的最佳沥青用量。下面我就针对其第一阶段(目标配合比设计)进行设计分析。

1 确定混合料类型和级配范围

2 原材料试验

沥青是沥青混合料中最重要的组成材料，其性能直接影响混合料的各种技术性质。所用沥青标号应根据气候条件、混合料类型、道路等级、交通性质、施工方法等选择。在气温较高、交通繁重的情况下，使用细粒式或砂粒式混合料时应选用稠度高标号低的沥青；渠化交通或上面层也应选择标号低的沥青。沥青材料试验时首先要进行加热(80 ℃、无水分石油沥青通常为135 ℃)，控温脱水处理(沥青温度不超过100 ℃，最后加热温度石油沥青不得超过软化点以上100 ℃，煤油沥青不超过软化点以上50 ℃，不得以采用电炉、煤气炉直接加热时必须垫放石棉网，边加热边用玻璃棒轻轻搅拌且加热时间不超过30 min)，过0.6 mm的滤筛。特别注意：沥青试样冷却后反复加热次数不得超过2次,灌模时不得频繁搅动沥青以免混进气泡，试模浇筑完成后养护时间和刮模时间要严格按照规范进行。

沥青三大指标试验时需注意:

1)针入度：循环恒温水浴控温准确度和室温要求；针及针连杆重量、硬度和粗糙度要求；标准针用三氯乙烯擦拭后用干净的棉布擦拭；对仪器的计时和位移要进行校准确认。

2)软化点：试件定位环安装及安放面要正确；升温速率要在试验前进行测试；软化点80 ℃以上的沥青要在甘油中进行。

3)延度：浇模时切记只在试模底板和两个侧模的内侧表面涂抹甘油滑石粉；试验时要暂时中断循环停止水流；5 ℃,10 ℃,15 ℃,25 ℃时拉伸速率为5 cm/min±0.25 cm/min,低温时为1 cm/min±0.5 cm/min；注意试验结果的记录方式。

沥青混合料粗、细集料的分界为2.36 mm(SMA-13，SMA-16，SMA-20分界为4.75 mm)；试样制备时要严格按照四分法或分料器法，取样要均匀切合实际施工，取样数量要满足所有平行试验的进行；试验时工作温湿度、称料质量、浸水时间、浸水温度等要严格按照规范标准执行，平行试验要确保各种条件相同；填料宜采用碱性石灰岩磨细的矿粉；粗集料与沥青粘附等级要在Ⅳ级以上，改善粘附性方法有：1)掺性能良好的抗剥落剂；2)用消石灰或水泥掺量在矿料总量的1%～2%;3)用石灰浆处理;4)用高粘度沥青。

3 矿料级配组成设计

沥青面层压实厚度不宜小于所用集料公称最大粒径的2.5倍～3倍(SMA，OGFC类不宜小于2倍～2.5倍)，避免离析方便施工；对夏高温、重交通宜选粗型密级配、空隙率高的C型，对冬低温、轻交通宜选细型密级配、空隙率低的F型；宜适当减少公称最大粒径附近的粗集料用量，减少0.6 mm以下部分细粉用量，形成S型级配曲线，取中等偏高的空隙率；宜在工程设计级配范围内设计1组～3组粗细不同的配比，分别位于设计级配范围的上、中、下方，不得有太多的锯齿交错，且在0.3 mm～0.6 mm范围内不出现驼峰状；在高速、一级、城市快速路面层及抗滑磨耗层中，所用石屑总量不能超过天然砂或机制砂用量；细集料中石屑含量不能超过总量的50%；热拌沥青混合料中天然砂用量不超过集料总量20%，SMA和OGFC混合料不宜使用天然砂。

4 5组沥青用量制作马歇尔试件

公称粒径大于26.5 mm的沥青混合料宜用大型击实法，反之用标准击实法；集料需烘干冷却后用四分法或分料器法均匀制备，加热至拌和温度以上15 ℃(矿粉单独加热)，试模、套筒和底座也需加热；沥青按其性能加热温度不同，石油沥青通常为163 ℃，改性沥青通常为180 ℃，热拌沥青混合料加热不超过175 ℃；搅拌锅温度上升至拌和温度稳定后，将称好加热的粗细集料置于拌和机，用铲子拌和均匀后加入所需沥青(用一部分矿粉将粘在容器壁上的沥青擦拭干净后倒入锅中)，搅拌1 min～1.5 min后加入剩余矿粉，继续搅拌(总搅拌时间为3 min)；击实时将加热的试模、底座涂抹黄油，将称好的混合料均匀倒入试模(避免粗细不均)周边插15次中间插10次(大型分两次倒入)，上下各垫一张圆纸，测量混和料温度满足压实温度时方可击实；检查击实导向棒下端压实头是否水平、牢固(以免试件左右高低不一)；双面击实完毕后量取试件高度至满足合格范围，将试模室温下横向放置(圆面朝下，由于试件与桌面有间隙混合料较热可能自由落体，可制作垫块让试件与垫块接触，避免试件变形)24 h后脱模；称取每块试件混合料时均要用铲子在锅中上下搅拌，每块都要粗细均匀，倒入试模和插捣的手法以及击实时的温度都要严格控制，最大程度的减少人为因素引起的误差；成型下一组时都要用机制砂将搅拌锅和拌和叶片擦拭干净，以免引起实际油石比偏大影响实验数据分析。

5 马歇尔试验

马歇尔试验仪的上下压头与试件一同放入恒温水槽浸泡，安装好压头要在内侧涂抹黄油使试件与压头接触良好；密度测试吸水率小于2%用表干法，大于2%用蜡封法，空隙率大于18%或开级配的混合料用体积法，水中重法测的是表观密度，其他测的是毛体积密度；马歇尔试验要进行原点修正。

6 确定最佳沥青用量

最佳沥青用量OAC1为密度和稳定度的最大值加上空隙率和饱和度的中值四个参数的平均值；OAC1对应的VMA(矿料间隙率)应满足最小值，且位于VMA凹形曲线最小值贫油一侧；当存在重载交通、长大纵坡或渠化交通可能产生较大车辙时，OAC1可减小0.3%～0.5%，但对应空隙率要符合要求；当在寒区道路、旅游公路、交通量不高的公路，OAC1可提高0.1%～0.3%，同时可适当减小空隙率，但不得降低压实度要求。

沥青混合料配合比设计确定最佳沥青用量常见问题与调整方法：

1)空隙率与稳定度均较低，是沥青含量较多或细料偏多所致(解决方法：a.增加粗集料含量提高间隙率;b.满足耐久性要求下，适当降低沥青含量)。

2)空隙率低，稳定度满足要求，是沥青含量偏多或主骨料已够但级配中间断料档太长导致，解决方法同上。

3)空隙率满足要求，稳定度低，是混合料级配不佳，矿料本身强度不足，细长扁平颗粒含量过高，沥青与矿料黏结性差导致，可根据具体情况进行调整。

4)空隙率高，稳定度满足要求，即使稳定度满足要求也要适当降低空隙率，解决方法是适当增加细集料。

5)空隙率高，稳定度低，需按前述方法调低空隙率，如仍不能改善空隙率和稳定度则应重新选择矿料。

7 沥青混合料性能检验

矿料的组成设计和最佳沥青用量确定后需做进一步的试验检验，以验证沥青混合料的高温稳定性(车辙试验—动稳定度)、低温抗裂性(低温弯曲试验—低温应变)、水稳定性(浸水马歇尔试验—残留稳定度、冻融劈裂试验—冻融劈裂强度比)和渗水试验(渗水系数)是否满足路用技术要求。所有沥青混合料性能试验试件制作时，原材要与之前一致，取样要均匀，沥青质量要控制准确，混合料称量时要搅拌粗细均匀。

上述就是热拌沥青混合料目标配合比设计过程中的注意事项以及会影响试验结果的影响因素分析。经过上述七个步骤的试验和验证满足要求后，即可生成目标配合比设计报告，进入第二阶段和第三阶段，进一步的根据实际施工情况进行调整，科学、合理的指导施工。