沥青混合料配合比设计过程控制要点

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【摘 要】热拌沥青混合料被广泛应用与公路建设中，但根据国内十几年的建设实践，沥青路面普遍存在工程的耐久性和早期损坏两大突出问题。造成这种情况的原因很多，其中很重要的一个原因就是沥青混合料的配合比设计不合理。分析了影响沥青混合料配合比的影响因素，提出了设计工程中的控制要点。

【关键词】沥青混合料；配合比设计；影响因素；控制措施

热拌沥青混合料（以下简称沥青混合料）路面作为一种路面结构形式，以其行车舒适、噪声低、易于维护等优点，被广泛应用于公路建设中，尤其是高等级公路建设。但是通过国内十几年的建设实践，发现国内的沥青路面普遍存在工程的耐久性和早期损坏两大突出问题。造成这种情况有设计方面的原因、施工方面的原因，如材料、机械、施工工艺、质量控制等，其中很重要的一个原因就是沥青混合料的配合比设计不合理。不合理的配合比设计难以生产出合格的产品，施工工艺、施工设备再先进，保证工程质量也只能是一句空话。下面着重介绍室内沥青混合料配合比设计中应注意的几个问题。

1.影响因素

1.1 原材料的质量和取样

材料的质量对于路面质量及使用寿命具有决定性作用，主要技术指标包括矿料的级配、颗粒形状、坚固性、黏附性等级以及沥青和填料的质量等。其中对设计沥青混合料影响最大的是矿料加工的分档和级配，材料分档和级配的好坏决定了矿质混合料合成级配好坏。目前，市场上供应的水泥砼所用的建筑用集料针片状含量高、含泥量大，级配和材料均匀性差，采用这样的矿料生产的沥青混合料产品质量也不够稳定。因此设计好的沥青混合料在抓好原材料选材的同时，控制矿质材料备料质量尤为重要。

原材料的取样正确与否决定了是否能够真实地反映原材料的质量。根据JTJ058―2000集料试验规程规定，同批来料取样时，应先铲除堆脚等处无代表性的部分，再在料堆的顶部、中部和底部，各从均匀分布的几个不同部位，取大致相等的若干份组成一组试样。当从皮带运输机上取样时，应在皮带运输机的出料处抽取有代表性的试样，并由若干份组成一组试样。在货船上取样时，应从不同部位和深度抽取大致相等的若干份组成一组试样。取样数量应不少于规范要求，以保证试验取样有足够的代表性和表征能力。

原材料选取还应注意试样的缩分。规范要求采用四分法或分料器，但在实际操作中，经常出现试验人员任意在料堆上铲取试样或随意称取不等数量的试样进行试验，这种极不严谨的操作方法使平行试验误差增大，并导致试验采集的数据没有代表性。

1.2 矿质混合料设计

矿料的合成比例决定了矿质混合料的合成级配。规范要求普通沥青混合料矿料设计合成级配应使包括0.075mm、2.36mm、4.75mm筛孔在内的较多筛孔通过量接近设计级配范围的中限，但由于宁夏地处西北干旱区，建议沥青混合料合成级配时采用骨架密实型结构，可适当减少2.36mm、4.75mm筛孔的通过量，增加0.075mm筛孔的通过率，采用较粗的级配。通常设计矿质混合料时应使级配曲线平顺、圆滑，避免过多的犬牙交错。目前，在实例设计过程中，试验单位多采用传统的图解法初算、再进行电脑试算调整或直接用人机对话的计算方法都很大程度上取决于试验人员的经验、熟练程度。实例中不乏矿质混合料设计时对当地道路交通环境、气候条件等因素重视不够，未针对沥青路面不同层位功能需要相应调整矿料配合比设计，有的试验单位片面追求合成级配接近级配中值，忽视了交通流量、气候因素影响，使得建成公路通车后不久就出现了早期损坏。我区已建成的高速公路中就有这样的实例。如西线高速公路，沥青路面设计为4cm（AK16A型）抗滑表层+6cm（AC20I型）中面层+7cm（AC25I型）下面层，该高速公路于2011年底建成通车，由于油面各结构层矿料设计时未充分考虑当地交通、气候等影响因素，矿质混合料配合比设计片面追求规范中值，对关键筛孔的通过率未引起足够的重视，2012年7、8月份，持续高温天气，致使局部路段产生了较严重的车辙。当然，沥青路面产生车辙的原因多种多样，其中有设计方面的原因，有恶劣天气的影响，也有施工控制方面的原因，这里就不作细述。

1.3 沥青试样的制备

沥青试样经加热处理后会引起沥青老化。试验人员在操作时，对沥青试样不能直接放在电炉或明火上加热，如利用冷却后的试样反复加热不能超过2次，避免沥青老化使沥青混合料性能发生变化。

1.4 试验条件及试验操作精确度

JTJ058―2000集料试验规程中提出对沥青混合料所用矿料级配采用干筛法和水洗法共同确定，这是因为采用干筛法，往往会因为小于0.075mm的成分黏附在矿料上筛不下去，而不能真实反映矿料的级配，从而影响矿粉的添加数量，这种影响当某些矿料含石粉较多时，对矿料掺配比例的影响尤其明显。有些试验室仍采用水洗法小于0.075mm的含量来评定集料的含泥量，这是不科学的，由于在细集料中小于0.075mm的成分包括黏土、尘屑和石粉等，用水洗法无法区别开来。因此对细集料还应进行砂当量试验，以真实评价细集料的洁净程度。

试验操作中，马歇尔试验是极其重要的一方面，包括马歇尔试件的拌制、成型，各种物理力学指标的测试及数据的处理。

（1）马歇尔试件的制作以前存在人工炒拌，一组试件集中拌和的作法，容易导致沥青局部过热老化，沥青混合料拌和不均匀等情况，因此，实际操作时，试验人员应遵照试验规程按分计筛余单个配料，并使用小型沥青混合料拌和机和烘箱制备试样，一次拌制一个试件。

（2）试验表明，沥青混合料温度或模具预热温度达不到规定击实温度时将影响试件的密度和空隙率，而试件尚未冷却就脱模，容易使试件受到损伤。

（3）马歇尔试件成型高度对沥青混合料马歇尔性能测定有较大的影响，因此，每个试件击实结束后应用游标卡尺测量试件的高度，并据此调整试件击实需要的数量，如测定高度不符合63.5±1.3mm的试件应予以废弃，以减小试验数据的变异性。

（4）成型试件密度的测试应针对不同性质的沥青混合料采用不同的测试方法。规范要求对吸水率不大于2%的沥青混合料采用表干法测定其毛体积相对密度，对几乎不吸水的密实型沥青混合料采用水中重法测定表观相对密度，对吸水率大于2%或空隙率大于10%的沥青砼或沥青碎石采用蜡封法测定其毛体积相对密度。当用计算法计算沥青混合料最大理论密度时，粗集料的相对密度采用其毛体积相对密度，细集料采用表观相对密度。采用不同方法测得的马歇尔试件密度或选用不同矿料比重计算得出的试件最大理论密度计算得到的沥青混合料空隙率结果是不同的，并因此影响最佳沥青用量的选定。

（5） 试件从恒温水浴取出后，必须在规定的时间（30秒）内完成。如果超出规定时间，试验温度相差较大，将影响单个试件的稳定度和流值，另一方面也会造成试件测定值离散性增大，导致试验结果不具备代表性。

1.5 试验仪器设备检定情况

试验仪器设备精度是影响试验结果准确性的重要因素。在沥青混合料配合比设计中，使用的主要试验仪器有称量仪器、马歇尔稳定度测定仪、试件养护用的恒温水浴、烘箱等。其中马歇尔试验是混合料配合比设计中关键的试验项目，数据的准确性十分重要。通常要求对试验采用的仪器在使用前必须检定合格后才能使用。在实际试验过程中，有时会遇到荷载――变形曲线顶部平坦，即荷载增加很小，流值却持续增大的情况。出现这种情况时除了要仔细的检查仪器是否符合规范允许的精度范围外，另外就是对试验结果进行修正。如采用原点修正或取最大荷载98%处对应的变形值作为流值时，这种情况应在试验报告中注明。

1.6 马歇尔试验技术标准和最佳沥青用量

马歇尔试验技术标准的选定范围直接影响沥青最佳用量的选定。各试验单位进行沥青混合料设计时应根据本地实际情况选择适当的设计孔隙率，以满足不同层位油面的功能要求。最佳沥青用量的确定应结合试验数据，通过生产配合比验证、拌和楼试拌、试验段铺筑和实践经验综合选定。进行沥青混合料设计时，根据目标空隙率选定的填料和沥青用量直接决定了设计沥青混合料路用性能好坏，对热拌沥青混合料配合比设计意义尤为重要。

2.采取措施

影响沥青混合料配合比设计的因素有原材料质量、试验操作的规范与准确性、试验仪器的精确度、以及试验数据处理的合理性等。要将试验误差减小到最低限度，应做到以下几个方面：

（1）严格控制原材料的质量，提高对原材料质量的重视程度。对各种规格的碎石备料要从生产源头把好质量关。

（2）加强试验人员的操作培训，提高试验人员操作水平，严格按试验规程操作。对原材料要求进行平行试验，试验结果应满足平行试验精度要求。马歇尔试验时，应将误差超过标准差的数据剔除，尽量减少试验中的偶然误差。

（3）确保试验仪器设备的精度合格，示值误差应在规定允许范围内。加强试验仪器设备的检定、保养工作，要严格按规程操作，杜绝随意操作行为。

（4）按目标配合比、生产配合比、配合比设计验证三个步骤进行配合比设计。如果说目标配合比是“理论的研究”，那么生产配合比设计和拌和楼试拌验证就是实践适应性的检验过程，它为全面推广施工作好了最后的准备。

生产配合比设计阶段的试验过程基本同目标配合比设计一样，包括原材料的测试，合成级配的计算，马歇尔试件的制作、测试及最佳油石比选定等。应注意，生产配合比矿料设计须结合拌和楼热料仓分档和筛孔配置情况综合考虑，使生产出的混合料既达到规范允许的各项技术标准，又能保障设备正常生产应能提供的供料能力。

在生产配合比验证与试铺阶段，试验人员应跟踪检测：目测现场摊铺效果，及时取样进行各项物理力学指标测试，并对试验数据进行统计分析。

3.结语

在实际生产中，综合考虑各种因素的影响，对优化沥青混合料配合比设计，保证沥青路面的质量具有十分重要的意义。同时，要做好一组沥青混合料配合比设计，首先应保证原材料的质量，其次要提高试验人员的操作技能，保证试验仪器精度，严格按试验规程操作，将试验误差减少到最小程度。