路面瀝青混凝土試驗配合比優化設計

【摘 要】瀝青混凝土配合比設計是道路施工至關重要的環節，也是決定工程質量的主要因素。在組成瀝青混凝土的原材料選定后，瀝青混凝土的很多技術性能在很大程度上取決于其配合比。由于瀝青混凝土的組成材料比例不同，形成的組成結構也不相同。如在其他材料的比例確定的情況下，當瀝青混凝土中礦粉摻量過低時，礦粉與瀝青相互作用的比表面積減少，則會導致混凝土強度與穩定性降低；當瀝青混凝土中礦粉摻量過多時，會嚴重影響瀝青混凝土的和易性，更嚴重的是會降低瀝青混凝土的高溫穩定性。本文將主要探討路面瀝青混凝土試驗配合比的優化設計。

【關鍵詞】瀝青混凝土；路面；配合比；優化

1.路面瀝青混凝土配合比設計級配范圍的確定

選擇合適的瀝青混合料級配類型是確保瀝青凝土路面面層質量的前提。密級配瀝青混合料是設計級配應根據公路等級、工程性質、氣候條件、交通條件、材料品種等因素，通過對條件大體相當的工程使用情況進行調查研究后調整確定。夏季溫度高、高溫持續時間長，重載交通多的路段，宜選用粗型密級配瀝青混合料（AC-C型），并取得較高的設計空隙率。對冬季溫度低、且低溫持續時問長的地區，或者重載交通較少的路段，宜選用細型密級配瀝青混合料（AC-F型），并取較低的設計空隙率。瀝青混凝土面層集料的最大粒徑宜從上層至下層逐漸增大。上層宜使用中粒式及細粒式，且上面層瀝青混合料集料的最大粒徑不宜超過層厚1/2，中、下面層集料的最大粒徑不宜超過層厚的2/3。采用雙層或三層式結構的瀝青混凝土面層中應有一層及一層以上是Ⅰ型密級配瀝青混凝土混合料，以防水下滲。若上面層采用Ⅱ型瀝青混凝土，中面層應采用Ⅰ型瀝青混凝土，AM型開級配瀝青碎石不宜作面層，僅可做聯結層[2]。為進一步確定配合比的級配指數和礦粉含量，在上述礦料配合比研究的基礎上設計瀝青混凝土配合比，制備成標準馬歇爾瀝青混凝土試件，研究不同混凝土配合比的孔隙率。馬歇爾瀝青混凝土試件尺寸為Ф101.6min×63.5mm（直徑為101.6mm，高為63.5mm），試件兩面各擊35次。礦料級配參數包括最大骨料粒徑Dmax，級配指數r或粗細骨料率和礦粉含量F。根據最大密級配理論和富勒級配曲線，如下式所示：

2.路面瀝青混凝土試驗配合比的影響因素

瀝青混凝土配合設計主要的影響因子會出現在原料、配比、拌合、夯壓試體，這四個部份，下列列出各部份會影響最后結果之因子項目[3]：

2.1原料（瀝青+粒料）

（a）粒料的比重吸水率：影響瀝青混合料孔隙含量。（b）粒料的健度：研判粒料抗風化作用能力。（c）含砂當量：測定細級級配或土壤中之粘土相對含量。（d）磨損率：測定抗磨損率。（e）破碎顆粒含量：影響瀝青混合料間之鑲嵌強度。（f）扁帄率：影響滾壓后顆粒間發生連鎖作用和穩定性。（g）瀝青膠泥的針入度：影響瀝青材料的軟硬度及稠度并決定瀝青路面穩定度之一大因素。（h）瀝青膠泥的粘滯度：其動粘滯度會決定拌合溫度及夯打溫度。

2.2配比

（a）經濟考量：不可過度由經濟考量去調整料號百分比使級配曲線異常曲折。（b）粒料級配控制范圍曲線圖：要落入規范內，且盡量圓滑。（c）工作拌合公式：影響瀝青混凝土試體之組成，不可參考他人配比。（d）篩分析：分析粒料的特性，其粒徑的分布并決定百分比的組合。

2.3拌合

（a）計算添加含油量的計算方式-不可使用混合各篩號粒料未加溫至特定溫度后之重量，再添加其含油量，亦或者使用錯誤認知的數學公式。（b）拌合溫度的決定-影響瀝青膠泥是否充分拌合的溫度范圍。（c）拌合過程溫度-拌合時的溫度是否達到規范所需求的溫度范圍，使瀝青膠泥有適當的附著能力。（d）充分拌合-影響日后瀝青混凝土試體，是否有滲油現象。

當然還有很多的影響因子會出現在各儀器的操作上，所以排除操作問題，瀝青混凝土配比的各項實驗都需仔細確實，降低其影響，這就是其實驗的困難及現在瀝青混凝土的施工品質不如預期的重要原因。

3.路面瀝青混凝土配合比設計試驗思路

碾壓式瀝青混凝土配合比設計的內容是確定粗骨料、細骨料、填料和瀝青材料相互配合的最佳組成比例，使之既能滿足瀝青混凝土工程技術要求，又能符合經濟的原則。日前國內外瀝青混凝土配合比設計多采用礦料級配和瀝青用量（按礦料總重的百分數即油石比計）兩個參數。礦料級配是指粗骨料、細骨料、填料按適當比例配合，使其具有最小的空隙率和最大的摩擦力的合成級配，礦料級配可用最大粒徑、粗細骨料的比例、填料用量3個參數來表征。目前常用的級配理論主要有最大密度曲線理論和粒子干涉理論[4]。在下坂地心墻瀝青混凝土配合比設計中，采用最大密度曲線理論進行礦料級配的計算。最大密度曲線是通過試驗提出的一種理想曲線，這種理論認為，固體顆粒按粒度大小有規則地組合排列，粗細搭配，可以得到密度最大，空隙最小的混合料；并提出礦料的混合級配曲線愈接近于拋物線，則密度愈大。最大密度曲線理論提出應用于實際工程中的礦料級配計算式見下式所示：

根據設計推薦的瀝青混凝土配合比主要參數，考慮到施工過程中配合比允許的誤差，即瀝青用量±0.3%、填料用量±1%，在保持礦料最大粒徑和級配指數不變的情況下，采用瀝青用量波動±0.3%、填料用量波動±1%的方式對設計配合比進行復核，以驗證其合理性。經組合復核配合比共12個。選用礦料級配指數為0.36，填料用量為12%、12%、14%進行礦料級配計算[5]。

4.最佳路面瀝青混凝土試驗配合比的確定

礦料合成級配和填料用量選定后，瀝青用量成為影響瀝青混凝土性質的唯一因素。最佳瀝青用量的選定，除了考慮使瀝青混凝土達到最優性能指標外，還必須考慮混合料的和易性和施工性，即指瀝青混合料應有良好的流動性，良好的粘結性而不分散。

從試驗成果可以看出，在相同礦料級配指數和相同填料用量的情況下，瀝青混凝土穩定度隨瀝青用量的增加而降低，瀝青混凝土的流值隨瀝青用量的增加而增加，且其測值均滿足設計要求。而瀝青混凝土孔隙率隨瀝青用量增加的變化規律呈現了如下特點：即在某一填料用量下，存在某一瀝青用量，使瀝青混凝土孔隙率達到最低。此情況下的瀝青用量為此配合比下滿足瀝青混凝土孔隙率最小時的最佳瀝青用量。綜合考慮瀝青混凝土的壓實性能、力學及變形性能和瀝青混合料的和易性，選定各填料用量情況下的最佳瀝青用量參數見表1所示。

5.結論

隨著科技的不斷發展，瀝青路面的許多新技術、新材料都得到了實際應用，各種規范、標準比較齊全，但從實際工程質量和使用功能來看，尚有許多值得探討的問題。在瀝青路面施工過程中，質量的控制和檢查是保證質量最重要的一環。對施工質量的好壞影響很大，路面瀝青混凝土配合比的確定都應按有關施工技術規范的規定，在施工中堅決貫徹執行，這對于保證瀝青路面施工質量是非常重要的。

【參考文獻】

[1]葉發文，高陽，張建海，趙元弘.寨子河瀝青混凝土心墻堆石壩滲流及應力應變分析[J].水力發電，2014，02：60-64.

[2]慈軍.瀝青混凝土配合比設計后礦料級配調整分析[J].人民長江，2014，11：68-70.