熱拌瀝青混和料目標配合比設計分析

董 建 華

(山西省公路工程監理技術咨詢公司，山西 太原 030006)

熱拌瀝青混合料是我國瀝青路面鋪裝最常用的混合料類型，瀝青混合料的配合比設計要最大程度滿足工程的耐久性與經濟性。其配合比設計包括三個階段：目標配合比設計階段、生產配合比設計階段和生產配合比驗證階段。無論哪個階段其工作的中心就是進行礦料的組成設計和最佳瀝青用量的確定兩部分，就是根據施工使用材料結合當地氣候特征和交通量設計出一個密實度和內摩阻力較高的礦料組成，在這基礎上確定相應的最佳瀝青用量。下面我就針對其第一階段(目標配合比設計)進行設計分析。

1 確定混合料類型和級配范圍

2 原材料試驗

瀝青是瀝青混合料中最重要的組成材料，其性能直接影響混合料的各種技術性質。所用瀝青標號應根據氣候條件、混合料類型、道路等級、交通性質、施工方法等選擇。在氣溫較高、交通繁重的情況下，使用細粒式或砂粒式混合料時應選用稠度高標號低的瀝青；渠化交通或上面層也應選擇標號低的瀝青。瀝青材料試驗時首先要進行加熱(80 ℃、無水分石油瀝青通常為135 ℃)，控溫脫水處理(瀝青溫度不超過100 ℃，最后加熱溫度石油瀝青不得超過軟化點以上100 ℃，煤油瀝青不超過軟化點以上50 ℃，不得以采用電爐、煤氣爐直接加熱時必須墊放石棉網，邊加熱邊用玻璃棒輕輕攪拌且加熱時間不超過30 min)，過0.6 mm的濾篩。特別注意：瀝青試樣冷卻后反復加熱次數不得超過2次,灌模時不得頻繁攪動瀝青以免混進氣泡，試模澆筑完成后養護時間和刮模時間要嚴格按照規范進行。

瀝青三大指標試驗時需注意:

1)針入度：循環恒溫水浴控溫準確度和室溫要求；針及針連桿重量、硬度和粗糙度要求；標準針用三氯乙烯擦拭后用干凈的棉布擦拭；對儀器的計時和位移要進行校準確認。

2)軟化點：試件定位環安裝及安放面要正確；升溫速率要在試驗前進行測試；軟化點80 ℃以上的瀝青要在甘油中進行。

3)延度：澆模時切記只在試模底板和兩個側模的內側表面涂抹甘油滑石粉；試驗時要暫時中斷循環停止水流；5 ℃,10 ℃,15 ℃,25 ℃時拉伸速率為5 cm/min±0.25 cm/min,低溫時為1 cm/min±0.5 cm/min；注意試驗結果的記錄方式。

瀝青混合料粗、細集料的分界為2.36 mm(SMA-13，SMA-16，SMA-20分界為4.75 mm)；試樣制備時要嚴格按照四分法或分料器法，取樣要均勻切合實際施工，取樣數量要滿足所有平行試驗的進行；試驗時工作溫濕度、稱料質量、浸水時間、浸水溫度等要嚴格按照規范標準執行，平行試驗要確保各種條件相同；填料宜采用堿性石灰巖磨細的礦粉；粗集料與瀝青粘附等級要在Ⅳ級以上，改善粘附性方法有：1)摻性能良好的抗剝落劑；2)用消石灰或水泥摻量在礦料總量的1%～2%;3)用石灰漿處理;4)用高粘度瀝青。

3 礦料級配組成設計

瀝青面層壓實厚度不宜小于所用集料公稱最大粒徑的2.5倍～3倍(SMA，OGFC類不宜小于2倍～2.5倍)，避免離析方便施工；對夏高溫、重交通宜選粗型密級配、空隙率高的C型，對冬低溫、輕交通宜選細型密級配、空隙率低的F型；宜適當減少公稱最大粒徑附近的粗集料用量，減少0.6 mm以下部分細粉用量，形成S型級配曲線，取中等偏高的空隙率；宜在工程設計級配范圍內設計1組～3組粗細不同的配比，分別位于設計級配范圍的上、中、下方，不得有太多的鋸齒交錯，且在0.3 mm～0.6 mm范圍內不出現駝峰狀；在高速、一級、城市快速路面層及抗滑磨耗層中，所用石屑總量不能超過天然砂或機制砂用量；細集料中石屑含量不能超過總量的50%；熱拌瀝青混合料中天然砂用量不超過集料總量20%，SMA和OGFC混合料不宜使用天然砂。

4 5組瀝青用量制作馬歇爾試件

公稱粒徑大于26.5 mm的瀝青混合料宜用大型擊實法，反之用標準擊實法；集料需烘干冷卻后用四分法或分料器法均勻制備，加熱至拌和溫度以上15 ℃(礦粉單獨加熱)，試模、套筒和底座也需加熱；瀝青按其性能加熱溫度不同，石油瀝青通常為163 ℃，改性瀝青通常為180 ℃，熱拌瀝青混合料加熱不超過175 ℃；攪拌鍋溫度上升至拌和溫度穩定后，將稱好加熱的粗細集料置于拌和機，用鏟子拌和均勻后加入所需瀝青(用一部分礦粉將粘在容器壁上的瀝青擦拭干凈后倒入鍋中)，攪拌1 min～1.5 min后加入剩余礦粉，繼續攪拌(總攪拌時間為3 min)；擊實時將加熱的試模、底座涂抹黃油，將稱好的混合料均勻倒入試模(避免粗細不均)周邊插15次中間插10次(大型分兩次倒入)，上下各墊一張圓紙，測量混和料溫度滿足壓實溫度時方可擊實；檢查擊實導向棒下端壓實頭是否水平、牢固(以免試件左右高低不一)；雙面擊實完畢后量取試件高度至滿足合格范圍，將試模室溫下橫向放置(圓面朝下，由于試件與桌面有間隙混合料較熱可能自由落體，可制作墊塊讓試件與墊塊接觸，避免試件變形)24 h后脫模；稱取每塊試件混合料時均要用鏟子在鍋中上下攪拌，每塊都要粗細均勻，倒入試模和插搗的手法以及擊實時的溫度都要嚴格控制，最大程度的減少人為因素引起的誤差；成型下一組時都要用機制砂將攪拌鍋和拌和葉片擦拭干凈，以免引起實際油石比偏大影響實驗數據分析。

5 馬歇爾試驗

馬歇爾試驗儀的上下壓頭與試件一同放入恒溫水槽浸泡，安裝好壓頭要在內側涂抹黃油使試件與壓頭接觸良好；密度測試吸水率小于2%用表干法，大于2%用蠟封法，空隙率大于18%或開級配的混合料用體積法，水中重法測的是表觀密度，其他測的是毛體積密度；馬歇爾試驗要進行原點修正。

6 確定最佳瀝青用量

最佳瀝青用量OAC1為密度和穩定度的最大值加上空隙率和飽和度的中值四個參數的平均值；OAC1對應的VMA(礦料間隙率)應滿足最小值，且位于VMA凹形曲線最小值貧油一側；當存在重載交通、長大縱坡或渠化交通可能產生較大車轍時，OAC1可減小0.3%～0.5%，但對應空隙率要符合要求；當在寒區道路、旅游公路、交通量不高的公路，OAC1可提高0.1%～0.3%，同時可適當減小空隙率，但不得降低壓實度要求。

瀝青混合料配合比設計確定最佳瀝青用量常見問題與調整方法：

1)空隙率與穩定度均較低，是瀝青含量較多或細料偏多所致(解決方法：a.增加粗集料含量提高間隙率;b.滿足耐久性要求下，適當降低瀝青含量)。

2)空隙率低，穩定度滿足要求，是瀝青含量偏多或主骨料已夠但級配中間斷料檔太長導致，解決方法同上。

3)空隙率滿足要求，穩定度低，是混合料級配不佳，礦料本身強度不足，細長扁平顆粒含量過高，瀝青與礦料黏結性差導致，可根據具體情況進行調整。

4)空隙率高，穩定度滿足要求，即使穩定度滿足要求也要適當降低空隙率，解決方法是適當增加細集料。

5)空隙率高，穩定度低，需按前述方法調低空隙率，如仍不能改善空隙率和穩定度則應重新選擇礦料。

7 瀝青混合料性能檢驗

礦料的組成設計和最佳瀝青用量確定后需做進一步的試驗檢驗，以驗證瀝青混合料的高溫穩定性(車轍試驗—動穩定度)、低溫抗裂性(低溫彎曲試驗—低溫應變)、水穩定性(浸水馬歇爾試驗—殘留穩定度、凍融劈裂試驗—凍融劈裂強度比)和滲水試驗(滲水系數)是否滿足路用技術要求。所有瀝青混合料性能試驗試件制作時，原材要與之前一致，取樣要均勻，瀝青質量要控制準確，混合料稱量時要攪拌粗細均勻。

上述就是熱拌瀝青混合料目標配合比設計過程中的注意事項以及會影響試驗結果的影響因素分析。經過上述七個步驟的試驗和驗證滿足要求后，即可生成目標配合比設計報告，進入第二階段和第三階段，進一步的根據實際施工情況進行調整，科學、合理的指導施工。