如何進行熱拌瀝青混合料配合比設(shè)計
如何進行熱拌瀝青混合料配合比設(shè)計
文 剛
摘要：本文首先闡述熱拌瀝青混合料的組成和配合比的步驟，進而確定工程設(shè)計級配范圍，進行各種材料的選擇和準備與礦料配合比設(shè)計，再而通過馬歇爾試驗確定最佳瀝青用量(或油石比)，最后論述如何進行配合比設(shè)計檢驗。
關(guān)鍵詞：熱拌瀝青混合料；配合比設(shè)計；最佳瀝青含量。
熱拌瀝青混合料是經(jīng)人工組配的礦質(zhì)混合料與粘稠瀝青在專門設(shè)備中加熱拌和而成，用保溫運輸工具運送至施工現(xiàn)場，并在熱態(tài)下進行攤鋪和壓實的混合料。熱拌瀝青混合料的配合比設(shè)計應通過目標（試驗）配合比設(shè)計、生產(chǎn)配合比設(shè)計及生產(chǎn)配合比驗證三個階段，試驗室配合比設(shè)計可分為：確定瀝青混合料的材料品種及配比、礦料級配、最佳瀝青用量。通常采用馬歇爾試驗配合比設(shè)計方法。
一、確定工程設(shè)計級配范圍
瀝青路面工程的混合料設(shè)計級配范圍由工程設(shè)計文件或招標文件規(guī)定，密級配瀝青混合料的設(shè)計級配宜在規(guī)定的級配范圍內(nèi)，根據(jù)公路等級、工程性質(zhì)、氣候條件、交通條件、材料品種，通過對條件大體相當?shù)墓こ淌褂们闆r進行調(diào)查研究后調(diào)整確定，必要時允許超出規(guī)范級配范圍。經(jīng)確定的工程設(shè)計級配范圍是配合比設(shè)計的依據(jù)，不得隨意變更。
調(diào)整工程設(shè)計級配范圍宜遵循：
1、對夏季溫度高、高溫持續(xù)時間長，重載交通多的路段，宜選用粗型密級配瀝青混合料(AC-C型)，并取較高的設(shè)計空隙率。對冬季溫度低、且低溫持續(xù)時間長的地區(qū)，或者重載交通較少的路段，宜選用細型密級配瀝青混合料(AC-F型)，并取較低的設(shè)計空隙率。
2、為確保高溫抗車轍能力，同時兼顧低溫抗裂性能的需要。配合比設(shè)計時宜適當減少公稱最大粒徑附近的粗集料用量，減少0.6mm以下部分細粉的用量，使中等粒徑集料較多，形成S型級配曲線，并取中等或偏高水平的設(shè)計空隙率。
3、確定各層的工程設(shè)計級配范圍時應考慮不同層位的功能需要，經(jīng)組合設(shè)計的瀝青路面應能滿足耐久、穩(wěn)定、密水、抗滑等要求。
4、根據(jù)公路等級和施工設(shè)備的控制水平，確定的工程設(shè)計級配范圍應比規(guī)范級配范圍窄，其中4.75mm和2.36mm通過率的上下限差值宜小于12％。
5、瀝青混合料的配合比設(shè)計應充分考慮施工性能，使瀝青混合料容易攤鋪和壓實，避免造成嚴重的離析。
二、材料選擇與準備
配合比設(shè)計的各種礦料必須按現(xiàn)行《公路工程集料試驗規(guī)程》規(guī)定的方法，從工程實際使用的材料中取代表性樣品。進行生產(chǎn)配合比設(shè)計時，取樣至少應在干拌5次以后進行。配合比設(shè)計所用的各種材料必須符合氣候和交通條件的需要。其質(zhì)量應符合規(guī)范技術(shù)要求。當單一規(guī)格的集料某項指標不合格，但不同粒徑規(guī)格的材料，滿足按級配組成的集料混合料指標能符合規(guī)范要求時，允許使用。
三、礦料配比設(shè)計
高速公路和一級公路瀝青路面礦料配合比設(shè)計宜借助電子計算機的電子表格用試配法進行。其他等級公路瀝青路面也可參照進行。
礦料級配曲線按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》T 0725的方法繪制，以原點與通過集料最大粒徑100％的點的連線作為瀝青混合料的最大密度線。
對高速公路和一級公路，宜在工程設(shè)計級配范圍內(nèi)計算1～3組粗細不同的配比，繪制設(shè)計級配曲線，分別位于工程設(shè)計級配范圍的上方、中值及下方。設(shè)計合成級配不得有太多的鋸齒形交錯，且在0.3mm～0.6mm范圍內(nèi)不出現(xiàn)“駝峰”。當反復調(diào)整不能滿意時，宜更換材料設(shè)計。
根據(jù)當?shù)氐膶嵺`經(jīng)驗選擇適宜的瀝青用量，分別制作幾組級配的馬歇爾試件，測定VMA，初選一組滿足或接近設(shè)計要求的級配作為設(shè)計級配。
四、馬歇爾試驗
配合比設(shè)計馬歇爾試驗技術(shù)標準按規(guī)范規(guī)定執(zhí)行。瀝青混合料試件的制作溫度按規(guī)定確定，并與施工實際溫度相一致，普通瀝青混合料如缺乏粘溫曲線時可參照施工規(guī)范執(zhí)行，改性瀝青混合料的成型溫度在此基礎(chǔ)上再提高10℃～20℃。
1、按所測各種材料的技術(shù)指標值，計算礦料混合料的合成毛體積相對密度γsb。
2、計算礦料混合料的合成表觀相對密度γsa。
按式1或按式2預估瀝青混合料的適宜的油石比Pa或瀝青用量為Pb。
3、確定礦料的有效相對密度
對非改性瀝青混合料，宜以預估的最佳油石比拌和2組的混合料，采用真空法實測最大相對密度，取平均值。然后由下式反算合成礦料的有效相對密度γse。
4、以預估的油石比為中值，按一定間隔(對密級配瀝青混合料通常為0.5%，對瀝青碎石混合料可適當縮小間隔為0.3%～0.4％)，取5個或5個以上不同的油石比分別成型馬歇爾試件。每一組試件的試樣數(shù)按現(xiàn)行試驗規(guī)程的要求確定，對粒徑較大的瀝青混合料，宜增加試件數(shù)量。
5、測定壓實瀝青混合料試件的毛體積相對密度γf和吸水率，取平均值。測試方法應遵照以下執(zhí)行：
1）通常采用表干法測定毛體積相對密度；
2）對吸水率大于2％的試件，宜改用蠟封法測定的毛體積相對密度。
6、確定瀝青混合料的最大理論相對密度
1）對非改性的普通瀝青混合料，在成型馬歇爾試件的同時，要求用真空法實測各組瀝青混合料的最大理論相對密度γti。當只對其中一組油石比測定最大理論相對密度時，也可按式6或7計算其他不同油石比時的最大理論相對密度γti。
2）對改性瀝青或SMA混合料宜按式6或7計算各個不同瀝青用量混合料的最大理論相對密度。
7、按式8、9、10計算瀝青混合料試件的空隙率、礦料間隙率VMA、有效瀝青的飽和度VFA等體積指標，取1位小數(shù)，進行體積組成分析。
8、進行馬歇爾試驗，測定馬歇爾穩(wěn)定度及流值。
五、確定最佳瀝青用量(或油石比)
1、以油石比或瀝青用量為橫坐標，以馬歇爾試驗的各項指標為縱坐標，將試驗結(jié)果點入圖中，連成圓滑的曲線。如果沒有涵蓋設(shè)計空隙率的全部范圍，試驗必須擴大瀝青用量范圍重新進行。
2、根據(jù)試驗曲線的走勢，按下列方法確定瀝青混合料的最佳瀝青用量OAC1。
1）在曲線圖1上求取相應于密度最大值、穩(wěn)定度最大值、目標空隙率(或中值)、瀝青飽和度范圍的中值的瀝青用量a1、a2、a3、a4。按式11取平均值作為OAC1。
OAC1= (a1十a(chǎn)2十a(chǎn)3十a(chǎn)4)/ 4 式11
2）如果在所選擇的瀝青用量范圍未能涵蓋瀝青飽和度的要求范圍，按式12求取3者的平均值作為OAC1。
OAC1= (a1十a(chǎn)2十a(chǎn)3)/3 式12
3）對所選擇試驗的瀝青用量范圍，密度或穩(wěn)定度沒有出現(xiàn)峰值(最大值經(jīng)常在曲線的兩端)時，可直接以目標空隙率所對應的瀝青用量a3作為OAC1，但OAC1必須介于OACmin～OACmax的范圍內(nèi)。否則應重新進行配合比設(shè)計。
3、以各項指標均符合技術(shù)標準(不含VMA)的瀝青用量范圍OACmin～OACmax的中值作為OAC2。
OAC2=(OACmin十OACmax)/2 式13
4、通常情況下取OAC1及OAC2的中值作為計算的最佳瀝青用量OAC。
OAC=(OAC1十OAC2)/2 式14
5、按計算的最佳油石比OAC，從圖1中得出所對應的空隙率和VMA值，檢驗是否能滿足規(guī)范關(guān)于最小VMA值的要求。當空隙率不是整數(shù)時，最小VMA按內(nèi)插法確定，并將其畫入圖1中。
6、檢查圖1中相應于此OAC的各項指標是否均符合馬歇爾試驗技術(shù)標準。
7、根據(jù)實踐經(jīng)驗和公路等級、氣候條件、交通情況，調(diào)整確定最佳瀝青用量OAC。
1）調(diào)查當?shù)馗黜棗l件相接近的工程的瀝青用量及使用效果，論證適宜的最佳瀝青用量。檢查計算得到的最佳瀝青用量是否相近，如相差甚遠，應查明原因，必要時重新調(diào)整級配，進行配合比設(shè)計。
2 ）對炎熱地區(qū)公路以及高速公路、一級公路的重載交通路段，山區(qū)公路的長大坡度路段，預計有可能產(chǎn)生較大車轍時，宜在空隙率符合要求的范圍內(nèi)將計算的最佳瀝青用量減小0.1％～0.5％作為設(shè)計瀝青用量。如果試驗段試拌試鋪達不到此要求時，宜調(diào)整所減小的瀝青用量的幅度。
3）對寒區(qū)公路、旅游公路、交通量很少的公路，最佳瀝青用量可以在OAC的基礎(chǔ)上增加0.1％～0.3％，以適當減小設(shè)計空隙率，但不得降低壓實度要求。
六、配合比設(shè)計檢驗
1、對用于高速公路和一級公路的密級配瀝青混合料，需在配合比設(shè)計的基礎(chǔ)上按規(guī)范要求進行各種使用性能的檢驗，不符合要求的瀝青混合料，必須更換材料或重新進行配合比設(shè)計。其他等級公路的瀝青混合料可參照執(zhí)行。
2、配合比設(shè)計檢驗按計算確定的設(shè)計最佳瀝青用量在標準條件下進行。如按照上述的方法將計算的設(shè)計瀝青用量調(diào)整后作為最佳瀝青用量，或者改變試驗條件時，各項技術(shù)要求均應適當調(diào)整，不宜照搬。
3、高溫穩(wěn)定性檢驗。對公稱最大粒徑等于或小于19mm的混合料，按規(guī)定方法進行車轍試驗，動穩(wěn)定度應符合規(guī)范的要求。
4、水穩(wěn)定性檢驗。按規(guī)定的試驗方法進行浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗，殘留穩(wěn)定度及殘留強度比均必須符合規(guī)范規(guī)定。
5、低溫抗裂性能檢驗。對公稱最大粒徑等于或小于19mm的混合料，按規(guī)定方法進行低溫彎曲試驗，其破壞應變宜符合規(guī)范要求。
6、滲水系數(shù)檢驗。利用輪碾機成型的車轍試件進行滲水試驗檢驗的滲水系數(shù)宜符合規(guī)范要求。
7、鋼渣活性檢驗。對使用鋼渣的瀝青混合料，應按規(guī)定的試驗方法檢驗鋼渣的活性及膨脹性試驗，并符合規(guī)范的要求。
8、根據(jù)需要，可以改變試驗條件進行配合比設(shè)計檢驗，如按調(diào)整后的最佳瀝青用量、變化最佳瀝青用量OAC±0.3％、提高試驗溫度、加大試驗荷載、但不宜用規(guī)范規(guī)定的技術(shù)要求進行合格評定。
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[4]嚴家伋 道路建筑材料 人民交通出版社.
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