大碎石瀝青混合料施工級配與空隙率變異性分析

馬士強，孫承吉

（1.山東魯橋建設有限公司，山東 濟南 250002；2.山東高速股份有限公司，山東 濟南 250014）

引言

大碎石瀝青混合料通常由較大粒徑的單粒徑集料形成骨架，一定量的細集料形成填充而組成的骨架空隙型瀝青混合料，簡稱為LSPM，其級配為半開級配或者開級配[1]。由于其粗集料含量較大，大于9.5 mm粒徑集料通常占70%以上，且設計空隙率為13%～18%[2]。瀝青混合料LSPM骨架空隙型混合料在施工中發生變異不可避免，尤其是級配與空隙率的變異，通過合理分析采用一定的技術措施，降低施工變異性非常重要。

1 生產配合比設計結果

某國道大修工程采用LSPM-30作為柔性基層進行加鋪，通過室內目標配合比驗證后，現場通過拌合站對生產配合比進行調試，最終確定采用生產配合比，級配通過率見表1，級配曲線見圖1。根據最終確定級配，進行3個瀝青含量的試拌，通過試驗段驗證與設計相吻合，最終試驗路段采用表1級配結果，并采用最佳瀝青含量3.5%，瀝青采用MAC-70改性瀝青。

表1 級配結果

圖1 級配曲線

2 級配變異性分析

2.1 分析方法

施工中級配變異不可避免，但是通過對變異性分析可以逐步從施工中了解變異特點并降低變異性。變異性分析運用統計學基礎，標準差計算按式（1），變異系數計算按式（2）：

式中：σ—標準差；Cv—變異系數；—平均值。

對于級配變異系數計算與其他參數計算方法不同，并非標準差與通過百分率的比值。由于級配中有通過百分率與各級篩余量兩種百分比，所以正確的級配變異系數應該是標準差與各級篩余量均值的比值，各級篩余量可以通過各級通過率計算，上一級篩孔的通過率與本級通過率之差即為該級篩余量[3-4]。

2.2 級配分析數據

在級配變異性分析過程中，主要是結合LSPM混合料特點對重點、關鍵篩孔進行分析。分析試驗路段共分為3段，主要考慮在不同時間段施工以及原材料本身變異等因素，在分析過程中同時對油石比數據進行變異性分析，試驗路對兩種結構級配數據進行了分析，數據見表2～表4。

表2 試驗路段A級配變異性分析（%）

表3 試驗路段B級配變異性分析（%）

表4 試驗路段C級配變異性分析（%）

2.3 數據分析結果

從表2～表4數據分析可以看出，各粒徑篩孔通過率的變異系數都很大，但油石比的變異性并不是很大。級配變異性大的原因：（1）級配變異性主要與礦料的粒徑變異有關，盡管混合料在拌和時還要進行二次篩分，但出場的混合料在很大程度上受到冷料粒徑的制約。在施工現場也可以看出冷料的變化。由于瀝青混合料很少采用20～40 mm的石料，石料場的控制不如高速公路對瀝青混凝土面層原材料的要求嚴格，另外，原材料的生產廠規模與工藝在一定程度上也造成冷料的變異。（2）大碎石瀝青混合料級配較粗在熱料倉篩孔設置上也有一定難度，9.5 mm篩孔集料占到70%以上，這樣粗料倉的用量比例較大，單一熱料倉的用量比例通常會超過40%甚至50%，難以控制，單一倉的變化將會對整體級配產生較大影響。（3）由于粒徑較大、粗集料含量高混合料容易產生離析，在取料時無論從料車還是從攤鋪現場都不可避免出現取料不均勻。為了避免取料不均勻，就需要大量取料多次抽提篩分，即使采用多取樣四分法也不可避免取樣的離析。

3 現場空隙率變異性分析

現場空隙率是指現場鉆芯試樣的空隙率。由于大碎石瀝青混合料是一種透水材料，空隙率決定了其透水性能，現場通常采用空隙率指標控制壓實效果。計算空隙率采用理論最大相對密度，以真空實測為準，芯樣的毛體積相對密度測試也有不同的意見。由于LSPM混合料為透水性瀝青混合料，有的研究報告直接采用體積計算法，也有的要求采用真空封裝法進行測試[5-6]，本次變異性分析采用二次封蠟和體積計算法，對3個試驗路段空隙率的變異性分析數據進行了分析，數據見表5。

表5 空隙率變異性分析（%）

由于試驗路比較短，數據采集量有限，通過數據的分析可以發現，空隙率的變異性比較大，但試驗路段C變異性明顯減小，這與施工控制經驗和水平進一步豐富有關；另外，體積計算法計算空隙率比實測法大2%左右，而且體積計算法計算的空隙率變異性要比實測法大。這是因為大粒徑混合料比較容易松散，在取芯過程中并不能完全保證芯樣邊角的完整性，從而造成了體積計算誤差。空隙率變化會對會混合料的性能造成一定影響。

空隙率變異性較大的主要影響因素：（1）空隙率變異與混合料級配的變異有很大關系，兩者之間存在一定的相關性，一般認為粗集料含量與空隙率成正比，細集料含量與空隙率成反比，由于數據量太小沒有對相關性進行分析。分析可以知道混合料級配變異性本身就很大，由于級配控制上的難度，難免造成空隙率的變異性較大。（2）理論最大相對密度的采用也是造成空隙率變化的原因，因為級配發生了變化意味著熱料比例發生了變化，而理論密度采用計算法并不能保證每天都從熱料倉取料測試密度，然后根據級配的變化重新計算理論密度，從而也造成了空隙率的變異性。（3）實測法與計算法測定芯樣的密度也存在一定誤差，二次封蠟法在進行第一次封橡皮泥時，容易受到人為誤差影響，而計算法不能保證芯樣的完整性，密度測定造成了空隙率的變異性。（4）壓實工藝的變化對混合料空隙率也有很大影響，由于大粒徑瀝青混合料空隙率很大，粗集料很多，壓實遍數增加有可能造成集料的破碎，從而影響了空隙率。（5）由于混合料比較粗而且屬于開級配，在攤鋪過程中不可避免地造成混合料的離析。

4 結語

（1）大碎石瀝青混合料是透水性瀝青混合料，一般作為柔性基層使用，其排水功能要求大于結構性能要求。其本身級配特點決定在級配控制上具有一定的難度，因此級配控制要求應與密級配瀝青混合料有所差別，應更加關注排水性能，但應控制級配變異性的程度，以保證其排水功能。（2）空隙率的變化對混合料透水性能以及高溫穩定性和強度都有很大影響，在施工中要嚴格控制，盡量減小空隙率的變異性。（3）無論級配還是空隙率的變異都應該從原材料、取樣方式、試驗方法及過程工藝等多方面聯合控制，將變異性降到最低。