大碎石沥青混合料施工级配与空隙率变异性分析

马士强，孙承吉

（1.山东鲁桥建设有限公司，山东 济南 250002；2.山东高速股份有限公司，山东 济南 250014）

引言

大碎石沥青混合料通常由较大粒径的单粒径集料形成骨架，一定量的细集料形成填充而组成的骨架空隙型沥青混合料，简称为LSPM，其级配为半开级配或者开级配[1]。由于其粗集料含量较大，大于9.5 mm粒径集料通常占70%以上，且设计空隙率为13%～18%[2]。沥青混合料LSPM骨架空隙型混合料在施工中发生变异不可避免，尤其是级配与空隙率的变异，通过合理分析采用一定的技术措施，降低施工变异性非常重要。

1 生产配合比设计结果

某国道大修工程采用LSPM-30作为柔性基层进行加铺，通过室内目标配合比验证后，现场通过拌合站对生产配合比进行调试，最终确定采用生产配合比，级配通过率见表1，级配曲线见图1。根据最终确定级配，进行3个沥青含量的试拌，通过试验段验证与设计相吻合，最终试验路段采用表1级配结果，并采用最佳沥青含量3.5%，沥青采用MAC-70改性沥青。

表1 级配结果

图1 级配曲线

2 级配变异性分析

2.1 分析方法

施工中级配变异不可避免，但是通过对变异性分析可以逐步从施工中了解变异特点并降低变异性。变异性分析运用统计学基础，标准差计算按式（1），变异系数计算按式（2）：

式中：σ—标准差；Cv—变异系数；—平均值。

对于级配变异系数计算与其他参数计算方法不同，并非标准差与通过百分率的比值。由于级配中有通过百分率与各级筛余量两种百分比，所以正确的级配变异系数应该是标准差与各级筛余量均值的比值，各级筛余量可以通过各级通过率计算，上一级筛孔的通过率与本级通过率之差即为该级筛余量[3-4]。

2.2 级配分析数据

在级配变异性分析过程中，主要是结合LSPM混合料特点对重点、关键筛孔进行分析。分析试验路段共分为3段，主要考虑在不同时间段施工以及原材料本身变异等因素，在分析过程中同时对油石比数据进行变异性分析，试验路对两种结构级配数据进行了分析，数据见表2～表4。

表2 试验路段A级配变异性分析（%）

表3 试验路段B级配变异性分析（%）

表4 试验路段C级配变异性分析（%）

2.3 数据分析结果

从表2～表4数据分析可以看出，各粒径筛孔通过率的变异系数都很大，但油石比的变异性并不是很大。级配变异性大的原因：（1）级配变异性主要与矿料的粒径变异有关，尽管混合料在拌和时还要进行二次筛分，但出场的混合料在很大程度上受到冷料粒径的制约。在施工现场也可以看出冷料的变化。由于沥青混合料很少采用20～40 mm的石料，石料场的控制不如高速公路对沥青混凝土面层原材料的要求严格，另外，原材料的生产厂规模与工艺在一定程度上也造成冷料的变异。（2）大碎石沥青混合料级配较粗在热料仓筛孔设置上也有一定难度，9.5 mm筛孔集料占到70%以上，这样粗料仓的用量比例较大，单一热料仓的用量比例通常会超过40%甚至50%，难以控制，单一仓的变化将会对整体级配产生较大影响。（3）由于粒径较大、粗集料含量高混合料容易产生离析，在取料时无论从料车还是从摊铺现场都不可避免出现取料不均匀。为了避免取料不均匀，就需要大量取料多次抽提筛分，即使采用多取样四分法也不可避免取样的离析。

3 现场空隙率变异性分析

现场空隙率是指现场钻芯试样的空隙率。由于大碎石沥青混合料是一种透水材料，空隙率决定了其透水性能，现场通常采用空隙率指标控制压实效果。计算空隙率采用理论最大相对密度，以真空实测为准，芯样的毛体积相对密度测试也有不同的意见。由于LSPM混合料为透水性沥青混合料，有的研究报告直接采用体积计算法，也有的要求采用真空封装法进行测试[5-6]，本次变异性分析采用二次封蜡和体积计算法，对3个试验路段空隙率的变异性分析数据进行了分析，数据见表5。

表5 空隙率变异性分析（%）

由于试验路比较短，数据采集量有限，通过数据的分析可以发现，空隙率的变异性比较大，但试验路段C变异性明显减小，这与施工控制经验和水平进一步丰富有关；另外，体积计算法计算空隙率比实测法大2%左右，而且体积计算法计算的空隙率变异性要比实测法大。这是因为大粒径混合料比较容易松散，在取芯过程中并不能完全保证芯样边角的完整性，从而造成了体积计算误差。空隙率变化会对会混合料的性能造成一定影响。

空隙率变异性较大的主要影响因素：（1）空隙率变异与混合料级配的变异有很大关系，两者之间存在一定的相关性，一般认为粗集料含量与空隙率成正比，细集料含量与空隙率成反比，由于数据量太小没有对相关性进行分析。分析可以知道混合料级配变异性本身就很大，由于级配控制上的难度，难免造成空隙率的变异性较大。（2）理论最大相对密度的采用也是造成空隙率变化的原因，因为级配发生了变化意味着热料比例发生了变化，而理论密度采用计算法并不能保证每天都从热料仓取料测试密度，然后根据级配的变化重新计算理论密度，从而也造成了空隙率的变异性。（3）实测法与计算法测定芯样的密度也存在一定误差，二次封蜡法在进行第一次封橡皮泥时，容易受到人为误差影响，而计算法不能保证芯样的完整性，密度测定造成了空隙率的变异性。（4）压实工艺的变化对混合料空隙率也有很大影响，由于大粒径沥青混合料空隙率很大，粗集料很多，压实遍数增加有可能造成集料的破碎，从而影响了空隙率。（5）由于混合料比较粗而且属于开级配，在摊铺过程中不可避免地造成混合料的离析。

4 结语

（1）大碎石沥青混合料是透水性沥青混合料，一般作为柔性基层使用，其排水功能要求大于结构性能要求。其本身级配特点决定在级配控制上具有一定的难度，因此级配控制要求应与密级配沥青混合料有所差别，应更加关注排水性能，但应控制级配变异性的程度，以保证其排水功能。（2）空隙率的变化对混合料透水性能以及高温稳定性和强度都有很大影响，在施工中要严格控制，尽量减小空隙率的变异性。（3）无论级配还是空隙率的变异都应该从原材料、取样方式、试验方法及过程工艺等多方面联合控制，将变异性降到最低。