浅谈沥青公路混合料配合比设计

　　摘要：本文结合沥青混凝土路面工程实例，论述了沥青混合料配合比设计中影响沥青路面使用品质的几点重要因素，包括工程设计级配范围的确定、原材料选择与准备、矿料配合比设计、马歇尔试验、确定最佳沥青用量、配合比设计检验。
　　关键词：沥青混合料；级配设计、原材料、马歇尔试验、配合比设计、最佳沥青用量
　　引言：随着经济的飞速发展，我国交通运输业特别是公路运输业显现出突飞猛进的态势,公路交通量越来越大，轴载迅速增长，车速不断提高，严重影响了沥青路面的使用质量，缩短了沥青路面的使用寿命；同时，沥青路面的病害现象（如泛油、裂缝、坑槽、局部沉陷、松散、车辙等）的普遍性和严重性，对路面的正常使用已构成了严重的威胁。这给沥青路面的使用性能提出了愈来愈高的要求，而影响沥青面层使用性能的关键是沥青混合料的设计。本文就结合工程实例对沥青混合料配合比设计进行探讨。
　　一、工程设计级配范围的确定
　　选择合适的沥青混合料级配类型是确保沥青凝土路面面层质量的前提。密级配沥青混合料是设计级配应根据公路等级、工程性质、气候条件、交通条件、材料品种等因素，通过对条件大体相当的工程使用情况进行调查研究后调整确定。夏季温度高、高温持续时间长，重载交通多的路段，宜选用粗型密级配沥青混合料(AC-C型)，并取较高的设计空隙率。对冬季温度低、且低温持续时间长的地区，或者重载交通较少的路段，宜选用细型密级配沥青混合料(AC-F型)，并取较低的设计空隙率。沥青混凝土面层集料的最大粒径宜从上层至下层逐渐增大。上层宜使用中粒式及细粒式，且上面层沥青混合料集料的最大粒径不宜超过层厚1/2，中、下面层集料的最大粒径不宜超过层厚的2/3。采用双层或三层式结构的沥青混凝土面层中应有一层及一层以上是Ⅰ型密级配沥青混凝土混合料，以防水下渗。若上面层采用Ⅱ型沥青混凝土，中面层应采用Ⅰ型沥青混凝土，AM型开级配沥青碎石不宜作面层，仅可做联结层。
　　二、原材料选择与准备
　　要保证沥青混合料的质量，必须对原材料进行严格的选择和检验，这也是在沥青混合料配合比设计前必不可少的一个重要环节。选择确定原材料应根据设计文件对路面结构和使用品质的要求，按照《公路沥青路面施工技术规范》的相关规定，结合材料的供应情况，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》和《公路工程集料试验规程》的要求进行检验，然后择优选材。组成沥青混凝土的原材料主要有：不同规格的粗集料、细集料、填充料（矿粉）、胶结料（沥青）。选择原材料按以下原则：技术性好（满足技术指标要求），经济性好，结合环保就地取材。配合比设计的各种矿料必须按现行《公路工程集料试验规程》规定的方法，从工程实际使用的材料中取代表性样品。进行生产配合比设计时，取样至少应在干拌5次以后进行。当单一规格的集料某项指标不合格，但不同粒径规格的材料按级配组成的集料混合料指标能符合规范要求时，允许使用。
　　1、沥青
　　沥青是沥青混凝土的主要组成材料之一，是决定沥青混合料质量的主要因素。不同等级的公路应选择合适的沥青等级。各级道路石油沥青的适用范围见下表：
　　
　　对高速公路、一级公路，夏季温度高、高温持续时间长、重载交通的地区宜采用稠度大、60℃粘度大的沥青，也可提高高温气候分区的温度水平选用沥青等级；对冬季寒冷的地区或交通量小的公路宜选用稠度小、低温延度大的沥青；对温度日温差、年温差大的地区宜注意选用针入度指数大的沥青。因此选择沥青时，除了要注意沥青自身品质的优劣以外，还要注意沥青标号对当地环境、空气、气温的适应性，既要兼顾冬季的抗裂性，又要兼顾到夏季的抗塑变能力。
　　2、粗集料
　　沥青混凝土用粗集料包括碎石、破碎砾石、筛选砾石、钢渣、矿渣等，但高速公路和一级公路不得使用筛选砾石和矿渣，筛选砾石仅适用于三级及三级以下公路的沥青表面处治路面。粗集料应该洁净、干燥、表面粗糙并应通过检验满足沥青混合料用粗集料质量技术要求。粗集料技术指标包括压碎值、磨耗值、表观相对密度、吸水率、坚固性、针片状颗粒含量、粗集料与沥青的粘附性和磨光值等。佛山地区选用的粗集料多为石灰岩，这中材料耐磨性较差，但与沥青的粘结力非常好，是修筑较薄沥青路面的理想材料。
　　3、细集料
　　沥青路面的细集料包括天然砂、机制砂、石屑。细集料应该洁净、干燥、无风化、无杂质，并有适当的颗粒级配。热拌密级配沥青混合料中天然砂的用量通常不宜超过集料总量的20%，SMA和OGFC混合料不宜使用天然砂。细集料在沥青混合料中起到增加颗粒间嵌锁作用，减少粗集料间的孔隙，从而增加混合料的稳定性。因此，在选用细集料时，必须先通过检验满足沥青混合料用细集料质量要求后才可使用。
　　4、填料
　　选择填料时一定要考虑能否满足亲水性和细度要求，能否改善沥青与集料的粘结力。根据集料的性质不同选择不同的填料，对于碱性集料，可选择磨细的石粉作填料；对于中性材料，可使用磨细的石灰石粉；另外，根据不同情况还可选用水泥消石灰等作填料。沥青混合料的矿粉必须采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得到的矿粉，原石料中的泥土杂质应除净。当使用粉煤灰作为填料时，用量不得超过填料总量的50%，粉煤灰的烧失量应小于12%，与矿粉混合后的塑性指数应小于4%，但高速公路、一级公路的沥青面层不宜采用粉煤灰做填料。
　　三、矿料配合比设计
　　合理的级配是良好混合料的必要条件。对高速公路和一级公路，宜在工程设计级配范围内计算1～3组粗细不同的配比，绘制设计级配曲线，分别位于工程设计级配范围的上方、中值及下方。设计合成级配不得有太多的锯齿形交错，且在0.3mm～0.6mm范围内不出现“驼峰”。当反复调整不能满意时，宜更换材料设计。一般情况下应使试配结果尽量靠近级配范围的中值。
　　四、马歇尔试验
　　按照规范推荐，根据以往经验固定一个最佳沥青含量的范围，以0.5%间隔的不同油石比配置5～6组试件，分别进行马歇尔稳定度、流值、密度、理论最大密度等试验。关于试件的密度，各国都采用毛体积相对密度，但具体测定时又有表干法、水中重法、蜡封法、体积法之分。《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中明确规定了吸水率不大于2%的各种沥青混合料试件采用表干法；几乎部吸水的密实的Ⅰ型沥青混合料采用水中重法；吸水率大于2%的沥青混凝土或沥青碎石混合料试件采用蜡封法；不能用表干法、蜡封法测定空隙率较大的沥青碎石混合料及大空隙透水性开级配沥青混合料试件采用体积法。其中沥青混合料的最大理论相对密度的确定，分别有两种不同的方法，它们的适用范围各有不同，对于非改性的普通沥青混合料，在成型马歇尔试件的同时，应用真空法实测各组沥青混合料的最大理论相对密度；对改性沥青或SMA混合料宜按公式计算各个不同沥青用量混合料的最大理论相对密度。
　　五、确定最佳沥青用量
　　根据马歇尔试验的结果，以油石比或沥青用量为横坐标，以马歇尔试验的各项指标为纵坐标，画图练成圆滑的曲线。根据密度最大值、稳定度最大值、目标空隙率（或中值）、沥青饱和度范围的中值求出沥青用量的平均值OAC1，一各项指标均符合技术标准的沥青用量范围OACmin~OACmax的中值作为OAC2，再以OAC1和OAC2的中值作为计算的最佳沥青用量。但还应根据实践经验和公路等级、气候条件、交通情况，调整确定最佳沥青用量。
　　六、配合比设计检验
　　根据之前确定的沥青最佳用量，成型沥青混合料试件，对其进行高温稳定性、水稳定性和低温抗裂性能、渗水试验等检验，其中高速公路和一级公路的密级配沥青配合料，需在配合比设计的基础上进行各种使用性能的检验不符合要求的沥青混合料，必须更换材料或重新进行配合比设计。
　　七、工程应用实例
　　以佛山市顺德区容桂桂洲大道西排水管、建设工程沥青路面所使用的AC-16C密级配沥青混合料的配合比设计作简单论述，该工程道路设计等级为一级公路。
　　1、材料的选择：沥青为茂名市产道路石油沥青70号（1-4）B级、集料分别有三水产10-20mm石、5-10mm石、石屑、填料为三水产矿粉。所有材料均已检验符合《公路沥青路面施工技术规范》JTGF40-2004的技术要求。

　　2、AC-16C密级配沥青混合料矿料组成见下表：
　　
　　3、马歇尔试验
　　以预估沥青混合料的适宜沥青用量为中值，按±0.5％的间隔成型5组马歇尔试件，按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTJ052-2000规定的方法对各组试件进行检验，检验结果见下表：
　　
　　4、确定最佳沥青用量
　　经过马歇尔最佳沥青用量试验，根据《公路沥青路面施工技术规范》JTGF40-2004中关于AC-16C密级配沥青混合料马歇尔配合比设计要求，通过热拌沥青混合料配合比设计方法，确定该组AC-16C密级配沥青混合料配合比设计最佳沥青用量为4.6%，油石比为4.8%。
　　
　　5、配合比设计检验
　　
　　八、结束语
　　综上所述，影响沥青混凝土路面使用性能的因素很多，我们应从源头抓起，严格控制原材料质量，优化沥青混合料配合比设计。我们只有不断努力优化沥青混合料配合比设计方法，才能不断提高沥青路面的使用性能，为公路工程更好的作出贡献。
　　
　　参考文献：
　　［1］公路工程沥青路面施工技术规范JTGF40-2004,北京：人民交通出版社，2004
　　［2］公路工程沥青及沥青混合料试验规程JTJ052-2000，北京：人民交通出版社，2000
　　［3］公路工程集料试验规程JTGE42-2005，北京：人民交通出版社，2005