浅谈沥青混合料面层配合比设计

【摘要】我国高速公路的建设起步较晚，但发展速度很快。面层主要以沥青混凝土为主，沥青路面施工质量控制的目的是：“达到规定的质量标准，确保施工质量稳定性”。所以沥青配合比对路面的各项有着本质的影响。本文针对沥青混凝土配合比设计的关键环节和相关技术指标的优化作了探讨和归纳。介绍了沥青路面使用各种原材料的选定（包括矿质材料、沥青材料）。混合料目标配合比设计，生产配合比设计两部分。

【关键词】沥青路面施工；目标配合比；生产配合比

沥青混合料是一种复合材料，它是由沥青，粗集料，细集料和矿粉组成。本文结合项目实际针对5cmAC—16中粒式沥青混凝土下面层和4cmAC—13细粒式沥青混凝土上面层配比设计，当我们进行配合比设计时，首先要考虑到沥青混合料要具备以下几种性能指标：1、高温稳定性，可通过马歇尔稳定度和流值验证，还可进行车辙试验来验证高温动稳定度，要双项指标来控制。2、低温抗裂性。3、水稳性，我们可以从两个方面进行评价，原材料方面（沥青与石料的粘附性）沥青混合料方面（a、残留稳定度。b、冻融霹雳强度比。C、饱水率）。4、耐久性，我国现象规范采用粘附性、空隙率、饱和度和残留稳定度等指标来表征沥青混合料的耐久性。其中混合料中空隙率指标非常重要，因为空隙率大小与矿料的级配，沥青用量以及压实程度等有关，从耐久性角度出发，空隙率越小越好，以防止水的渗入和紫外线对沥青的老化作用，但空隙率过小就无法保证夏季沥青材料的膨胀，引起热稳定方面的问题。还有饱和度与空隙率是沥青混合料设计中要平衡的一对矛盾，饱和度越大，空隙率越小。但混合料热稳定性相对较差，但低温稳定性就好，反之亦然。

沥青路面耐久性还与沥青用量有很大关系，有研究认为沥青用量较最佳用油量减少0.5%，沥青路面减少一半寿命，但沥青用量较最佳用油量增加0.5%，沥青路面抗滑系数明显降低。

总之，为保证以上沥青混合料的技术性质，首先要保证选用符合质量要求的组成材料。

一、沥青材料

据设计文件要求本项目采用道路石油沥青110#（A级）我们应认真按规程取样试验，进行沥青的各项性能指标，严格按设计文件参数执行。

二、粗集料

在规范关于集料的技术要求中，按其性质可分为两类：一类是反映材料天然特性，它是石料产地决定的，如密度、压碎值、磨光值等，另一类是加工特性，如石料的规格、针片状颗粒含量、棱角性、含泥量等。碎石中的针片状颗粒在施工中容易被振动压路机粉碎折断、施工性能差，而且在混合料内部留下没有被沥青膜裹覆的折断面，成为沥青路面开裂的隐患，所以要严格控制此项指标。

碎石料的表面必须要粗糙，这样集料能吸附较多的沥青混合料，使沥青膜厚度变大，对混合料耐久性很重要。

碎石料与沥青粘附性要达到4级以上，因本项目个别标段采集碎石比较致密，呈酸性岩石，通常可采用掺加“耐热，具有良好长期性能”条件的抗剥落剂改善粘附性，一般按沥青用量的0.3%掺加，也可通过掺加消石灰或饱和石灰水处理后使用

三、细集料

本项目我们选用的细集料是石屑和天然砂，石屑虽然棱角性好，但强度低，扁片含量比例大，施工性能差，不易压实造成路面残留空隙率较大，所以要严格测定石屑的砂当量。限制0.075mm通过率不得超过10%，天然砂表面圆滑施工容易压实，路面好成型，但与沥青粘附性差，对路面高温稳定性不利，所以限制天然砂不超过矿料总量的20%。

四、填料

沥青混合料的矿料必须采用石灰岩或岩浆中的强基性岩石等憎水性石料磨细得到的矿粉。

矿粉在沥青混合料起着主要的作用，但矿粉要适量，少了不足以形成足够的比表面积吸附沥青，多了会使胶泥成团。致使路面胶泥离析造成不良后果，其实真正起到沥青混合料结合料作用的不是沥青结合料，而是沥青矿粉胶泥混合料、粗、细集料是通过沥青矿粉结合料结成一个整体，这是矿粉最基本的作用，所以矿粉与沥青粘附性的好坏是评价矿粉质量的首要因素，为了保证矿粉的比表面积，所以对矿粉的粗、细程度有严格要求，0.075mm以下部分不能少于75%、矿粉必须干燥、含水量小于1%、亲水系数小于1.0。

再认识到沥青混合料中各材料性能作用后，进行配合比设计，沥青混合料的配合比设计是施工过程中的重要工作。

因为一个好的沥青混合料配合比，除要符合国家规定的最基本指标外，我们还要借鉴多年的成功施工经验，对本项目沥青路面有更针对性的具体指标，使配合比设计应该具有良好的使用性能，施工操作性好及变异性小，容易压实，尤其是经得起实践考验，确保沥青路面不产生损坏。

配合比设计沥青混合料的矿料级配时，设计文件中以有具体的规定范围。本项目所设计的密级配沥青混合料类型为5cmAC—16中粒式沥青混凝土和4cmAC—13细粒式沥青混凝土。我们应根据规定的级配范围将各种集料配合成平坦的S型级配曲线，适当减少靠近最大粒径的粗集料和细集料中较细部分的比例，控制矿粉比例，适当增加中间档次的粗集料（如5-10mm、10-15mm），因为这种S型级配的沥青混合料属于嵌挤密实型级配，具有施工适宜的空隙率，渗水性小，有较好的高温稳定性，表面还具有较大的构造深度，只是这种S型混合料，施工时需要特别加强压实才能取得良好的效果（尤其胶轮压路机不得少于25T）。

根据S型级配，成型马歇尔试件，试件的各项指标均以体积指标为测定方法和计算方法。各项指标中，最主要的莫过于空隙率了，我国在规范上规定了一个空隙率范围，根据本线路的气候，交通条件，我们将空隙率控制在3.5%-4.5%会比较理想，同时要求粉胶比控制在0.8～1.6之间。

其实，在体积设计时，首先设计一个合理的混合料间隙率（VMA）也比较重要。因为通过体积计算间隙率，可以反映出混合料中VMA小时，集料级配好，容易压实，比较小的沥青用量就能达到空隙率规定范围的下限值或沥青用量过小，当VMA大时，说明集料级配差，难以压密，会造成空隙率过大，流值大，饱和度过小。所以一个合理的VMA很重要，我们可以通过调整矿料配合比例来调整VMA，如VMA小时，可将合成级配向级配范围的下限移动，反之亦然，有时也可以通过增加石粉用量减少VMA。

总之，沥青混合料配合比设计，说到底就是平衡两对矛盾，一对是稳定度和流值，一对是空隙率和饱和度，如果这两对矛盾平衡得好，配合比包括沥青用量，相对就合理一些，沥青混合料目标配合比设计时要反复几次才能成功，因为涉及的指标较多，同时满足各项指标的要求就要反复调整。

当确定最佳级配合成曲线和最佳用油量后，还应在规定条件下进行车辙试验，以检测高温稳定性，还应在规定条件下进行浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验检验沥青混合料水稳性，如达不到要求，要调整最佳用油量后再次试验。

五、生产配合比

由于室内拌和设备和现场拌和机拌和效果的差异，还有拌和机的除尘作用等等，需要我们再进行生产配合比设计，生产配合比设计也需要解决两个问题，即热料仓矿料配合比例和沥青用量。

1、首先我们要根据目标配合比和拌合机拌和能力来调整拌合机冷料仓的流量，以此来控制各热料仓的储量，不致拌和过程中出现溢料，等料现象。

2、我们从各热料仓中取样进行筛分，调整合成曲线与目标配合比设计时的级配曲线吻合，尤其是要控制关键筛孔（0.075mm、2.36mm、4.75mm、最大公称粒径筛孔）几个筛孔与标准级配筛孔的误差。

3、在目标配合比最佳用油量基础上±0.3%，成型马歇尔试件，测试并计算各项指标值，以确定生产配合比沥青用量，这里有两个方法可借鉴：a、以目标配合比最佳沥青用量对应的空隙率，反定生产配合比的沥青用量。b、用生产配合比的沥青用量与空隙率关系曲线，取孔隙率中值，对应的沥青用量，再由沥青用量与饱和度关系曲线取饱和度下限，对应的沥青用量，最后的两个对应的沥青用量平均值作为生产配合比的沥青用量。

六、产生验证配合比

此配合比就是按生产配合比结果进行试样，铺筑试验段，并取样进行马歇尔试验，同时从路上钻取芯样观察，空隙率的大小，由此确定生产用的标准配合比，这个配合比我们在实际施工铺筑时，还要进行试验段总结，就不在这里一一叙述了。

参考文献

[1]中华人民共和国行业标准.JTGE42--2005《公路工程集料试验规程》.北京：人民交通出版社

[2]中华人民共和国行业标准.JTGF40--2004《公路工程沥青路面施工技术规范》.北京：人民交通出版社

[3]沈金安等.沥青及沥青混合料的路用性能.北京：人民交通出版社

[4]交通部《公路工程沥青路面施工技术规范释义手册》

作者简介

张勇（1982）男，汉，宁夏泾源人。助理工程师，主要从事采油工作。