如何进行热拌沥青混合料配合比设计
如何进行热拌沥青混合料配合比设计
文 刚
摘要：本文首先阐述热拌沥青混合料的组成和配合比的步骤，进而确定工程设计级配范围，进行各种材料的选择和准备与矿料配合比设计，再而通过马歇尔试验确定最佳沥青用量(或油石比)，最后论述如何进行配合比设计检验。
关键词：热拌沥青混合料；配合比设计；最佳沥青含量。
热拌沥青混合料是经人工组配的矿质混合料与粘稠沥青在专门设备中加热拌和而成，用保温运输工具运送至施工现场，并在热态下进行摊铺和压实的混合料。热拌沥青混合料的配合比设计应通过目标（试验）配合比设计、生产配合比设计及生产配合比验证三个阶段，试验室配合比设计可分为：确定沥青混合料的材料品种及配比、矿料级配、最佳沥青用量。通常采用马歇尔试验配合比设计方法。
一、确定工程设计级配范围
沥青路面工程的混合料设计级配范围由工程设计文件或招标文件规定，密级配沥青混合料的设计级配宜在规定的级配范围内，根据公路等级、工程性质、气候条件、交通条件、材料品种，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，必要时允许超出规范级配范围。经确定的工程设计级配范围是配合比设计的依据，不得随意变更。
调整工程设计级配范围宜遵循：
1、对夏季温度高、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。
2、为确保高温抗车辙能力，同时兼顾低温抗裂性能的需要。配合比设计时宜适当减少公称最大粒径附近的粗集料用量，减少0.6mm以下部分细粉的用量，使中等粒径集料较多，形成S型级配曲线，并取中等或偏高水平的设计空隙率。
3、确定各层的工程设计级配范围时应考虑不同层位的功能需要，经组合设计的沥青路面应能满足耐久、稳定、密水、抗滑等要求。
4、根据公路等级和施工设备的控制水平，确定的工程设计级配范围应比规范级配范围窄，其中4.75mm和2.36mm通过率的上下限差值宜小于12％。
5、沥青混合料的配合比设计应充分考虑施工性能，使沥青混合料容易摊铺和压实，避免造成严重的离析。
二、材料选择与准备
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。配合比设计所用的各种材料必须符合气候和交通条件的需要。其质量应符合规范技术要求。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，满足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。
三、矿料配比设计
高速公路和一级公路沥青路面矿料配合比设计宜借助电子计算机的电子表格用试配法进行。其他等级公路沥青路面也可参照进行。
矿料级配曲线按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》T 0725的方法绘制，以原点与通过集料最大粒径100％的点的连线作为沥青混合料的最大密度线。
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。
根据当地的实践经验选择适宜的沥青用量，分别制作几组级配的马歇尔试件，测定VMA，初选一组满足或接近设计要求的级配作为设计级配。
四、马歇尔试验
配合比设计马歇尔试验技术标准按规范规定执行。沥青混合料试件的制作温度按规定确定，并与施工实际温度相一致，普通沥青混合料如缺乏粘温曲线时可参照施工规范执行，改性沥青混合料的成型温度在此基础上再提高10℃～20℃。
1、按所测各种材料的技术指标值，计算矿料混合料的合成毛体积相对密度γsb。
2、计算矿料混合料的合成表观相对密度γsa。
按式1或按式2预估沥青混合料的适宜的油石比Pa或沥青用量为Pb。
3、确定矿料的有效相对密度
对非改性沥青混合料，宜以预估的最佳油石比拌和2组的混合料，采用真空法实测最大相对密度，取平均值。然后由下式反算合成矿料的有效相对密度γse。
4、以预估的油石比为中值，按一定间隔(对密级配沥青混合料通常为0.5%，对沥青碎石混合料可适当缩小间隔为0.3%～0.4％)，取5个或5个以上不同的油石比分别成型马歇尔试件。每一组试件的试样数按现行试验规程的要求确定，对粒径较大的沥青混合料，宜增加试件数量。
5、测定压实沥青混合料试件的毛体积相对密度γf和吸水率，取平均值。测试方法应遵照以下执行：
1）通常采用表干法测定毛体积相对密度；
2）对吸水率大于2％的试件，宜改用蜡封法测定的毛体积相对密度。
6、确定沥青混合料的最大理论相对密度
1）对非改性的普通沥青混合料，在成型马歇尔试件的同时，要求用真空法实测各组沥青混合料的最大理论相对密度γti。当只对其中一组油石比测定最大理论相对密度时，也可按式6或7计算其他不同油石比时的最大理论相对密度γti。
2）对改性沥青或SMA混合料宜按式6或7计算各个不同沥青用量混合料的最大理论相对密度。
7、按式8、9、10计算沥青混合料试件的空隙率、矿料间隙率VMA、有效沥青的饱和度VFA等体积指标，取1位小数，进行体积组成分析。
8、进行马歇尔试验，测定马歇尔稳定度及流值。
五、确定最佳沥青用量(或油石比)
1、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，将试验结果点入图中，连成圆滑的曲线。如果没有涵盖设计空隙率的全部范围，试验必须扩大沥青用量范围重新进行。
2、根据试验曲线的走势，按下列方法确定沥青混合料的最佳沥青用量OAC1。
1）在曲线图1上求取相应于密度最大值、稳定度最大值、目标空隙率(或中值)、沥青饱和度范围的中值的沥青用量a1、a2、a3、a4。按式11取平均值作为OAC1。
OAC1= (a1十a2十a3十a4)/ 4 式11
2）如果在所选择的沥青用量范围未能涵盖沥青饱和度的要求范围，按式12求取3者的平均值作为OAC1。
OAC1= (a1十a2十a3)/3 式12
3）对所选择试验的沥青用量范围，密度或稳定度没有出现峰值(最大值经常在曲线的两端)时，可直接以目标空隙率所对应的沥青用量a3作为OAC1，但OAC1必须介于OACmin～OACmax的范围内。否则应重新进行配合比设计。
3、以各项指标均符合技术标准(不含VMA)的沥青用量范围OACmin～OACmax的中值作为OAC2。
OAC2=(OACmin十OACmax)/2 式13
4、通常情况下取OAC1及OAC2的中值作为计算的最佳沥青用量OAC。
OAC=(OAC1十OAC2)/2 式14
5、按计算的最佳油石比OAC，从图1中得出所对应的空隙率和VMA值，检验是否能满足规范关于最小VMA值的要求。当空隙率不是整数时，最小VMA按内插法确定，并将其画入图1中。
6、检查图1中相应于此OAC的各项指标是否均符合马歇尔试验技术标准。
7、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OAC。
1）调查当地各项条件相接近的工程的沥青用量及使用效果，论证适宜的最佳沥青用量。检查计算得到的最佳沥青用量是否相近，如相差甚远，应查明原因，必要时重新调整级配，进行配合比设计。
2 ）对炎热地区公路以及高速公路、一级公路的重载交通路段，山区公路的长大坡度路段，预计有可能产生较大车辙时，宜在空隙率符合要求的范围内将计算的最佳沥青用量减小0.1％～0.5％作为设计沥青用量。如果试验段试拌试铺达不到此要求时，宜调整所减小的沥青用量的幅度。
3）对寒区公路、旅游公路、交通量很少的公路，最佳沥青用量可以在OAC的基础上增加0.1％～0.3％，以适当减小设计空隙率，但不得降低压实度要求。
六、配合比设计检验
1、对用于高速公路和一级公路的密级配沥青混合料，需在配合比设计的基础上按规范要求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。其他等级公路的沥青混合料可参照执行。
2、配合比设计检验按计算确定的设计最佳沥青用量在标准条件下进行。如按照上述的方法将计算的设计沥青用量调整后作为最佳沥青用量，或者改变试验条件时，各项技术要求均应适当调整，不宜照搬。
3、高温稳定性检验。对公称最大粒径等于或小于19mm的混合料，按规定方法进行车辙试验，动稳定度应符合规范的要求。
4、水稳定性检验。按规定的试验方法进行浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验，残留稳定度及残留强度比均必须符合规范规定。
5、低温抗裂性能检验。对公称最大粒径等于或小于19mm的混合料，按规定方法进行低温弯曲试验，其破坏应变宜符合规范要求。
6、渗水系数检验。利用轮碾机成型的车辙试件进行渗水试验检验的渗水系数宜符合规范要求。
7、钢渣活性检验。对使用钢渣的沥青混合料，应按规定的试验方法检验钢渣的活性及膨胀性试验，并符合规范的要求。
8、根据需要，可以改变试验条件进行配合比设计检验，如按调整后的最佳沥青用量、变化最佳沥青用量OAC±0.3％、提高试验温度、加大试验荷载、但不宜用规范规定的技术要求进行合格评定。
参考文献：
[1]JTG F80/1-2004 公路工程质量检验评定标准.
[2] JTG D50-2006 公路沥青路面设计规范.
[3]JTG F40-2004 公路沥青路面施工技术规范
[4]严家伋 道路建筑材料 人民交通出版社.
