瀝青混合料設(shè)計(jì)配合比調(diào)整淺析

左希賓+翟兆娜

【摘 要】瀝青混合料路用性能與配比設(shè)計(jì)密切相關(guān)。本文針對(duì)瀝青混凝土馬歇爾設(shè)計(jì)方法存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析，提出了改進(jìn)意見(jiàn)，進(jìn)而提出了施工配合比調(diào)整原則。

【關(guān)鍵詞】公路；瀝青路面；配合比設(shè)計(jì)；馬歇爾設(shè)計(jì)法

【Abstract】Road asphalt concrete is closely related with proportioning design. In this paper， aiming at the existing problem of asphalt concrete Marshall design method are analyzed， and improvement measures were put forward， and the principle of proportion of construction adjustment.

【Key words】Highway；Asphalt pavement；Mixture ratio design；Marshall design method

1. 瀝青混合料設(shè)計(jì)任務(wù)及路用性能要求

瀝青混合料設(shè)計(jì)任務(wù)主要是根據(jù)工程項(xiàng)目的實(shí)際需要，選擇合適的瀝青結(jié)合料及集料，并用合理的設(shè)計(jì)方法把這些材料組合起來(lái)，使完工的瀝青路面滿(mǎn)足交通流及當(dāng)?shù)貧夂蛐枰r青混凝土設(shè)計(jì)一般是體積設(shè)計(jì)法和體積分析法。熱拌瀝青混合料設(shè)計(jì)的目標(biāo)，應(yīng)該達(dá)到如下路用性能：

1.1 耐久性。要求瀝青混合料含有足夠的瀝青結(jié)合料，保證集料顆粒周?chē)凶銐虻臑r青薄膜，減少瀝青混合料運(yùn)行周期內(nèi)的老化。經(jīng)嚴(yán)格壓實(shí)的瀝青混合料不應(yīng)該有較高的空隙率，高孔隙率會(huì)加速老化，難以達(dá)到使用壽命周期。

1.2 抗疲勞開(kāi)裂能力。正常情況下的疲勞開(kāi)裂（龜裂）是路面承受設(shè)計(jì)荷載的標(biāo)志，是瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一項(xiàng)主要指標(biāo)。瀝青路面在設(shè)計(jì)壽命周期末才出現(xiàn)疲勞開(kāi)裂，毫無(wú)疑問(wèn)，這個(gè)設(shè)計(jì)配比是成功的；如果疲勞開(kāi)裂出現(xiàn)比較早，刨去壓實(shí)不密實(shí)和交通量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于預(yù)期等因素，那就是瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)有問(wèn)題。克服疲勞開(kāi)裂的途徑：路基邊溝嚴(yán)格按照?qǐng)D紙施工并保持排水通暢，路基沒(méi)有用不透水性材料包裹透水性材料，路基壓實(shí)度確實(shí)達(dá)到設(shè)計(jì)壓實(shí)度（不是試驗(yàn)檢測(cè)弄虛作假），充分考慮遠(yuǎn)景交通量迅猛提高，采用較厚的路面結(jié)構(gòu)（路面基層水泥穩(wěn)定碎石配比適當(dāng)養(yǎng)生充分沒(méi)有裂紋）。

1.3 抵抗永久變形的能力。在路面交通荷載的反復(fù)作用下，瀝青混合料內(nèi)部結(jié)構(gòu)不應(yīng)被破壞。現(xiàn)在渠化交通普遍，車(chē)轍等病害普遍發(fā)生，這就要求瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì)精準(zhǔn)。瀝青混合料抗變形能力不足，通常要在級(jí)配組成、瀝青等級(jí)及用量、孔隙率等方面找原因。事實(shí)證明，采用骨架嵌擠型級(jí)配和改性瀝青，可最大程度上解決路面車(chē)轍病害。

1.4 水損害抗力。瀝青混合料受到自然水浸泡的影響時(shí)，會(huì)導(dǎo)致集料表面和瀝青結(jié)合料失去粘結(jié)力。此時(shí)應(yīng)考慮摻加抗剝落劑。

1.5 低溫開(kāi)裂抗力。在北方寒冷季節(jié)，路用瀝青混合料能夠不開(kāi)裂，將會(huì)大大延長(zhǎng)路面使用壽命。這時(shí)就應(yīng)該采用柔韌性好的瀝青結(jié)合料。

1.6 抗滑性。這是對(duì)應(yīng)路面上面層骨料設(shè)計(jì)問(wèn)題。如果感覺(jué)到上面層骨料用石灰?guī)r碎石滿(mǎn)足不了實(shí)際抗滑需要，就要采用硬度高、抗滑性能好得多的玄武巖碎石。

2. 馬歇爾設(shè)計(jì)方法存在的問(wèn)題

2.1 采用接近最大密度線(xiàn)的配比。事實(shí)上，最接近最大密度線(xiàn)時(shí)，路面使用性能不一定是最好的，也就是說(shuō)，用級(jí)配中值設(shè)計(jì)的配合比不一定是最好的。

2.2 關(guān)于體積計(jì)算體系。計(jì)算壓實(shí)瀝青混合料的方法一般用水重法，，測(cè)量的是視密度，這樣可能導(dǎo)致計(jì)算出的空隙率偏小。另外，沒(méi)有充分考慮集料空隙吸收瀝青結(jié)合料，導(dǎo)致最終配比瀝青結(jié)合料含量偏低，直接導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)層耐久性差。

2.3 瀝青老化因素。研究表明，即使是吸水率低于2%的集料，老化2h后吸收瀝青的數(shù)量可達(dá)到0.5～1.0%，因此，不管集料吸水率是否小于2%，都應(yīng)當(dāng)考慮集料空隙吸收瀝青的數(shù)量。

3. 馬歇爾設(shè)計(jì)方法的改進(jìn)

為了進(jìn)一步提高瀝青混合料設(shè)計(jì)質(zhì)量，我國(guó)在現(xiàn)行馬歇爾設(shè)計(jì)理念基礎(chǔ)上，結(jié)合美國(guó)Superpave設(shè)計(jì)思想，引進(jìn)集料有效比重概念及混合料短期老化的辦法，對(duì)馬歇爾設(shè)計(jì)方法最佳集料級(jí)配選擇，從程序上和計(jì)算方法上進(jìn)行改進(jìn)和補(bǔ)充。

3.1 根據(jù)擬設(shè)計(jì)的混合料類(lèi)型，與各種集料及填料的顆粒組成，按試配組合成三種試驗(yàn)級(jí)配，一組級(jí)配位于規(guī)定范圍的中值附近，另外兩組級(jí)配接近級(jí)配范圍的上、下限。按關(guān)鍵篩孔2.36mm、4.75mm與0.075mm的通過(guò)率進(jìn)行控制。

3.2 選擇混合料初始瀝青含量，初始瀝青含量應(yīng)接近最佳瀝青含量。用下式計(jì)算：

Pbt=1.18+0.982（VMA-Va）/Gsb；式中：

Pbt——初始瀝青含量，按混合料質(zhì)量百分率計(jì)，%；

VMA——壓實(shí)混合料集料間隙率，可先用規(guī)定的最小值+0.5%估算，后按試驗(yàn)結(jié)果校正；

Va——壓實(shí)混合料孔隙率，可取設(shè)計(jì)孔隙率4%；

Gab——混合料集料組合體積毛重。

3.3 將拌和好的試樣放入烘箱，在擬定的壓實(shí)溫度平均值保持2h進(jìn)行短期老化，然后進(jìn)行制件。

3.4 制件被壓實(shí)冷卻后，將其脫模，測(cè)定試件毛體積重Mmb，并計(jì)算壓實(shí)混合料的空隙率Va、VMA和VFA等體積指標(biāo)，隨后，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算組合集料的有效比重Gse，根據(jù)確定的Gse計(jì)算集料吸收瀝青百分率Pba，進(jìn)而獲得有效瀝青含量Pbe和粉油比DP。

3.5 試驗(yàn)結(jié)果分析。對(duì)三種試驗(yàn)級(jí)配混合料進(jìn)行評(píng)價(jià)：其中VMA、VFA、粉油比、馬歇爾穩(wěn)定度與流值均符合設(shè)計(jì)要求，孔隙率又接近4%設(shè)計(jì)值的一種級(jí)配，被確定為最佳級(jí)配或設(shè)計(jì)級(jí)配。

4. 工程級(jí)配調(diào)整

4.1 《瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）在瀝青混合料礦料級(jí)配選擇與調(diào)整方面，根據(jù)“瀝青混合料礦料級(jí)配和配合比設(shè)計(jì)方法的修訂”課題研究成果，借鑒美、日等國(guó)的方法，提出工程設(shè)計(jì)級(jí)配的概念，對(duì)最常用的密級(jí)配瀝青混合料分為粗型和細(xì)型，它與原規(guī)范根據(jù)孔隙率分為Ⅰ型和Ⅱ型的性質(zhì)不同，粗型和細(xì)型都屬于密級(jí)配，孔隙率都在3%～6%之間，之所以分成這兩種型號(hào)，主要是供不同的氣候條件和交通條件選擇級(jí)配時(shí)作參考，并要求設(shè)計(jì)單位和業(yè)主單位針對(duì)所建設(shè)工程的氣候條件、交通條件、公路等級(jí)以及所處層位確定和調(diào)整工程設(shè)計(jì)級(jí)配。相比原規(guī)范直接為工程確定一個(gè)級(jí)配范圍，配合比設(shè)計(jì)盡可能接近中值有了很大改進(jìn)。現(xiàn)行規(guī)范給出了幾種類(lèi)型瀝青混合料與瀝青碎石混合料礦料級(jí)配。

4.2 規(guī)范規(guī)定級(jí)配范圍較寬，這樣同一級(jí)配的上限和下限所拌混合料會(huì)有較大的差別。所以，在設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)需要將目標(biāo)級(jí)配線(xiàn)靠上一些，使混合料總的偏細(xì)一些，即成所謂的細(xì)型密級(jí)配（AC-F）；或?qū)⒛繕?biāo)級(jí)配線(xiàn)靠下一些，使混合料總的偏粗一些，即成所謂的粗型密級(jí)配（AC-C）。在這種情況下，給施工單位的生產(chǎn)級(jí)配范圍做必要的調(diào)整，而不能將規(guī)范原來(lái)的級(jí)配給施工單位。在級(jí)配設(shè)計(jì)時(shí)，尤其要注意控制幾個(gè)關(guān)鍵篩孔的通過(guò)率，即4.75mm和2.36mm兩個(gè)篩孔。規(guī)范給出了粗型和細(xì)型密級(jí)配瀝青混合料的關(guān)鍵性篩孔通過(guò)率。

4.3 瀝青混合料的設(shè)計(jì)級(jí)配應(yīng)處于規(guī)范規(guī)定的級(jí)配范圍內(nèi)，根據(jù)氣候條件、交通條件、公路等級(jí)、材料品種，通過(guò)條件大體相當(dāng)?shù)墓こ淌褂们闆r進(jìn)行調(diào)查研究后調(diào)整確定，必要時(shí)允許超過(guò)規(guī)范的級(jí)配范圍。工程設(shè)計(jì)級(jí)配范圍應(yīng)遵循以下原則：

4.3.1 首先按規(guī)范確定采用粗型（C型）或細(xì)型（F型）的混合料，對(duì)夏季溫度高、高溫持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、重載交通量大的路段，宜采用粗型密級(jí)配瀝青混合料（AC-C型），并取較高的設(shè)計(jì)空隙率。對(duì)冬季溫度低、且低溫持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的地區(qū)，或者重載交通量小的路段，宜采用細(xì)型密級(jí)配瀝青混合料（AC-F型），并取較低的設(shè)計(jì)空隙率。

4.3.2 為確保高溫抗車(chē)轍能力，同時(shí)兼顧低溫抗裂性能要求，配合比設(shè)計(jì)時(shí)宜適當(dāng)減少公稱(chēng)最大粒徑附近的粗集料用量，減少0.6mm以下部分細(xì)粉的用量，使中等粒徑較多，形成S型級(jí)配曲線(xiàn)，并取中等偏高水平的設(shè)計(jì)空隙率。

4.3.3 確定各層的工程設(shè)計(jì)級(jí)配范圍時(shí)應(yīng)考慮不同層位的功能需要，經(jīng)組合設(shè)計(jì)的瀝青路面應(yīng)能滿(mǎn)足耐久、穩(wěn)定、密水、抗滑的要求。

4.3.4 根據(jù)公路等級(jí)和施工設(shè)備的控制水平，確定的工程設(shè)計(jì)級(jí)配范圍應(yīng)比規(guī)范級(jí)配范圍要窄，其中4.75mm和2.36mm通過(guò)率的上下限差值宜小于12%。

4.3.5 瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)充分考慮施工性能，使瀝青混合料容易攤鋪和壓實(shí)，避免造成不必要的離析。

4.3.6 在多雨潮濕地區(qū)，重交通或渠化交通情況下，一般多采用粗型密級(jí)配并配置成S型級(jí)配曲線(xiàn)。同時(shí)，盡量避免級(jí)配曲線(xiàn)穿越級(jí)配禁區(qū)（0.3～2.36間的三角區(qū)）。

5. 結(jié)束語(yǔ)

瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)合理，可以大幅提高路面使用壽命，使社會(huì)效益最大化。