瀝青混合料體積參數影響因素分析

王志剛,艾振喜

摘 要：空隙率和礦料間隙率是瀝青混合料配合比設計的兩個重要參數，其影響因素多而復雜，實際工程中也較難把握。設計了三種集料、五個瀝青用量和三種級配進行交叉試驗，對密級配瀝青混合料空隙率和礦料間隙率的影響因素進行研究分析，分析發現，礦料有效相對密度和吸水率對空隙率和礦料間隙率的影響比級配更為顯著，在密集配瀝青混合料級配組成設計時要優先考慮礦料合成有效相對密度和吸水率，并和最大密度線結合起來考慮，會獲得更好的空隙率及礦料間隙率控制效果。

關鍵詞：瀝青混合料;體積參數;空隙率;礦料間隙率;影響因素

0 引言

瀝青混合料配合比設計是瀝青路面的核心技術，一個好的配合比設計應該具有良好的使用性能，施工操作性好及變異性小、容易壓實，尤其是經得起實踐考驗，確保瀝青路面不產生損壞。瀝青混合料配合比設計涉及到的主要體積參數有試件毛體積相對密度γf、最大理論相對密度γt、空隙率VV、礦料間隙率VMA、瀝青飽和度VA、粉膠比FB，其中空隙率、礦料間隙率、瀝青飽和度、粉膠比這些體積參數，規范[1]均給出了范圍或規定值。但是，體積參數因受各種因

素影響，在實際配合比設計中會出現好多問題，經常會有一些參數不滿足規范要求，雖經反復試驗，也不盡人意，突出表現在空隙率和礦料間隙率這兩個體積參數。新疆哈密某二級公路項目瀝青面層碎石選用的是英安巖和凝灰巖，在進行集料指標檢測時發現，這兩種集料吸水率遠大于石灰巖，項目根據以往經驗采用的級配和油石比進行AC-25C瀝青混合料配合比設計，空隙率、礦料間隙率和飽和度均不能滿足規范要求。鑒于這種情況，項目對英安巖、凝灰巖和石灰巖三種巖性的集料采用五個瀝青用量和三種級配進行了交叉試驗，對密級配瀝青混合料空隙率和礦料間隙率的影響因素進行了分析總結，以指導類似工程瀝青混合料配合比設計。

1 試驗方案設計

1.1 材料

（1）集料：選取三種不同密度的集料，石灰巖、英安巖及凝灰巖;（2）瀝青：采用同廠生產同一批的70號A級瀝青;（3）礦粉：同廠生產的同一批礦粉。

1.2 級配

新疆AC-25C型粗、中、細三種級配進行級配組成設計。

1.3 瀝青用量

選取3.0、3.5、4.0、4.5、5五個油石比分別就各種集料按照三個級配配置AC-25瀝青混合料進行馬歇爾試驗。

1.4 數據分析

匯總馬歇爾試驗體積參數，運用圖表工具和回歸分析等方法對空隙率和礦料間隙率兩個體積參數的影響因素合成集料有效密度γse、合成礦料吸水率wx、級配、油石比進行分析，并對影響因素的影響程度排序。

1.5 總結

對分析的結果進行總結，以指導類似工程瀝青混合料配合比設計。

2 試驗結果統計及分析

2.1 集料密度及吸水率

根據集料試驗規程[2]對不同巖性集料進行密度和吸水率測試，粗集料采用網籃法，細集料采用塌落筒法，試驗結果見表1。

2.2 級配

根據《新疆公路瀝青路面設計指導手冊》[3]中AC-25級配范圍規定，選取粗、中、細三種級配進行級配組成設計，三種級配見表2。

2.3 試驗結果分析

2.3.1 空隙率影響因素分析

瀝青用量對空隙率的影響最為顯著，三種巖性混合料的空隙率均隨著油石比的增加而減小，吸水率較小的石灰巖的空隙率變化基本呈線性遞減，而吸水率最大的凝灰巖的空隙率雖然呈遞減趨勢，但并不是線性的，吸水率居中的英安巖的空隙率雖然在線性和非線性之間，但基本接近線性，英安巖和凝灰巖在油石比達到4%以后空隙率減小幅度降低。在瀝青用量相同的情況下，石灰巖、英安巖、凝灰巖混合料的空隙率呈遞增趨勢。石灰巖、英安巖和凝灰巖的礦料合成有效密度是逐漸降低的，所以可以認為，在瀝青用量相同的前提下，混合料空隙率隨著礦料合成有效密度的降低而增加，而且礦料合成有效密度對空隙率的影響要大于級配對空隙率的影響。

綜合以上分析，瀝青混合料空隙率的主要影響因素為瀝青用量、礦料合成有效密度和級配，三個影響因素從大到小排序為瀝青用量、礦料合成有效密度和級配。

因此，我們在級配組成設計時要充分利用這個規律，對于合成礦料有效相對密度小吸水率大的集料，級配組成設計可以適當靠近最大密度線。反之，則適當遠離最大密度線。同時，我們要注意，在油膜厚度及粉膠比已滿足要求，且瀝青用量已經達到預估值時VV仍然較大，此時就不要一味的靠增加瀝青用量來滿足VV的要求了，而是應該考慮增加2.36 mm以下細集料的用量了，使之接近級配中值，并適當減少2.36 mm～4.75 mm之間的用量。

2.3.2 礦料間隙率影響因素分析

規范根據設計空隙率和最大公稱粒徑規定了礦料間隙率VMA的最小值，在公稱最大粒徑相同的條件下，隨著設計空隙率的增加，VMA規定最小值也增加，在空隙率相同的條件下，隨著公稱最大粒徑的減小，VMA規定的最小值增加，因此可以推斷，VMA和空隙率和公稱最大粒徑有直接關系，在瀝青混合料配合比設計中，都是針對同一公稱最大粒徑混合料進行各種體積參數確定，所以僅針對AC-25混合料對VMA的影響因素進行分析，因空隙率的主要影響因素是瀝青用量、集料合成有效密度和級配，所以VMA也針對這些因素進行分析。

VMA主要的影響因素還是集料本身的性質，如集料密度和吸水率，其對試件毛體積相對密度和礦料合成毛體積相對密度影響較大;其次就是瀝青用量和級配，一般情況，在集料和級配確定后，對于吸水率較小的集料，VMA隨瀝青用量的增加而小幅度的減小，隨后基本保持不變，對吸水率較大的集料，VMA隨瀝青用量的增加小幅度的減小，隨后小幅度的增加;在集料和瀝青用量一定的情況下，VMA隨級配變化發生小幅度變化，級配越靠近最大密度線VMA越小。

3 應用效果

4 結語

（1）瀝青混合料空隙率的主要影響因素為瀝青用量、礦料合成有效密度和級配，三個影響因素從大到小排序為瀝青用量、礦料合成有效密度和級配。

（2）礦料間隙率主要的影響因素是集料本身的性質，如集料密度和吸水率，其對試件毛體積相對密度和礦料合成毛體積相對密度影響較大;其次就是瀝青用量和級配。

（3）在進行瀝青混合料級配組成設計時要充分考慮空隙率和礦料間隙率的特點，根據合成礦料有效密度和吸水率的大小考慮級配曲線是靠近還是遠離最大密度線。

（4）在油膜厚度及粉膠比已滿足要求，且瀝青用量已經達到預估值時VV及VMA仍然較大，此時就不要一味的靠增加瀝青用量來滿足VV和VMA的要求了，而是應該考慮增加2.36 mm以下細集料的用量了，使之接近級配中值，并適當減少2.36 mm～4.75 mm之間的用量。

參考文獻：

[1]交通部公路科學研究所.GTJ F40-2004，公路瀝青路面施工技術規范[S].北京：人民交通出版社.

[2]交通運輸部公路科學研究院.JTG E42-2005，公路工程集料試驗規程[S].北京：人民交通出版社.

[3]新疆交通建設管理局新疆公路瀝青路面設計指導手冊[S].2013年01月01日.