瀝青混合料配合比設計及其技術性能

吳旭朝

摘 要：對瀝青混合料原材料及瀝青混合料進行了相關的論述。首先對瀝青混合料的配合比進行了概述，然后對瀝青混合料原材料的各項技術要求進行了論述，對瀝青混合料的配合比設計計算進行了分析，確定了混合料中各種原材料的最佳用量；最后對瀝青混合料中的原材料，特別是對混合料性能影響最大的瀝青材料進行了技術性能研究，并對混合料進行了試驗規程中的馬歇爾各項性能指標試驗。結果表明，瀝青混合料的原材料及其用量對瀝青混合料的技術性能影響較大。

關鍵詞：路面；瀝青混合料；配合比設計；原材料；馬歇爾試驗

1.序言

瀝青混合料配合比設計是采用馬歇爾試驗進行配合比設計的方法，適用于密級配瀝青混合土及瀝青穩定碎石混合料[1]。瀝青配合料配合比設計包括：目標配合比設計、生產配合比設計、施工配合比設計。配合比是為滿足工程的耐久性、和易性、強度等性質，對現有的各種材料如水泥（瀝青）、砂、石和水（瀝青不可加水）等按一定的數量比例配合混合，滿足工程的設計標號的混合物，達到既經濟又滿足工作需求的目的。有重量比和體積比。

配合比是混合料各種材料需要的最佳用量，配合比設計的結果直接影響瀝青路面的施工質量和使用壽命[2-4]。配合比直接影響到混合料的強度和各種性質，如果配合比不佳，對混合料的強度有非常大的影響，而且可能會直接影響工程造價，可能會造成鋪成的路面滲水性大，從而會破壞路面的強度[5-6]。所以說良好的配合比是一個工程的關鍵，特別是瀝青路面的瀝青混合料的配合比對工程的影響更為重要。

2.瀝青混合料組成材料的技術要求

瀝青混合料的技術性質決定于組成材料的性質、配合比和混合料的制備工藝等因素[7]。為保證瀝青混合料的技術性質，首先是正確選擇符合質量要求的組成材料。

2.1瀝青材料

瀝青是瀝青混合料的重要組成材料，其性能直接影響瀝青混合料的各種技術性質。瀝青路面所用瀝青應根據氣候條件、道路等級、瀝青混合料類型、交通條件、路面類型及在結構層中層位、施工方法等[8-9]，結合當地的使用經驗，經技術論證后確定。

對于高速公路、一級公路、夏季溫度高、高溫持續時間長、重載交通、山區及丘凌區上坡路段、服務區、停車場等行車速度慢的路段，宜采用粘度大的瀝青；對于冬季寒冷的地區或交通量小的公路、旅游公路宜采用稠度小、低溫延度大的瀝青；對于日溫差、年溫差較大的地區宜選用針入度指數較大、感溫性較低的瀝青。當高溫要求與低溫要求發生矛盾時應優先考慮滿足高溫性能的要求。

2.2粗集料

瀝青層用粗集料通常采用碎石、卵石及冶金礦渣等，但高速公路和一級公路不得使用篩選礫石和礦渣。瀝青混合料用的粗集料應該潔凈、干燥、無風化、無雜質并且具有足夠的強度和耐磨性，形狀接近正立方體，且要求表面粗糙有一定的棱角。

對于粗集料而言，首先進行篩分，用水洗法，烘干后進行篩分，將粗集料根據粒徑所對應的最小試驗稱量，水泡至24小時用網籃法進行密度檢測，針片狀含量的檢驗（長度和厚度的比例大于1：3時為針片狀），粘附性等級（用棱角明顯的碎石，具有代表性，烘熱一定溫度在瀝青中浸入45s，用沸水煮3分鐘，晾干看剝落的情況來判斷）。

2.3細集料

瀝青路面的細集料包括天然砂、機制砂和石屑。細集料同樣應潔凈、干燥、無風化、不含雜質、質地堅硬、有棱角，并有適當的級配，且與瀝青具有良好的粘結力。細集料與粗集料及填料配制成礦質混合料，其級配應符合要求。當一種細集料不能滿足級配時，可采用兩種或兩種以上的細集料摻和使用。

細集料的潔凈程度，天然砂小于0.075mm含量的百分數表示，石屑和機制砂以砂當量（適用于0-4.75mm）表示。 砂的含泥量超過規定時應水洗后使用。熱拌密級配瀝青混合料中天然砂的用量通常不宜超過集料總量的20%，SMA不宜使用天然砂。砂的密度用比重瓶來做。石屑是采石場破碎石料時通過4.75mm或2.36mm的篩下部分，其規格應符合要求。

3.瀝青混合料配合比設計

按相關試驗規程規定的取樣方法，取足夠數量的具有代表性瀝青和礦料試樣。按《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40-2004）材料質量的技術要求試驗各種性質，當檢驗不合格時，不得用于施工。

3.1 礦質混合料的配合比組成設計

礦質混合料配合比組成設計的目的是選配一個具有足夠密實度并且有較高內摩阻力的礦質混合料，可以根據級配理論，計算出需要的礦質混合料的級配范圍。但是為了應用已有的研究成果和實踐經驗，通常是采用規范推薦的礦質混合料級配范圍來確定。

3.1.1確定瀝青混合料類型和礦質混合料的級配范圍

瀝青混合料類型根據道路等級、路面類型、所處的結構層位按照《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40-2004）選定并按照規范確定相應的礦質混合料級配范圍[10]。

3.1.2確定礦料的最大粒徑

規范對瀝青混合料的最大粒徑（D）同路面結構層最小厚度的關系均有規定，為此結構層厚度與最大粒徑之比應控制在h/D>2.5。只有控制了結構層厚度與最大粒徑之比，才能拌和均勻，易達到要求的密實度和平整度，保證施工質量。

3.1.3礦質混合料配合比計算

根據現場取樣，對粗集料、細集料和礦粉進行篩析試驗，確定各集料的級配組成，同時測出各組材料的密度。根據各組成材料的篩析試驗資料，采用試算法或圖解法，計算符合要求級配范圍的各組成材料用量比例。通常情況下，合成級配曲線應盡量接近設計級配中限，尤其應使0.075mm、2.36mm和4.75mm三個料徑盡量接近設計級配范圍中限；對高速公路、一級公路、城市快速路等交通量大、車輛載重大的道路，應盡量偏向級配范圍的下限。對一般道路、中小交通量和人行道路等應盡量偏向級配范圍的上限；合成的級配曲線不得有過多的鋸齒形交錯，且在0.3mm-0.6mm范圍內不出現“駝峰”。當反復調整仍不能滿意時，宜更換原材料重新設計。

3.2確定瀝青混合料的最佳瀝青用量

瀝青混合料的最佳瀝青用量可以通過各種理論計算的方法求得。但是由于實際材料性質的差異，按理論公式計算得到的最佳瀝青用量仍然要通過試驗方法修正，因此理論方法只能得到一個供試驗參考的數據。采用試驗方法確定瀝青最佳用量目前最常用的方法有維姆法和馬歇爾法。

根據粗集料規范質量要求取與密度最大值、穩定度最大值對應的瀝青用量a1和a2，以及與空隙率范圍的中值，瀝青飽和度范圍的中值對應的瀝青用量a3和a4計算四者的平均值作為最佳瀝青用量初始值OAC1：

（1）

如果在所選擇的瀝青用量范圍未能涵蓋飽和度的要求范圍，取二者的平均值作為OAC1：

（2）

對所選擇試驗的瀝青用量范圍、密度或穩定度沒有出現峰值，可直接以空隙率所對應的瀝青用量作為OAC1（即OAC1= a3）但OAC1必須介于 ～ 的范圍內，否則應重新進行配合比設計。

（3）確定瀝青混合料的最佳瀝青用量初始值OAC2

求出各項指標符合瀝青混合料技術標準的瀝青用量范圍 ～ ，其中值為OAC2：

（3）

（4）綜合確定瀝青混合料的最佳瀝青用量OAC

檢查初始值OAC1是否符合規范規定的馬歇爾試驗技術標準，如符合由OAC1和OAC2綜合決定最佳瀝青用量OAC，如不符合，應調整級配，重新進行配合比設計直至各項指標均符合要求為止。

通常情況下，可取OAC1和OAC2的平均值作為最佳瀝青用量OAC。

（4）

（5）根據實踐經驗和公路等級、氣候條件和交通情況調整確定最佳瀝青用量。

調查當地各項條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。檢查與計算得到的最佳瀝青用量是否接近，如相差甚遠，應查明原因，必要時重新調整級配，進行配合比設計。

對熱區道路及高速公路、一級公路的重載交通路段等，預計有可能造成較大車轍的情況時，宜在空隙率符合要求的范圍內，將計算的最佳瀝青用量減少0.1%-0.5%作為設計瀝青用量。

對寒區道路、旅游公路、交通量少的公路，最佳瀝青用量可以在OAC的基礎上增加0.1%-0.3%以適當減小設計空隙率，但不得降低壓實度的要求。

（6）按現行行標《公路瀝青施工技術規范》（JTG T40-2004）規定的方法檢驗最佳瀝青用量時瀝青被集料吸收的比例、有效瀝青用量、粉膠比和有效瀝青膜厚度等各指標是否符合要求。

4.結論

瀝青路面需要的瀝青混合料配合比在工程中至關重要。瀝青混合料的配合比設計是施工過程中一件十分重要的工作。通過本文的研究的出如下結論：

（1）一個好的設計應該具有良好的使用性能，施工操作性好及變異性小、容易壓實，尤其經得起實踐考驗，確保瀝青路面不產生損壞。

（2）各種瀝青混合料的配合比設計仍然是狹義的體積指標設計，只要求選定材料、確定礦料級配、瀝青用量。

（3）工程實踐表明，優質的瀝青混凝土路面，不僅依賴于嚴格的原材料質量控制，還與良好的混合料設計有關，設計過程中應做到因材制宜。

（4）評價瀝青混合料配合比設計是否合理，是否優秀的標準，首先應符合規范規程的質量要求，一個好的設計應使瀝青路面具有良好的路用性能；所設計的混合料必須有利于施工，所設計的混合料具有良好的成本經濟效益同時由于馬歇爾試驗采用的擊實方式不可避免地會造成集料破碎，影響試件的最終試驗結果，如空隙率和用油量的配合比。更為重要的是馬歇爾試驗方法無法模擬路面碾壓的實際情況。不能正確評價混合料的抗剪強度，在以后的工程中還要不斷的改善和提高。

參考文獻

[1] 鄭南翔、袁媛、叢卓紅.聚酯纖維瀝青混合料合理粉油比范圍研究[J].公路交通科技，2008.25（5）：23-27.

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[7] 張宜洛、鄭南翔.瀝青混合料的基本參數對其高低溫性能的影響[J].長安大學學報.自然科學版，2006.26（4）：35-39.

[8] 孟勇軍、張肖寧.添加劑對瀝青膠漿高溫性能的影響[J].公路交通科技，2006.23a）（12）：45-48.

[9] 劉麗、郝培文.瀝青膠漿粘度特性分析[J].河北工業大學學報，2006.35（2）：109-113.

[10] 中華人民共和國交通行業標準.JTG F40-2004.公路瀝青路面施工技術規范[S].北京：人民交通出版社，2004.

3.2確定瀝青混合料的最佳瀝青用量

瀝青混合料的最佳瀝青用量可以通過各種理論計算的方法求得。但是由于實際材料性質的差異，按理論公式計算得到的最佳瀝青用量仍然要通過試驗方法修正，因此理論方法只能得到一個供試驗參考的數據。采用試驗方法確定瀝青最佳用量目前最常用的方法有維姆法和馬歇爾法。

根據粗集料規范質量要求取與密度最大值、穩定度最大值對應的瀝青用量a1和a2，以及與空隙率范圍的中值，瀝青飽和度范圍的中值對應的瀝青用量a3和a4計算四者的平均值作為最佳瀝青用量初始值OAC1：

（1）

如果在所選擇的瀝青用量范圍未能涵蓋飽和度的要求范圍，取二者的平均值作為OAC1：

（2）

對所選擇試驗的瀝青用量范圍、密度或穩定度沒有出現峰值，可直接以空隙率所對應的瀝青用量作為OAC1（即OAC1= a3）但OAC1必須介于 ～ 的范圍內，否則應重新進行配合比設計。

（3）確定瀝青混合料的最佳瀝青用量初始值OAC2

求出各項指標符合瀝青混合料技術標準的瀝青用量范圍 ～ ，其中值為OAC2：

（3）

（4）綜合確定瀝青混合料的最佳瀝青用量OAC

檢查初始值OAC1是否符合規范規定的馬歇爾試驗技術標準，如符合由OAC1和OAC2綜合決定最佳瀝青用量OAC，如不符合，應調整級配，重新進行配合比設計直至各項指標均符合要求為止。

通常情況下，可取OAC1和OAC2的平均值作為最佳瀝青用量OAC。

（4）

（5）根據實踐經驗和公路等級、氣候條件和交通情況調整確定最佳瀝青用量。

調查當地各項條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。檢查與計算得到的最佳瀝青用量是否接近，如相差甚遠，應查明原因，必要時重新調整級配，進行配合比設計。

對熱區道路及高速公路、一級公路的重載交通路段等，預計有可能造成較大車轍的情況時，宜在空隙率符合要求的范圍內，將計算的最佳瀝青用量減少0.1%-0.5%作為設計瀝青用量。

對寒區道路、旅游公路、交通量少的公路，最佳瀝青用量可以在OAC的基礎上增加0.1%-0.3%以適當減小設計空隙率，但不得降低壓實度的要求。

（6）按現行行標《公路瀝青施工技術規范》（JTG T40-2004）規定的方法檢驗最佳瀝青用量時瀝青被集料吸收的比例、有效瀝青用量、粉膠比和有效瀝青膜厚度等各指標是否符合要求。

4.結論

瀝青路面需要的瀝青混合料配合比在工程中至關重要。瀝青混合料的配合比設計是施工過程中一件十分重要的工作。通過本文的研究的出如下結論：

（1）一個好的設計應該具有良好的使用性能，施工操作性好及變異性小、容易壓實，尤其經得起實踐考驗，確保瀝青路面不產生損壞。

（2）各種瀝青混合料的配合比設計仍然是狹義的體積指標設計，只要求選定材料、確定礦料級配、瀝青用量。

（3）工程實踐表明，優質的瀝青混凝土路面，不僅依賴于嚴格的原材料質量控制，還與良好的混合料設計有關，設計過程中應做到因材制宜。

（4）評價瀝青混合料配合比設計是否合理，是否優秀的標準，首先應符合規范規程的質量要求，一個好的設計應使瀝青路面具有良好的路用性能；所設計的混合料必須有利于施工，所設計的混合料具有良好的成本經濟效益同時由于馬歇爾試驗采用的擊實方式不可避免地會造成集料破碎，影響試件的最終試驗結果，如空隙率和用油量的配合比。更為重要的是馬歇爾試驗方法無法模擬路面碾壓的實際情況。不能正確評價混合料的抗剪強度，在以后的工程中還要不斷的改善和提高。

參考文獻

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3.2確定瀝青混合料的最佳瀝青用量

瀝青混合料的最佳瀝青用量可以通過各種理論計算的方法求得。但是由于實際材料性質的差異，按理論公式計算得到的最佳瀝青用量仍然要通過試驗方法修正，因此理論方法只能得到一個供試驗參考的數據。采用試驗方法確定瀝青最佳用量目前最常用的方法有維姆法和馬歇爾法。

根據粗集料規范質量要求取與密度最大值、穩定度最大值對應的瀝青用量a1和a2，以及與空隙率范圍的中值，瀝青飽和度范圍的中值對應的瀝青用量a3和a4計算四者的平均值作為最佳瀝青用量初始值OAC1：

（1）

如果在所選擇的瀝青用量范圍未能涵蓋飽和度的要求范圍，取二者的平均值作為OAC1：

（2）

對所選擇試驗的瀝青用量范圍、密度或穩定度沒有出現峰值，可直接以空隙率所對應的瀝青用量作為OAC1（即OAC1= a3）但OAC1必須介于 ～ 的范圍內，否則應重新進行配合比設計。

（3）確定瀝青混合料的最佳瀝青用量初始值OAC2

求出各項指標符合瀝青混合料技術標準的瀝青用量范圍 ～ ，其中值為OAC2：

（3）

（4）綜合確定瀝青混合料的最佳瀝青用量OAC

檢查初始值OAC1是否符合規范規定的馬歇爾試驗技術標準，如符合由OAC1和OAC2綜合決定最佳瀝青用量OAC，如不符合，應調整級配，重新進行配合比設計直至各項指標均符合要求為止。

通常情況下，可取OAC1和OAC2的平均值作為最佳瀝青用量OAC。

（4）

（5）根據實踐經驗和公路等級、氣候條件和交通情況調整確定最佳瀝青用量。

調查當地各項條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。檢查與計算得到的最佳瀝青用量是否接近，如相差甚遠，應查明原因，必要時重新調整級配，進行配合比設計。

對熱區道路及高速公路、一級公路的重載交通路段等，預計有可能造成較大車轍的情況時，宜在空隙率符合要求的范圍內，將計算的最佳瀝青用量減少0.1%-0.5%作為設計瀝青用量。

對寒區道路、旅游公路、交通量少的公路，最佳瀝青用量可以在OAC的基礎上增加0.1%-0.3%以適當減小設計空隙率，但不得降低壓實度的要求。

（6）按現行行標《公路瀝青施工技術規范》（JTG T40-2004）規定的方法檢驗最佳瀝青用量時瀝青被集料吸收的比例、有效瀝青用量、粉膠比和有效瀝青膜厚度等各指標是否符合要求。

4.結論

瀝青路面需要的瀝青混合料配合比在工程中至關重要。瀝青混合料的配合比設計是施工過程中一件十分重要的工作。通過本文的研究的出如下結論：

（1）一個好的設計應該具有良好的使用性能，施工操作性好及變異性小、容易壓實，尤其經得起實踐考驗，確保瀝青路面不產生損壞。

（2）各種瀝青混合料的配合比設計仍然是狹義的體積指標設計，只要求選定材料、確定礦料級配、瀝青用量。

（3）工程實踐表明，優質的瀝青混凝土路面，不僅依賴于嚴格的原材料質量控制，還與良好的混合料設計有關，設計過程中應做到因材制宜。

（4）評價瀝青混合料配合比設計是否合理，是否優秀的標準，首先應符合規范規程的質量要求，一個好的設計應使瀝青路面具有良好的路用性能；所設計的混合料必須有利于施工，所設計的混合料具有良好的成本經濟效益同時由于馬歇爾試驗采用的擊實方式不可避免地會造成集料破碎，影響試件的最終試驗結果，如空隙率和用油量的配合比。更為重要的是馬歇爾試驗方法無法模擬路面碾壓的實際情況。不能正確評價混合料的抗剪強度，在以后的工程中還要不斷的改善和提高。

參考文獻

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