沥青混合料级配和油石比对路用性能的影响

摘要：通过分析沥青路面出现早期损坏的原因和使用性能降低的影响因素，从路面结构设计，材料选择和施工作业控制等方面探讨改善路面使用性能的途径和方法。在沥青混合料中，矿料通常情况下占混合料总质量比重要大于90％，它在沥青混合料中的作用非常大，对于用多少的沥青以及沥青在混合料中的作用影响很大，进而制约了沥青混合料的物理力学性能。所以混合料的级配和油石比是控制沥青混合料的重要指标，对沥青路面的路用性能、使用寿命有很大的影响。现结合二级公路工程的实际情况，沥青混合料级配和油石比对路用性能的影响现做简单的分析和探讨。

关键词：沥青混合料 级配 油石比 路用性能 影响

我国沥青路面技术近些年发展不小，路面质量越来越高了，在计算机技术应用越来越普遍的情况下，其设计引入了有限元理论，并且还对结构设计可靠度进行分析，路面设计效率和可靠性得到大大改善。施工上，拌和设备越来越大型化了，为达到混合料的温度均匀性的目的，减少离析，近几年国外开始使用再拌转输车。我国路面施工工艺水平也越来越高，不少已竣工路面工程的平整度都小于0.6。但是我们也发现，不少高速公路路面使用1年后平整度变化的非常快，有的使用还没多久桥头跳车和路面就坏了，有的使用几年就得把罩面再修一遍，使用性能没有提高，反而逐渐降低，与设计要求不一致。这就要求我们为避免或延缓路面破坏，提高路面使用性能提出合理的措施。但国内目前没有完整的、系统性的提高路面使用性能上的措施和方法，与实际需要产生了冲突。在公路建设中，由于受现行路面施工工艺与施工技术的局限，沥青路面的早期破坏问题越来越明显。对道路的使用寿命和性能造成了不小的负面影响，不仅给公路工程建设造成直接的经济损失，而且在社会上的影响也不好。虽然涉及到公路设计、重载车辆作用等问题，但大多数问题的根本原因要追究路面施工过程，或者说是施工参数的不确定性造成路面病害的出现。现就针对沥青混合料的级配和油石比对路用性能的影响做进一步的分析。

1 矿料级配变化产生的原因

导致级配具有变异性的关键因素是矿料的粒径变异。尽管通过拌和机的拌和，加热的热料还会被二次筛分，但冷料粒径分布对混合料的制约还是非常大的。如果冷料的粒径变化次数比较多，给混合料的级配造成影响的同时，还会造成拌和机在拌和时等料频繁、溢料过多等。不仅使沥青混合料的质量变低，而且在混合料生产中，也会出现一些损失和浪费的现象。冷料变化可从以下两方面来考察：一是矿料粒径整体粗细不适当，究其原因是矿料加工原产地生产矿料时的变化；二是现场有混料情况，某一挡矿料的粒径变化非常大，粗细集料不能均匀分布。另外，因为缺少防雨棚，再加上严重的粉尘污染，下完雨后，场内的矿料就会非常潮湿，不像以前一样干燥了，并且会有一些粉尘掺杂进去，细集料冷料仓的供料不能按原计划进行，且不能掌握供料数量，使混合料中的细料更多了。在这种情况下，沥青混合料AM-20下面层摊铺后，用肉眼观察，感觉空隙过大，离析面积也较大。

2 级配的影响

沥青混合料中矿料的级配，不仅试验具有较大的盲目性、试验量大，而且对沥青混合料性能受到相异矿料级配的走向影响的预测也是不全面的。关于沥青混合料各种性能的要求，也常出现彼此矛盾或制约的情况，使某一种性能更好地表现出来，其它性能就会受到限制的可能性非常大，其中最明显的是高温稳定性和低温抗裂性能的矛盾。而沥青混合料级配的变异，必定引起测定数据有一定的波动。

某二级公路全长100km，双向双车道，沥青混凝土路面。其沥青面层结构为：上面层3.5cm AC-13的沥青混合料+下面层5cm AM-20的沥青混凝土，经过分析研究该沥青混合料的各级粒径通过各级筛筛余量的变异性是客观存在的。尤其是大颗粒矿料变异性，对沥青混凝土的其他技术指标，如空隙率、疲劳寿命及耐久性等的影响是毫无疑问的，经分析发现大粒径沥青混凝土中容易出现离析现象，严重影响着公路路面的使用质量。大颗粒矿料是混合料的重要组成部分。大颗粒矿料的变化的同时，细集料级配变异也不小，虽然这部分的质量所占的比例不大，但一定要重视其对混合料性质所起的作用。比如矿粉在混合料中主要是用来吸收游离沥青和减薄沥青膜厚度的，如果矿粉太多，那么其比表面积就会非常大、吸收的沥青也会更多，这样沥青对矿料就不能很好的吸附，混合料强度也会降低；缺少矿粉就会增加游离沥青，沥青流变恶化，变得不够稳定，夏天时出现泛油的情况较多。当沥青用量、矿粉含量都一样时，沥青膜随着与沥青产生相互作用的矿料表面积增大而变薄，沥青在沥青混合料中的比重变大，因而沥青混合料具有更强的粘结力。通常情况下矿粉用量在混合料中的比重低于6％，但由于矿粉的比表面积大于300～2000m2／kg，其表面积在混合料的总表面积中所占的比重大于80％，其它部分只占不到20%。混合料的抗剪强度主要是针对粘结力指标而言，因此，混合料的抗剪强度如何受矿粉用量和性质好坏的制约。若矿粉自身的变异系数为20％，则其影响比表面积大约为16％，对沥青混合料中的粘结力乃至抗剪强度的影响是非常大的。

3 油石比变异性及相关性的分析

在沥青混合料的生产和施工中，沥青含量的精确测定是至关重要的，它为控制沥青用量提供科学的依据，决定着沥青混合料生产的稳定性及其质量能否满足配合比的要求。若不考虑测定手段的影响，油石比(沥青质量／混合料中矿料的质量)的变化会对矿料级配组成结构的变异造成很大影响，油石比增大，则矿料的比表面积变大。混合料整体结构的比表面积是由各粒径通过筛孔的质量百分率决定的，细料越多，油石比的变化越大。所以抽提后的级配也与油石比的大小有关。粗集料通过率越大，油石比越大。粗集料通过率变大，说明大颗粒在混合料里所占的比例增加了，相应的细集料的量就多了，根据前面的比表面积理论，细集料增加，比表面积明显增加，吸附的沥青量增加，所以油石比也随之增加了。

4 减小级配、油石比对混合料影响的措施

4.1 料源的严格控制：要保证碎石的高质量，我们首先要重视料源，在轧石机械的选择上一定要慎重，加工碎石采用二次破碎工艺。操作流程为：首先用锷式轧石机进行破碎，然后再进行第二次破碎，要达到的目的是使针片颗粒更少，完成此次破碎采用的是锤式或反击式轧石机。对片石的要求是没有经过风化的，必须是清洁的，没有表土的，若风化石和山皮土被投进了轧石机，这是违规的。筛孔的大小匹配于要求碎石的最大粒径。如果是从很多家不同的轧石场买来的石料，要保证料源一致，统一轧石机，统一的筛分设备和筛孔尺寸，有条件的项目，应统一组织加工，不要从社会上多家形形的轧石场去买碎石. 轧好的碎石不要放在一起，要分开放，并保护好这些碎石，不要有落尘，保持其清洁。进场材料要按照相关要求严格检验，尽量多抽检一些碎石，不符合要求的材料一定不能使用。堆场要进行场地硬化，不要将堆场的土混入碎石中。用隔离墙把不一样规格的料堆隔开，不要将不一样规格碎石混杂起来。料堆要有明显标示，避免上料时装错料。

4.2 拌和生产过程中的控制：用拌和机拌和混合料时，一定不能马虎，必须严格遵守操作规程，进行操作的人员要有丰富的操作经验。在拌和过程中，要掌握好温度的高低以及拌和时间的长短，看准沥青加入混合料的时机。在运输过程中，严格遵守沥青的软化点指标，在标准拌和时间为30s的条件下，拌和温度提高5.5℃，沥青的软化点就提高1℃，因此拌和温度有一个高低范围。

沥青路面施工过程中，油石比和级配对其影响是客观存在的，而级配的变异性是离不开混合料的强度和耐久性等这些关键技术指标的，他们之间有着密切的关系。矿料支配着级配的变异，要具体问题具体分析，不一样的情况要有不一样的级配。控制好级配能更有效地使油石比变异缩小，缓解对混合料强度造成的不利影响。

参考文献

[1]交通部公路科学研究所.JTG F40—2004公路沥青路面施工技术规范.人民交通出版社，2004．

[2]交通部公路科学研究所.JTG E20—2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程.人民交通出版社，2011．

[3]陈仲良.浅析GTM设计方法在沥青面层施工中的应用[J].价值工程，2011-08-08.