法國熱拌瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)方法介紹

杜彬

（西安方舟工程咨詢有限責(zé)任公司，西安710000）

1 引言

法國公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是在歐洲技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)框架下制定的，包含歐洲技術(shù)規(guī)范和“本土化”技術(shù)規(guī)范，不僅適用于法國本土，還適用于受法國文化和技術(shù)影響較深的國家。目前，法國熱拌瀝青混合料設(shè)計(jì)方法在海外公路建設(shè)項(xiàng)目中得到的了運(yùn)用。本文介紹了法國公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中熱拌瀝青混合料配合比的設(shè)計(jì)方法，為采用法國公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的建設(shè)項(xiàng)目提供技術(shù)幫助。

2 熱拌瀝青混合料種類

法國公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)將路面結(jié)構(gòu)層次劃分為“路面體”和“路面承臺(tái)”，其中“路面體”又可以分為磨耗層、連接層、基層等。

熱拌瀝青混合料的種類主要有：瀝青混凝土（AC）、超薄瀝青混凝土（BBTM）、熱碾瀝青混凝土（HRA）、瀝青馬蹄脂碎石混合料（SMA）、多孔瀝青混合料（PA）等。其中，瀝青混凝土又可進(jìn)一步細(xì)分為：半粗式瀝青混凝土（BBSG）、航空路面瀝青混凝土（BBA）、薄層瀝青混凝土（BBM）、瀝青碎石（GB）、高模量瀝青混凝土（BBME）等。各種熱拌瀝青混合料，根據(jù)技術(shù)等級、級配又可以進(jìn)一步劃分，如半粗式瀝青混凝土可分為：BBSG1 0/10、BBSG1 0/14、BBSG2 0/10、BBSG2 0/14、BBSG3 0/10、BBSG3 0/14。當(dāng)一種瀝青混合料的種類確定時(shí)，其所在層次、工作用途、技術(shù)指標(biāo)通常也可以確定下來。

3 原材料

與我國公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中將各類原材料的技術(shù)、質(zhì)量指標(biāo)做出統(tǒng)一規(guī)定不同，法國公路技術(shù)規(guī)范中，根據(jù)熱拌瀝青混合料的種類，有針對性地對各類原材料的技術(shù)、質(zhì)量指標(biāo)做出規(guī)定。

3.1 瀝青

法國公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，熱拌瀝青混合料中常用的瀝青膠結(jié)料有鋪路等級瀝青、硬質(zhì)鋪路等級瀝青和聚合物改性瀝青。

鋪路等級瀝青根據(jù)針入度或黏度確定瀝青等級。根據(jù)針入度確定的瀝青等級有20/30、30/45、35/50、40/60、50/70、70/100、100/150、160/220 和 250/330、330/430、500/650、650/900；根據(jù)黏度確定的瀝青等級有V1500、V3000、V6000、V12000。

當(dāng)一種瀝青混合料種類確定時(shí)，其瀝青膠結(jié)料的種類也可確認(rèn)。例如，BBSG、SMA 僅可以使用鋪路等級瀝青膠結(jié)料或聚合物改性瀝青膠結(jié)料。對于道路石油瀝青和鋪路等級瀝青而言，中法規(guī)范的試驗(yàn)檢測項(xiàng)目基本相同。

3.2 集料

3.2.1 集料定義

法國規(guī)范中，對天然集料以及人工集料以及回收集料的下限尺寸（d）和上限尺寸（D）等概念進(jìn)行了定義。粗集料是指D≤45mm 且d≥2mm 的集料；細(xì)集料是指D≤2mm 且大部分顆粒不通過0.063mm 篩，填料為粒徑小于0.063mm 的集料。

在法國規(guī)范體系中，不論水泥混凝土還是瀝青混合料，均采用方孔標(biāo)準(zhǔn)篩，其篩孔尺寸依次為0mm、0.063mm、0.08mm、0.1mm、0.125mm、0.16mm、0.2mm、0.25mm、0.315mm、0.4mm、0.5mm、0.63mm、0.8mm、1mm、1.25mm、1.6mm、2mm、2.5mm、3.15mm、4mm、5mm、6.3mm、8mm、10mm、12.5mm、14mm、16mm、20mm、25mm、31.5mm、40mm、50mm、63mm、80mm、100mm、125mm[1]。

3.2.2 集料試驗(yàn)檢測

法國瀝青路面的集料技術(shù)指標(biāo)主要有:（1）幾何技術(shù)要求，包括粒級、細(xì)粉含量、細(xì)集料細(xì)粉質(zhì)量、粗集料形狀、粗集料破碎面百分比、細(xì)集料棱角性。（2）物理技術(shù)要求，包括粗集料抗破碎能力、面層用粗集料抗磨光能力、表面抗磨損能力、抗帶釘輪胎磨損能力、抗輪胎磨損能力、集料的密度及吸水率性質(zhì)、耐久性等。

法國規(guī)范中沒有集料和瀝青的黏附性這個(gè)技術(shù)指標(biāo)。每種瀝青混合料對集料的技術(shù)指標(biāo)都有具體的要求，不僅不同種類的瀝青混合料對集料的技術(shù)要求不同，而且同一種瀝青混合料用于不同結(jié)構(gòu)層中時(shí)，對集料的技術(shù)要求也有所不同。

4 熱拌瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)及性能試驗(yàn)

法國公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中提到了6 種熱拌瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)方法，包括“配方”法、經(jīng)驗(yàn)試驗(yàn)法、分析計(jì)算法、體積法、性能相關(guān)試驗(yàn)法和基本力學(xué)試驗(yàn)法。

配方法是已知材料組成的地方性經(jīng)驗(yàn)方法；馬歇爾試驗(yàn)方法是經(jīng)驗(yàn)試驗(yàn)法的一種；分析計(jì)算法是基于材料性質(zhì)，建立混合料模型，用以計(jì)算、推演出瀝青混合料的材料性能；體積法為在特定條件下壓實(shí)瀝青混合料，使其空隙率滿足特定要求；性能相關(guān)試驗(yàn)方法要求利用材料模擬技術(shù)進(jìn)行材料性能試驗(yàn)，直接與目標(biāo)值進(jìn)行對比；基本力學(xué)方法的試驗(yàn)結(jié)果可以直接應(yīng)用與材料設(shè)計(jì)模型的輸入?yún)?shù)[2]。

4.1 配合比設(shè)計(jì)方法

法國熱拌瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)流程歸納如圖1 所示。

圖1 法國熱拌瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)流程

主要過程闡述如下：（1）瀝青混合料的種類和結(jié)構(gòu)層次確定后，結(jié)構(gòu)層的厚度、礦料級配范圍、可選用的集料種類、集料的技術(shù)指標(biāo)、瀝青膠結(jié)料的種類和技術(shù)指標(biāo)也會(huì)相應(yīng)地確定下來。不同于我國規(guī)范中對較多篩孔的質(zhì)量通過百分率作出了要求，法國規(guī)范中通常僅對熱拌瀝青混合料級配組成中1.4D、D、2mm、0.063mm 篩孔的質(zhì)量通過百分率作出了要求：根據(jù)所選礦料的篩分試驗(yàn)數(shù)據(jù)和礦料級配范圍，計(jì)算各種礦料的摻配比例。通常情況下，合成級配曲線應(yīng)接近級配范圍的目標(biāo)值，尤其0.063mm、2mm、6.3mm 的篩孔通過率應(yīng)盡量接近目標(biāo)值[3]。（2）得到礦料組成后，結(jié)合瀝青豐度系數(shù)計(jì)算瀝青用量（以油石比表示）。法國規(guī)范中，對于各種類型熱拌瀝青混合料的最小豐度系數(shù)取值有進(jìn)行明確規(guī)定。（3）級配選擇確定后，根據(jù)實(shí)際情況，在原有的油石比基礎(chǔ)上，再擬定2 個(gè)以上的油石比，進(jìn)行熱拌瀝青混合料的旋轉(zhuǎn)剪切壓實(shí)成形（PCG 試驗(yàn)）。（4）根據(jù)合同要求進(jìn)行性能試驗(yàn)。

拌瀝青混合料的PCG 試驗(yàn)空隙率和在工地標(biāo)準(zhǔn)壓實(shí)條件下給定厚度的壓實(shí)層進(jìn)行對比，可初步預(yù)估混合料的工地施工空隙率。PCG 試驗(yàn)對礦料組成比例、礦料骨架的棱角性和膠結(jié)料的用量十分敏感。法國規(guī)范中，對各類熱拌瀝青混合料的PCG 試驗(yàn)規(guī)定旋轉(zhuǎn)次數(shù)下的空隙率都有具體的要求。

多列士試驗(yàn)是測試熱拌瀝青混合料水穩(wěn)定性的試驗(yàn)，可以驗(yàn)證組成材料發(fā)生變化時(shí)瀝青混合料的水溫定性是否滿足要求。

法國規(guī)范中車轍試驗(yàn)與我國的車轍試驗(yàn)方法相似，但需要注意，法國規(guī)范中車轍試驗(yàn)儀分為大型、特大型和小型試驗(yàn)儀，不同種試驗(yàn)儀的模具尺寸、試驗(yàn)輪的種類和尺寸、試驗(yàn)輪運(yùn)動(dòng)軌跡長度、試驗(yàn)輪運(yùn)動(dòng)頻率、試驗(yàn)輪荷載、試驗(yàn)條件、試驗(yàn)方法都不相同，其試驗(yàn)結(jié)果也不相同：大型試驗(yàn)儀和特大型車轍儀的試驗(yàn)結(jié)果為車轍深度比，小型車轍儀的試驗(yàn)結(jié)果為車轍變形斜率。

法國熱拌瀝青混合料的力學(xué)性能是指其模量和抗疲勞強(qiáng)度，主要用于路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算及驗(yàn)證混合料的力學(xué)性能是否能達(dá)到所期效果。

5 結(jié)語

法國熱拌瀝青混合料的配合比方法與我國截然不同，尤其是瀝青混合料的配合比試驗(yàn)項(xiàng)目及參數(shù)與我國存在極大的差異。這些差異主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

1）法國技術(shù)規(guī)范中，對于原材料和熱拌瀝青混合料，沒有給出統(tǒng)一的規(guī)定，而是根據(jù)熱拌瀝青混合料的種類進(jìn)行針對性的規(guī)定，使路面原材料及混合料的技術(shù)要求與路面結(jié)構(gòu)層的功能結(jié)合緊密。

2）法國技術(shù)規(guī)范中，瀝青混合料試驗(yàn)檢測項(xiàng)目有較強(qiáng)的針對性，不同技術(shù)等級的路面采用不同試驗(yàn)方法和技術(shù)指標(biāo)。

3）法國技術(shù)規(guī)范中，將旋轉(zhuǎn)壓實(shí)度試驗(yàn)作為基礎(chǔ)試驗(yàn)。