沥青混凝土配合比设计方法探讨

        近年来，沥青路面在公路面中占居主导地位。随着我国国民经济的迅速发展，公路交通量越来越大，轴载迅速增长，车速不断提高，沥青路面发生的质量问题也越来越多，有的前修后坏，有的使用周期达不到设计年限。这给沥青路面的使用品质提出了愈来愈高的要求，而影响沥青面层使用性能的重要因素是混合料的级配组成。本文对沥青混合料配合比设计作一探讨。　　 　　1 级配类型的选择　　 　　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。沥青混凝土面层的设计一般依据《公路沥青路面施工技术规范》（JTJ032—94）(以下简称《规范》)《公路沥青路面设计规范》（JTJ014—97）和《公路工程集试验规程》（JTJ058—2000）。我国现行规范规定，上面层沥青混合料的最大粒径不宜超过该层厚的1／2，中面层沥青混合料的集料最大粒径不宜超过该层厚的2／3；沥青路面结构层混合料的集料最大公称尺寸不宜超过该层厚的1／3，对于粗的混合料，这个比例还应减小。由此分析，厚度一定的沥青面层，若按《公路沥青路面施工技术规范》最低要求选择级配类型，则沥青混合料集料的粒径普遍偏大，何况还有0～5%的颗粒超过最大粒径，这样势必对沥青混凝土路面的施工带来难以解决的施工难度，如摊铺机的熨平板易拉动大粒径的骨料，尤其比最大粒径大0～5%的超粒径骨料；若采用细料弥补，易破坏沥青混凝土混合料的级配，使局部部位的面层压实度难以控制，或使沥青混凝土面层空隙率偏大，渗水严重等。濮阳市的沥青路面结构多年来一直采用的是4cm+3cm的厚度组合模式，这种组合模式对沥青混合料类型的选择有很大的局限性。4cm的下面层最大粒径一般不超过25mm，3cm上面层最大粒径一般不宜超过15mm；根据近年来濮阳地区路面所用材料的情况，经调查、试验、分析、比较可知，下面层的选择余地较宽，多采用AG-201级配类型。而上面层混合料型的选择非常困难。3cm厚的上面层，按照《沥青路面施工技术规范》的规定，选择AC-10I型较合适，AC-10I型公称最大粒径为13.2mm。最大粒径为15mm。这使我们在选材上有了很大的局限性，要实现这一配合比的合理选择，必须通过两种渠道来把关：一是尽量多的考察集料资源，二是拌和机的振动筛一定要根据不同级配类型要求的筛孔专门定做。　　 　　2 原材料的选择　　 　　要保证工程质量，必须对工程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《规范》的相关规定，结合地材的供应情况，按照相关试验规程的要求进行检验，然后择优选材，使材料的各项技术指标都符合规定的技术要求。　　 　　2.1 选材原则　　 　　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。　　 　　2.2 沥青的选择　　 　　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。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、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。近几年，濮阳市根据当地环境、气候条件及交通状况，选择了AH-90广泛应用于路网改造项目中，对提高沥青咱面的使用品质发挥了很大作用。　　 　　2.3 粗集料的选择　　 　　粗集料在沥青混凝土面层中的作用是通过颗粒间的嵌锁作用提供稳定性，通过其摩擦作用抵抗位移。其形状和表面纹理都影响沥青混凝土的稳定性，所以选择粗集料时，要严格按照粗集料的技术要求选择。即压碎值、磨光值、吸水率、粘附性、针偏状颗粒含量等均符合要求。结合本地区选用的粗集料多为石灰岩，这种耐磨性较差，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。主要规格有：20~40mm、10~20mm、5~10mm、3~6mm。　　 　　2.4 细集料的选择　　 　　细集料一般是指天然砂、人工砂、石屑等，在沥青混合料中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。选择细集料时，除考虑应满足规范规定的技术指标外还应考虑级配情况，与沥青的粘结力以及耐磨性和对混合料的稳定性。　　 　　2.5 填料的选择　　 　　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。　　 　　3 沥青混合料配合比设计　　 　　《规范》规定对沥青混合料的配合比设计采用三阶段配合比设计法。这一方法的目的是为了使设计程序化和深入化，使设计结果更加符合生产实际，以充分起到指导施工的作用。　　 　　3.1 目标配合比设计　　 　　根据设计文件结构层的要求，选择相应的合格材料，先进行矿料级配比计算，找出最佳状态的配合比。一般情况下应使试配结果尽量靠近级配范围的中值。参照《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、孔隙率、试件密度、流值、沥青最佳沥青用量OAC，然后再按最佳沥青用量OAC制件，做水稳定性检验和高温稳定性检验。根据验证结果，若达不到相关规定则另选材料、调整级配或采取其他措施重做试验，直到符合要求，确定出较理想的目标配合比。　 　　3.2 生产配合比设计　　 　　目标配合比确定以后，要使实际施工中所采用的沥青混合料拌和设备进行生产配合设计。试验前，首先根据路面结构的级配类型，选择适当尺寸的振动筛。选择时要遵循：　　 　　（1）动筛的最大筛孔应使超粒径的矿料排出，保证最大粒径筛孔的通过量在要求的级配范围内；　　 　　（2）振动分档应使各热料仓的材料保持均衡，以提高生产效率；　　 　　（3）应注意振动筛的孔径要与室内试验方孔筛尺寸的对应关系。试验时，矿料按目标配合比设计的比例由冷料仓取样进行各项指标试验，使其合成级配在要求范围内并大致接近中值，按此配比进行拌和，用热拌合料进行马歇尔试验，此试验的油石比采用目标配合比确定的油石比±0.3%进行试验。按照与目标配合比相同的试验方法确定最佳用油量，所得结果为生产配合比。据此结果根据拌和设备的拌和能力确定每盘料所需各热仓的矿料数量和沥青的数量。　　 　　3.3 生产配合比的验证　　 　　生产配合比的验证是通过实际施工对预期结果的验证，也是从感性的角度对沥青混合料配合比设计的评估，同时也是对施工单位制定的施工方案的检验，检验期拌和、运输、摊铺、碾压工艺等的可行性和设备的匹配情况。这可从混合料的颜色、拌和均匀度、离析情况、碾压后的表面状况等方面做出判断：同时可组织试验人员对拌和摊铺后的混合料及时取样，进行抽提如马歇尔试验，对碾压段进行钻芯取样等各种检验，并对生产的全过程监控，检查各种设备参数材料投放是否准确。整理出该阶段的所有数据，进行对比分析，若有指标不到规范要求，应对生产配合比或有关工艺做出调整，直至达到设计要求，据此写出总结报告，报监理及业主批准实施。 　　4 沥青混合料三阶配合比设计的意义　　 　　沥青混合料的配合比采用三阶段设计对施工具有非常大的指导意义，其真正使室内试验与施工生产联系在了一起。但是，在实际施工中还应注意以下几点：　　 　　（1）必须克服以往只对混合料配合比设计采用目标配合比，而忽视生产配合比和验证配合比；也不能碰到一些指标不合格或试验有困难就放弃。特别应注意在生产配合比设计阶段，要严格控制冷料仓和热料仓的配比；当材料发生变化时，要及时调整配合比。　　 　　（2）在进行配合比设计时，要具体问题具体分析，不能死搬硬套《规范》规定。在不脱离《规范》的情况下，根据不同的材料，灵活的进行配比设计。　　 　　（3）在配合比设计过程中，要和施工生产的实际情况相结合，不能脱离现有的技术条件；同时要严格施工管理，使混合料的生始终控制在设计的最佳状态。