淺談瀝青混凝土目標配合比設計

錢元鵬

(安徽省高速公路總公司,安徽合肥 230051)

淺談瀝青混凝土目標配合比設計

錢元鵬

(安徽省高速公路總公司,安徽合肥 230051)

合安高速公路全長152km,采用三層4+6+6cm瀝青混凝土路面結構形式。結合在試驗工作中的實踐,針對瀝青混凝土目標設計階段總結出幾點建議與看法,供同行參考。

瀝青混凝土;目標配合比設計;試驗;控制要點

0 引言

瀝青混凝土路面施工前,首先要進行瀝青砼配合比設計。即在料源選定情況下,根據設計的路面結構類型,確定各種集料的用料比例及最佳瀝青用量。配合比設計分為三個階段:目標配合比設計階段,生產配合比設計階段及生產配合比驗證階段(也稱標準配合比設計階段)。現針對目標配合比設計的整個過程,根據本人在此項工作中的切身體會,認為在目標配合比設計中應著重控制以下幾個方面:

1 集料檢測階段

1.1 集料取樣要有代表性,篩分結果要準確

目標配合比設計確定的各礦料比例及瀝青用量將直接影響后續的生產配合比設計及驗證。因此,用于目標配合比設計的集料應有代表性,其級配應能充分代表擬用到路面施工的集料狀況。取樣時,應在料堆的不同部位(上、中、下)分別取樣,各由均勻分布的不同部位,取得大致相等的若干份組成一份試樣。若在加工場從破碎機上直接取樣,應等破碎機加工較長一段時間、產量及運行等狀況較為穩定時從機口接料(注意將機口出料全部接住)。取樣量通常為試驗所需量的4倍左右。若取樣無代表性,則后續工作將不再有意義。

在確定取樣有代表性的前提下,應認真完成室內集料的篩分試驗,準確測定各種集料的實際級配情況。每種集料的篩分結果直接決定該集料在配合比設計中的用量。在篩分時,嚴格按試驗規程操作。先將試樣拌勻用四分法取得略多于試驗所需用的量(不同粒徑所需的試驗量不同),準確稱取一定質量的集料,逐份過篩,篩分時不同粒徑顆粒要篩分干凈并注意盡量減少篩分過程中的損失。對細集料(0～3mm)篩分,一定要采用水洗法,準確測定其級配情況,尤其是2.36mm、0.075mm通過率,這個篩孔也是我們合成級配中的控制篩孔,尤為關鍵。只有保證篩分結果的真實與準確,才能合成最有代表性的級配曲線。由不同規格集料的篩分結果確定各集料用量應進行反復的調試,使混合料的級配曲線接近規范級配范圍中值,并應接近一條順滑的“S”型曲線,其中特別注意0.075mm、2.36 mm、4.75mm篩孔通過率接近級配中值。

1.2 集料密度檢測應精確

在目標配合比設計中,有一個非常關鍵的指標:理論最大相對密度。它直接決定了后續試驗中控制指標空隙率。目前我們最常采用計算法來確定理論最大相對密度,即通過確定的集料比例、集料密度及瀝青用量等根據公式計算。因此可見集料密度直接影響理論最大相對密度計算值的精確性,影響空隙率指標,所以準確測定集料的密度至關重要。

在測定集料密度時,首先要選定合適的檢測方法,即根據瀝青混合料密度的檢測方法來確定集料密度的檢測方法,宜采用與瀝青混合料同一種相對密度。如瀝青混合料密度采用表干法測定時,粗集料應采用毛體積相對密度,細集料和礦粉應采用表觀相對密度。

在測定粗集料密度時,應對不同規格的集料分別測定,不得混雜。所取的每一份試樣應基本保持原有的級配,不同粒徑試樣的取樣試驗質量應滿足規范要求。在測定過程中,應控制水溫在15～25℃范圍。若測定粗集料的毛體積相對密度,則一定要控制好集料的表干質量,毛巾不能過干或過濕,擦集料時不能太用力,既要擦干集料表面自由水又不能吸出其內部水。不同人所做的集料表干質量都可能不同。集料表干質量直接影響其密度和吸水率。在測定細集料密度時,首先取樣要有代表性,稱量要準確。在裝料進容量瓶(或比重瓶)時不要損失試樣;另外,在恒溫狀態下靜置24h(有條件時,可在恒溫箱里靜放),會減小試驗的平行誤差。規范對密度檢測的精度有明確要求,如毛體積相對密度兩次結果相差不得超過0.02g/cm3。在整個試驗過程中,只要操作仔細認真,其結果偏差不會超過0.01g/cm3。

集料的檢測項目還有許多,如:細長扁平顆粒含量、軟石含量、小于0.075mm顆粒含量等,它們在一定程度上也會影響瀝青砼的目標配合比設計。但這些工作我們在料源選定時便開始控制。關鍵是集料的級配和密度測定,它們直接影響目標配合比設計的級配設計和最佳瀝青用量的確定。如果這兩項檢測結果既有代表性又精確,那么我們的目標配合比設計便完成了近一半的工作。

2 室內馬歇爾試驗階段

2.1 單個試件備料要準確

完成了原材料的各項指標檢測和礦料的級配設計,接下來的工作便是室內馬歇爾試驗。在室內模擬現場施工用小型瀝青砼拌和機拌和瀝青混合料,用馬氏擊實儀成型試件,然后由不同油石比的各組試件所測得的各項指標繪制指標曲線,用計算法初步確定最佳瀝青用量。

馬歇爾試驗工作的第一步便是備料,即準備成型試件的混合料。(不加瀝青,由確定的礦料配合比計算出每個試件所需的幾種礦料質量,分別稱取,然后混合)。為了保證試驗結果的真實、有效,減少變異性,我們通常一種瀝青用量成型6個試件,每個試件單獨成型。因此試驗者在備料時,務必使所備的每個試件的混合料能充分代表設計級配。其中最關鍵的就是在稱取一種礦料時要避免礦料的離析(尤其是粗集料),所稱取的礦料應有代表性。如一個試件由五種規格的礦料組成,其中15～25mm碎石占30%需380g,15～25mm碎石中19mm、16mm、13.2mm碎石各占一定的比例,在稱料時,盡量使380g的集料保持原來的級配,即該集料中不同粒徑的顆粒比例不要有大的改變。在稱細集料時,要確保小于0.075mm顆粒和原來相比不要有大的改變。另外,在備料時要認真核對每個試件每種礦料的用量,避免出現失誤。做到以上的兩點,便為下一步工作提供了有力保障。

2.2 成型試件時嚴格控制溫度

瀝青是感溫性材料,溫度對瀝青混合料的影響非常大,不同溫度下成型的瀝青混合料試件其各項指標偏差較大。因此,試驗者在成型試件時,一定要嚴格控制溫度。

首先是原材料的溫度,有條件的試驗室,可通過測定瀝青的粘度來確定瀝青的加熱溫度,無條件時,可根據規范選用。集料的加熱溫度比瀝青高出10～20℃,拌和鍋的溫度也要事先按規范要求設定加熱。

其次是混合料的擊實溫度,我們在成型試件時,應盡量控制每個試件的擊實溫度一致(和路面施工時的初壓溫度相一致)。因為在拌混合料時拌和鍋鍋底和鍋壁的溫度通常有偏差,而且若連續拌和的時間長了,拌和鍋的溫度會比設計值偏高,導致每份混合料出鍋溫度有偏差。比較好的做法是混合料拌和好以后,放在預先恒溫的烘箱里(設定溫度為擊實溫度)恒溫一段時間(常為1h左右),每份料里插一溫度計以便檢測,然后再成型。這樣便有效地減少因溫度不同而使試件指標產生變異性。另外,同一組試件在裝模時最好由一個人裝料,避免操作過程產生的誤差。

2.3 較好控制成型試件的高度

規范對試件的高度有嚴格的規定:63.5±1.3mm,超過此規定試件便作廢。通過我們多次試驗發現,試件高度為下限即 62.2～63.0左右與試件高度為上限 64.0～64.8mm左右,試件的結果偏差較大,表現在試件的密度和空隙率上。高度走下限的試件比高度走上限試件的密度通常大0.02～0.06g/cm3不等,空隙率小0.1%～0.3%左右。其他指標如穩定度、流值等也有不同程度的影響。

因此我們在成型試件時,應控制好試件的高度,盡量取中值。較好的做法是:首先通過試驗后成型的試件,確定不同油石比試件的質量,控制好備料及擊實溫度一致,以便能較好地控制好試件的高度。

在試驗室內成型試件的過程中,若能較好地做到以上三個方面,那么馬氏試驗的結果便能得到較好的保障,通常情況下,隨著瀝青用量的增大(減小),試件的各項指標會有規律的發生變化,這樣我們便可進行下一步工作,初步計算最佳瀝青用量。

3 確定最佳瀝青用量

3.1 認真繪制各指標曲線

有了不同油石比的馬氏試驗結果,我們便可人工或計算機繪制各指標曲線,曲線的繪制受人為因素較大,同樣的指標不同的人繪制,最終確定的瀝青用量都可能會不同,因此我們在繪制指標曲線時,盡量客觀地遵循各指標曲線的實際走向,從而確定密度最大值對應的瀝青用量a1,穩定度最大值對應的瀝青用量a2,孔隙率中值對應的瀝青用量a3,計算三者平均值OAC1,同時求出各項指標符合瀝青混合料技術標準的瀝青用量范圍OACmin和OACmax最后計算OAC1和OAC2平均值OAC。

3.2 綜合選定目標配合比的最佳油石比

通過指標曲線,初步計算得到最佳瀝青用量。但我們在最終確定瀝青用量時,應根據當地的氣候條件、公路等級、實際交通量情況及實踐經驗等來確定目標配合比設計的最佳瀝青用量。如:在炎熱地區公路及車輛渠化交通的高速公路、一級公路,預計有可能產生較大車轍時,可在OAC2與下限OACmin范圍內決定,但不宜小于OAC2的0.5%,通常比試驗得到的減小0.1%～0.3%,在寒區公路及其他等級公路,最佳瀝青用量可以在OAC2與上限OAC2范圍內決定,但不宜大于OAC2的0.3%,最佳瀝青用量初步確定后,還必須進行水穩定性(48h殘留穩定度)檢測及動穩定度(車轍試驗)檢測。有時會出現一種情況OAC1不在OACmax和OACmin之間,這樣的話我們便要重新調整礦料級配,再次進行配合比設計。

4 結束語

目標配合比設計確定了最佳瀝青用量,還需進行生產配合比設計并進行生產配合比驗證。只有3個階段都通過,才能最后確定施工中施用的最佳礦料級配及瀝青用量。在此不再贅述。

[1] 徐培華,王安玲.公路工程混合料配合比設計與試驗技術手冊[M].北京:人民交通出版社,2001.

[2] J TJ058-2000公路工程集料試驗規程[S].北京:人民交通出版社,2000.

[3] J TJ052-2000公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程[S].北京:人民交通出版社,2000.

責任編輯:文 月

U416.217

A

1671-8275(2010)03-0038-02

2009-06-19

錢元鵬(1974-),男,安徽巢湖人,安徽省高速公路總公司工程師。研究方向:路橋施工與管理。