路面沥青混凝土试验配合比优化设计
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【摘 要】沥青混凝土配合比设计是道路施工至关重要的环节，也是决定工程质量的主要因素。在组成沥青混凝土的原材料选定后，沥青混凝土的很多技术性能在很大程度上取决于其配合比。由于沥青混凝土的组成材料比例不同，形成的组成结构也不相同。如在其他材料的比例确定的情况下，当沥青混凝土中矿粉掺量过低时，矿粉与沥青相互作用的比表面积减少，则会导致混凝土强度与稳定性降低；当沥青混凝土中矿粉掺量过多时，会严重影响沥青混凝土的和易性，更严重的是会降低沥青混凝土的高温稳定性。本文将主要探讨路面沥青混凝土试验配合比的优化设计。
【关键词】沥青混凝土；路面；配合比；优化
1.路面沥青混凝土配合比设计级配范围的确定
选择合适的沥青混合料级配类型是确保沥青凝土路面面层质量的前提。密级配沥青混合料是设计级配应根据公路等级、工程性质、气候条件、交通条件、材料品种等因素，通过对条件大体相当的工程使用情况进行调查研究后调整确定。夏季温度高、高温持续时间长，重载交通多的路段，宜选用粗型密级配沥青混合料（AC-C型），并取得较高的设计空隙率。对冬季温度低、且低温持续时问长的地区，或者重载交通较少的路段，宜选用细型密级配沥青混合料（AC-F型），并取较低的设计空隙率。沥青混凝土面层集料的最大粒径宜从上层至下层逐渐增大。上层宜使用中粒式及细粒式，且上面层沥青混合料集料的最大粒径不宜超过层厚1/2，中、下面层集料的最大粒径不宜超过层厚的2/3。采用双层或三层式结构的沥青混凝土面层中应有一层及一层以上是Ⅰ型密级配沥青混凝土混合料，以防水下渗。若上面层采用Ⅱ型沥青混凝土，中面层应采用Ⅰ型沥青混凝土，AM型开级配沥青碎石不宜作面层，仅可做联结层[2]。为进一步确定配合比的级配指数和矿粉含量，在上述矿料配合比研究的基础上设计沥青混凝土配合比，制备成标准马歇尔沥青混凝土试件，研究不同混凝土配合比的孔隙率。马歇尔沥青混凝土试件尺寸为Ф101.6min×63.5mm（直径为101.6mm，高为63.5mm），试件两面各击35次。矿料级配参数包括最大骨料粒径Dmax，级配指数r或粗细骨料率和矿粉含量F。根据最大密级配理论和富勒级配曲线，如下式所示：
2.路面沥青混凝土试验配合比的影响因素
沥青混凝土配合设计主要的影响因子会出现在原料、配比、拌合、夯压试体，这四个部份，下列列出各部份会影响最后结果之因子项目[3]：
2.1原料（沥青+粒料）
（a）粒料的比重吸水率：影响沥青混合料孔隙含量。（b）粒料的健度：研判粒料抗风化作用能力。（c）含砂当量：测定细级级配或土壤中之粘土相对含量。（d）磨损率：测定抗磨损率。（e）破碎颗粒含量：影响沥青混合料间之镶嵌强度。（f）扁率：影响滚压后颗粒间发生连锁作用和稳定性。（g）沥青胶泥的针入度：影响沥青材料的软硬度及稠度并决定沥青路面稳定度之一大因素。（h）沥青胶泥的粘滞度：其动粘滞度会决定拌合温度及夯打温度。
2.2配比
（a）经济考量：不可过度由经济考量去调整料号百分比使级配曲线异常曲折。（b）粒料级配控制范围曲线图：要落入规范内，且尽量圆滑。（c）工作拌合公式：影响沥青混凝土试体之组成，不可参考他人配比。（d）筛分析：分析粒料的特性，其粒径的分布并决定百分比的组合。
2.3拌合
（a）计算添加含油量的计算方式-不可使用混合各筛号粒料未加温至特定温度后之重量，再添加其含油量，亦或者使用错误认知的数学公式。（b）拌合温度的决定-影响沥青胶泥是否充分拌合的温度范围。（c）拌合过程温度-拌合时的温度是否达到规范所需求的温度范围，使沥青胶泥有适当的附着能力。（d）充分拌合-影响日后沥青混凝土试体，是否有渗油现象。
当然还有很多的影响因子会出现在各仪器的操作上，所以排除操作问题，沥青混凝土配比的各项实验都需仔细确实，降低其影响，这就是其实验的困难及现在沥青混凝土的施工品质不如预期的重要原因。
3.路面沥青混凝土配合比设计试验思路
碾压式沥青混凝土配合比设计的内容是确定粗骨料、细骨料、填料和沥青材料相互配合的最佳组成比例，使之既能满足沥青混凝土工程技术要求，又能符合经济的原则。日前国内外沥青混凝土配合比设计多采用矿料级配和沥青用量（按矿料总重的百分数即油石比计）两个参数。矿料级配是指粗骨料、细骨料、填料按适当比例配合，使其具有最小的空隙率和最大的摩擦力的合成级配，矿料级配可用最大粒径、粗细骨料的比例、填料用量3个参数来表征。目前常用的级配理论主要有最大密度曲线理论和粒子干涉理论[4]。在下坂地心墙沥青混凝土配合比设计中，采用最大密度曲线理论进行矿料级配的计算。最大密度曲线是通过试验提出的一种理想曲线，这种理论认为，固体颗粒按粒度大小有规则地组合排列，粗细搭配，可以得到密度最大，空隙最小的混合料；并提出矿料的混合级配曲线愈接近于抛物线，则密度愈大。最大密度曲线理论提出应用于实际工程中的矿料级配计算式见下式所示：
根据设计推荐的沥青混凝土配合比主要参数，考虑到施工过程中配合比允许的误差，即沥青用量±0.3%、填料用量±1%，在保持矿料最大粒径和级配指数不变的情况下，采用沥青用量波动±0.3%、填料用量波动±1%的方式对设计配合比进行复核，以验证其合理性。经组合复核配合比共12个。选用矿料级配指数为0.36，填料用量为12%、12%、14%进行矿料级配计算[5]。
4.最佳路面沥青混凝土试验配合比的确定
矿料合成级配和填料用量选定后，沥青用量成为影响沥青混凝土性质的唯一因素。最佳沥青用量的选定，除了考虑使沥青混凝土达到最优性能指标外，还必须考虑混合料的和易性和施工性，即指沥青混合料应有良好的流动性，良好的粘结性而不分散。
从试验成果可以看出，在相同矿料级配指数和相同填料用量的情况下，沥青混凝土稳定度随沥青用量的增加而降低，沥青混凝土的流值随沥青用量的增加而增加，且其测值均满足设计要求。而沥青混凝土孔隙率随沥青用量增加的变化规律呈现了如下特点：即在某一填料用量下，存在某一沥青用量，使沥青混凝土孔隙率达到最低。此情况下的沥青用量为此配合比下满足沥青混凝土孔隙率最小时的最佳沥青用量。综合考虑沥青混凝土的压实性能、力学及变形性能和沥青混合料的和易性，选定各填料用量情况下的最佳沥青用量参数见表1所示。
5.结论
随着科技的不断发展，沥青路面的许多新技术、新材料都得到了实际应用，各种规范、标准比较齐全，但从实际工程质量和使用功能来看，尚有许多值得探讨的问题。在沥青路面施工过程中，质量的控制和检查是保证质量最重要的一环。对施工质量的好坏影响很大，路面沥青混凝土配合比的确定都应按有关施工技术规范的规定，在施工中坚决贯彻执行，这对于保证沥青路面施工质量是非常重要的。
【参考文献】
[1]叶发文，高阳，张建海，赵元弘.寨子河沥青混凝土心墙堆石坝渗流及应力应变分析[J].水力发电，2014，02：60-64.
[2]慈军.沥青混凝土配合比设计后矿料级配调整分析[J].人民长江，2014，11：68-70.