路面瀝青混凝土試驗(yàn)配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)

【摘 要】瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)是道路施工至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，也是決定工程質(zhì)量的主要因素。在組成瀝青混凝土的原材料選定后，瀝青混凝土的很多技術(shù)性能在很大程度上取決于其配合比。由于瀝青混凝土的組成材料比例不同，形成的組成結(jié)構(gòu)也不相同。如在其他材料的比例確定的情況下，當(dāng)瀝青混凝土中礦粉摻量過低時(shí)，礦粉與瀝青相互作用的比表面積減少，則會(huì)導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度與穩(wěn)定性降低；當(dāng)瀝青混凝土中礦粉摻量過多時(shí)，會(huì)嚴(yán)重影響瀝青混凝土的和易性，更嚴(yán)重的是會(huì)降低瀝青混凝土的高溫穩(wěn)定性。本文將主要探討路面瀝青混凝土試驗(yàn)配合比的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】瀝青混凝土；路面；配合比；優(yōu)化

1.路面瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)級配范圍的確定

選擇合適的瀝青混合料級配類型是確保瀝青凝土路面面層質(zhì)量的前提。密級配瀝青混合料是設(shè)計(jì)級配應(yīng)根據(jù)公路等級、工程性質(zhì)、氣候條件、交通條件、材料品種等因素，通過對條件大體相當(dāng)?shù)墓こ淌褂们闆r進(jìn)行調(diào)查研究后調(diào)整確定。夏季溫度高、高溫持續(xù)時(shí)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），并取得較高的設(shè)計(jì)空隙率。對冬季溫度低、且低溫持續(xù)時(shí)問長的地區(qū)，或者重載交通較少的路段，宜選用細(xì)型密級配瀝青混合料（AC-F型），并取較低的設(shè)計(jì)空隙率。瀝青混凝土面層集料的最大粒徑宜從上層至下層逐漸增大。上層宜使用中粒式及細(xì)粒式，且上面層瀝青混合料集料的最大粒徑不宜超過層厚1/2，中、下面層集料的最大粒徑不宜超過層厚的2/3。采用雙層或三層式結(jié)構(gòu)的瀝青混凝土面層中應(yīng)有一層及一層以上是Ⅰ型密級配瀝青混凝土混合料，以防水下滲。若上面層采用Ⅱ型瀝青混凝土，中面層應(yīng)采用Ⅰ型瀝青混凝土，AM型開級配瀝青碎石不宜作面層，僅可做聯(lián)結(jié)層[2]。為進(jìn)一步確定配合比的級配指數(shù)和礦粉含量，在上述礦料配合比研究的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)瀝青混凝土配合比，制備成標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾瀝青混凝土試件，研究不同混凝土配合比的孔隙率。馬歇爾瀝青混凝土試件尺寸為Ф101.6min×63.5mm（直徑為101.6mm，高為63.5mm），試件兩面各擊35次。礦料級配參數(shù)包括最大骨料粒徑Dmax，級配指數(shù)r或粗細(xì)骨料率和礦粉含量F。根據(jù)最大密級配理論和富勒級配曲線，如下式所示：

2.路面瀝青混凝土試驗(yàn)配合比的影響因素

瀝青混凝土配合設(shè)計(jì)主要的影響因子會(huì)出現(xiàn)在原料、配比、拌合、夯壓試體，這四個(gè)部份，下列列出各部份會(huì)影響最后結(jié)果之因子項(xiàng)目[3]：

2.1原料（瀝青+粒料）

（a）粒料的比重吸水率：影響瀝青混合料孔隙含量。（b）粒料的健度：研判粒料抗風(fēng)化作用能力。（c）含砂當(dāng)量：測定細(xì)級級配或土壤中之粘土相對含量。（d）磨損率：測定抗磨損率。（e）破碎顆粒含量：影響瀝青混合料間之鑲嵌強(qiáng)度。（f）扁帄率：影響滾壓后顆粒間發(fā)生連鎖作用和穩(wěn)定性。（g）瀝青膠泥的針入度：影響瀝青材料的軟硬度及稠度并決定瀝青路面穩(wěn)定度之一大因素。（h）瀝青膠泥的粘滯度：其動(dòng)粘滯度會(huì)決定拌合溫度及夯打溫度。

2.2配比

（a）經(jīng)濟(jì)考量：不可過度由經(jīng)濟(jì)考量去調(diào)整料號百分比使級配曲線異常曲折。（b）粒料級配控制范圍曲線圖：要落入規(guī)范內(nèi)，且盡量圓滑。（c）工作拌合公式：影響瀝青混凝土試體之組成，不可參考他人配比。（d）篩分析：分析粒料的特性，其粒徑的分布并決定百分比的組合。

2.3拌合

（a）計(jì)算添加含油量的計(jì)算方式-不可使用混合各篩號粒料未加溫至特定溫度后之重量，再添加其含油量，亦或者使用錯(cuò)誤認(rèn)知的數(shù)學(xué)公式。（b）拌合溫度的決定-影響瀝青膠泥是否充分拌合的溫度范圍。（c）拌合過程溫度-拌合時(shí)的溫度是否達(dá)到規(guī)范所需求的溫度范圍，使瀝青膠泥有適當(dāng)?shù)母街芰Α＃╠）充分拌合-影響日后瀝青混凝土試體，是否有滲油現(xiàn)象。

當(dāng)然還有很多的影響因子會(huì)出現(xiàn)在各儀器的操作上，所以排除操作問題，瀝青混凝土配比的各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)都需仔細(xì)確實(shí)，降低其影響，這就是其實(shí)驗(yàn)的困難及現(xiàn)在瀝青混凝土的施工品質(zhì)不如預(yù)期的重要原因。

3.路面瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)思路

碾壓式瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)的內(nèi)容是確定粗骨料、細(xì)骨料、填料和瀝青材料相互配合的最佳組成比例，使之既能滿足瀝青混凝土工程技術(shù)要求，又能符合經(jīng)濟(jì)的原則。日前國內(nèi)外瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)多采用礦料級配和瀝青用量（按礦料總重的百分?jǐn)?shù)即油石比計(jì)）兩個(gè)參數(shù)。礦料級配是指粗骨料、細(xì)骨料、填料按適當(dāng)比例配合，使其具有最小的空隙率和最大的摩擦力的合成級配，礦料級配可用最大粒徑、粗細(xì)骨料的比例、填料用量3個(gè)參數(shù)來表征。目前常用的級配理論主要有最大密度曲線理論和粒子干涉理論[4]。在下坂地心墻瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)中，采用最大密度曲線理論進(jìn)行礦料級配的計(jì)算。最大密度曲線是通過試驗(yàn)提出的一種理想曲線，這種理論認(rèn)為，固體顆粒按粒度大小有規(guī)則地組合排列，粗細(xì)搭配，可以得到密度最大，空隙最小的混合料；并提出礦料的混合級配曲線愈接近于拋物線，則密度愈大。最大密度曲線理論提出應(yīng)用于實(shí)際工程中的礦料級配計(jì)算式見下式所示：

根據(jù)設(shè)計(jì)推薦的瀝青混凝土配合比主要參數(shù)，考慮到施工過程中配合比允許的誤差，即瀝青用量±0.3%、填料用量±1%，在保持礦料最大粒徑和級配指數(shù)不變的情況下，采用瀝青用量波動(dòng)±0.3%、填料用量波動(dòng)±1%的方式對設(shè)計(jì)配合比進(jìn)行復(fù)核，以驗(yàn)證其合理性。經(jīng)組合復(fù)核配合比共12個(gè)。選用礦料級配指數(shù)為0.36，填料用量為12%、12%、14%進(jìn)行礦料級配計(jì)算[5]。

4.最佳路面瀝青混凝土試驗(yàn)配合比的確定

礦料合成級配和填料用量選定后，瀝青用量成為影響瀝青混凝土性質(zhì)的唯一因素。最佳瀝青用量的選定，除了考慮使瀝青混凝土達(dá)到最優(yōu)性能指標(biāo)外，還必須考慮混合料的和易性和施工性，即指瀝青混合料應(yīng)有良好的流動(dòng)性，良好的粘結(jié)性而不分散。

從試驗(yàn)成果可以看出，在相同礦料級配指數(shù)和相同填料用量的情況下，瀝青混凝土穩(wěn)定度隨瀝青用量的增加而降低，瀝青混凝土的流值隨瀝青用量的增加而增加，且其測值均滿足設(shè)計(jì)要求。而瀝青混凝土孔隙率隨瀝青用量增加的變化規(guī)律呈現(xiàn)了如下特點(diǎn)：即在某一填料用量下，存在某一瀝青用量，使瀝青混凝土孔隙率達(dá)到最低。此情況下的瀝青用量為此配合比下滿足瀝青混凝土孔隙率最小時(shí)的最佳瀝青用量。綜合考慮瀝青混凝土的壓實(shí)性能、力學(xué)及變形性能和瀝青混合料的和易性，選定各填料用量情況下的最佳瀝青用量參數(shù)見表1所示。

5.結(jié)論

隨著科技的不斷發(fā)展，瀝青路面的許多新技術(shù)、新材料都得到了實(shí)際應(yīng)用，各種規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)比較齊全，但從實(shí)際工程質(zhì)量和使用功能來看，尚有許多值得探討的問題。在瀝青路面施工過程中，質(zhì)量的控制和檢查是保證質(zhì)量最重要的一環(huán)。對施工質(zhì)量的好壞影響很大，路面瀝青混凝土配合比的確定都應(yīng)按有關(guān)施工技術(shù)規(guī)范的規(guī)定，在施工中堅(jiān)決貫徹執(zhí)行，這對于保證瀝青路面施工質(zhì)量是非常重要的。

【參考文獻(xiàn)】

[1]葉發(fā)文，高陽，張建海，趙元弘.寨子河瀝青混凝土心墻堆石壩滲流及應(yīng)力應(yīng)變分析[J].水力發(fā)電，2014，02：60-64.

[2]慈軍.瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)后礦料級配調(diào)整分析[J].人民長江，2014，11：68-70.