沥青混凝土配合比设计浅析

沥青混凝土配合比设计浅析　李爱枝　（太原市市政工程总公司）　摘要：文章简述了沥青混凝土上面层施工原材料要求及配合比设计方法，提出了质量关键控　制要点。　关键词：沥青混凝土；配合比；设计　中图分类号：ＴＵ５２８．４２　文献标识码：Ａ　文章编号：１００４—６４２９（２ＯＯ８）Ｏ４—０１３５—０２　沥青混凝土是用不同粒级的碎石、天然砂或破碎砂、矿粉　和沥青按一定比例在拌和机中热拌所得的，具有严格的级配要　求，且经机械压实后具有规定的强度和孔隙率的混合料。　由于沥青混凝土强度和密实度是各种沥青矿料混合料中　最高的，而且水稳性好，有较大的抵抗自然因素和行车作用的　能力，因此，它的使用寿命长，耐久性好，高等级公路通常采用　沥青混凝土面层。　１　沥青混凝±混合料组成材料技术性质　混合料的技术性质决定于组成材料的性质。为保证混合　料的技术性质，首先是正确选择符合质量要求的组成材料。　１．１沥青材料　从大量路面结构损坏原因的调查分析来看，路用沥青品质　不良是其主要原因之一，如沥青含蜡量高，就会出现横向裂缝，　故含蜡量一般要求控制在３％以内。沥青类型对车辙深度也　有很大影响，使用稠度低、温度敏感性低的沥青可以减少或延　缓路面的开裂。高粘度的沥青会产生劲度高的沥青混合料，较　高的劲度具有较高的抗车辙能力。因此，高树脂、少石蜡的石　油是道路沥青的最好原料。　沥青材料的选用还因气候条件、交通性质、沥青混合料的　类型等因素而异。通常较热的气候区，较繁重的交通，细粒式　或砂粒式的混合料则应采用稠度较高的沥青；反之，则采用稠　度较低的沥青。　《公路沥青路面施工技术规范》规定，凡修筑高速公路及一　级公路沥青路面，必须使用符合重交通道路石油沥青技术要求　的沥青。　１．２矿料　矿料质量的好坏直接影响到沥青混合料的强度，是沥青路　面早期破损的主要影响因素。碎石与沥青材料的粘附性大小，　对沥青混合料的强度和耐久性有极大的影响。沥青混合料一　般使用碱性矿料，若使用酸性矿料，通常需添加一定数量的抗　剥落剂，使其对沥青的粘附性符合要求。经检验，属于酸性岩　石的石料有花岗岩、石英岩等。　混合料拌和时，实际上有一部分超粒径颗粒被排除，因此，　配合比设计时，应将超粒径料剔除。　作者简介：李爱枝，女，１９６４年９月出生，２ＯＯ７年毕业于山　西广播电视大学，助理工程师，Ｏ３ＯＯＯ２，山西省太原市　收稿日期：２ＯＯ８—０３—３１　沥青混合料用粗、细集料的各项指标要求，均应符合《公路　沥青路面施工技术规范》的要求。　沥青混合料的填料宜采用石灰岩或岩浆中的强基性岩石　（憎水性石料），经磨细得到的矿粉，要求干燥、洁净，其质量应　符合规范要求。　２沥青混凝±配合比设计方法　沥青混凝土混合料的配合比设计应经过目标配合比设计、　生产配合比设计和生产配合比验证三个阶段。规范采用马歇　尔试验配合比设计方法。　２．１　目标配合比设计阶段　目标配合比设计阶段的任务是确定矿料的最大粒径、级配　类型及最佳沥青用量。　２．１．１确定矿料最大粒径　矿料最大粒径Ｄ对沥青混合料的路用性能影响很大，工　程实践和研究表明，当结构层厚度ｈ与矿料最大粒径Ｄ的比　值减小时，沥青混合料的高温稳定性提高，车辙量减少，但抗疲　劳能力降低；当ｈｉＤ增加时，矿料的细集料含量多，沥青用量　增大，沥青混合料的抗疲劳特性提高，但抗车辙能力降低。通　常取ｈｉＤ≥２，尤其是在使用国产沥青时，ｈｉＤ就更接近于２。　控制了结构层厚度与最大粒径之比，此时沥青混合料的施工和　易性、压实性较好，易于达到规定的密实度和平整度，从而保证　沥青混合料的路用性能符合要求。　２．１．２确定矿料级配　对于交通量大，轴载重及抗车辙性能要求高的公路，可取　现行《沥青路面施工技术规范》表中所列级配范围的中下限，矿　料偏粗；对！｝：交通量小、轴载轻的公路或人行道，可取级配范围　的中上限，矿料偏细。　２．１．３确定最佳沥青用量　现行规范中规定，确定最佳的沥青用量是找出马歇尔指标　均符合要求的共同范围，尽管马歇尔试验的过程比较精密，但　也不可能排除人为及其他有关的环境、操作等因素影响，因此　应根据表所列沥青用量范围，参考以前的经验来初步估计恰当　的沥青用量，并以该估计值为中值。以０．５为步长上下变化沥　青用量，取５个不同的沥青用量制备马歇尔试验的试件，按规　定的试验温度和试验方法进行马歇尔试验，测定混合料的稳定　度和流值，并计算其密度、空隙率、饱和度及矿料间隙率。最终　确定配合比最佳用油量。　２．１．４稳定性和耐久性检验　由于马歇尔试验及其各项指标不能准确、客观地描述沥青　混合料的路用性能，按上述步骤设计的沥青混合料应作稳定性　沥青过早老化，使沥青路面产生破坏。虽然稳定度符合要求，　但仍要调整空隙率，通常以增加矿粉的用量、粗的矿粉更换成　细的矿粉来达到目的。　与耐久性检验。稳定性包括高温稳定性与低温抗裂性，而耐久　性包括抗水剥离性与老化性。　各级公路路面的沥青混合料的高温稳定性要求如下：沥青　混合料６ｏ℃时，高速公路：ＤＳ＞８００次／ｍｍ，一级公路ＤＳ＞６００　次／ｍｍ。在做动稳定度试验时，一定要控制好料温及试件成型　温度，因为它直接影响着结果的真实性。试验动稳定度不符合　（５）空隙率高，稳定度低时，可以采用两种方法进行改善：　调整矿料的级配或增加沥青的用量；如果前述的方法不能满足　要求时，应当考虑更换矿质材料再进行配合比设计，直至满足　规范要求为止。　２．２生产配合比设计　要求，则沥青混合料的高温稳定性不足，应对矿料级配或沥青　用量进行调整，重新进行混合料组成设计。　为提高混合料的高温稳定性，可采用提高粘结力和内摩阻　室内配合比还不能作为最终配合比使用，必须根据拌和设　备性能、施工控制精度及材料变异情况进行试拌后进一步调　整，直至使拌和设备生产出的混合料指标达到规范规定，方可　力的方法解决。在沥青混合料中，增加粗矿料含量，使粗矿料　形成空间骨架结构，从而提高沥青混合料的内摩阻力。适当地　提高沥青材料的黏稠度，控制沥青与矿料的比值（油石比），严　格控制沥青用量，采用具有活性矿粉，以改善沥青与矿料的相　互作用，就能提高沥青混合料的粘结力。　为提高混合料低温抗裂性，应选用稠度较低、温度敏感性　低、抗老化能力强的沥青，在沥青中掺入橡胶等高聚物，也能大　大提高混合料低温抗裂性。　为提高混合料的耐久性，一般在混合料中应残留３％～　６％空隙（或以饱水率２％～４％计）。　在配合比设计中，控制混合料空隙率与稳定度两个重要的　指标，对调整混合料稳定性和耐久性特别重要，现对它们之间　的关系问题进行分析，提出处理措施：　（１）空隙率低，稳定度也低时，可用很多方法来增加空隙　率：调整矿料的级配，在容许的范围内增加粗集料用量；减少细　集料的用量；如果沥青混合料的油石比高于正常量，而且超出　的量不能被矿料吸收时，油石比可予以适当地降低以增加空　隙。如果上述两种方法都不能满足要求时，应当考虑更换骨　料。通常可以增加粗集料、减少细集料来改善沥青混合料的稳　定度和空隙率。　（２）空隙率低，但稳定度尚能满足要求时，可能会导致沥青　路面出现壅包和泛油等病害，对此应当对矿料的级配予以适当　调整，增加粗集料用量，减少细集料用量，同时应适当降低沥青　混合料的油石比。　（３）空隙率能满足要求，但稳定度低时，说明矿料的质量不　好，集料的压碎值和石料的抗压强度太差和细长扁平颗粒含量　过高，需更换矿料重新进行试验，直至满足规范要求为止。此　外，还可以考虑采用稠度较高的沥青。　（４）空隙率高，但稳定度能满足要求时，因高的空隙率具有　较高的渗透性，雨水和空气可以通过路表穿过路面，最终导致　作为生产配合比使用。　以上述室内矿料级配及沥青用量为目标配合比，来确定拌　和机各冷料仓的供料比例、进料速度，进行试拌。对间歇式拌　机，必须从二次筛分后进入各热料仓的材料取样进行筛分试　验，以确定各热料仓的材料比例，供拌和机控制室使用。同时　反复调整冷料仓进料比例，以达到供料均衡。取目标配合比设　计的最佳沥青用量、最佳沥青用量４－０．３％，三个沥青用量进行　马歇尔试验，确定生产配合比的最佳沥青用量。用连续式拌和　机拌和时，目标配合比设计就是生产配合比设计。　２．３生产配合比验证阶段　拌和机采用生产配合比进行试拌，在现场铺筑试验段。试　验人员分别采用拌和的沥青混合料及路上钻取的芯样进行马　歇尔试验，由此确定生产用的标准配合比。以标准配合比作为　生产拌和机上控制的依据和施工质量检验的标准。标准配合　比的矿料级配，至少应包括０．０７５　ｍｉｌｌ、２．３６　ｍｉｌｌ、４．７５　ｍｉｌｌ三档　的筛孔通过率接近要求级配的中值。　设计确定的标准配合比在施工过程中不得随意变更。在　生产过程中，如遇进场材料发生变化或经检测沥青混合料的矿　料级配、马歇尔技术指标不符合要求时，应及时调整配合比，使　沥青混合料质量符合要求并保持相对稳定，必要时重新进行配　合比设计。　３结论与建议　高等级公路沥青混凝土配合比设计是一项复杂而细致的　工作，必须严格控制各个环节，才能得出可靠的配合比。结合　近几年在工程施工中发现的问题，认为抓好以下工作是搞好工　程质量的关键：①加强对原材料的检验工作。②施工单位自检　体系要严格控制材料规格、用量和矿料级配组成及沥青用量。　沥青混凝土的沥青用量应按马歇尔稳定度试验确定，并应在施　工过程中经常加以校验。施工中自始至终用一次马歇尔稳定　度试验来控制质量是不合理的。