浦南高速公路瀝青混合料配合比設(shè)計復(fù)核研究
來源：來源于網(wǎng)絡(luò) 發(fā)布時間：2010-02-24 15:20:39
1 引言
浦南高速公路路面結(jié)構(gòu)采用32cm水穩(wěn)底基層，15cm級配碎石基層，16cmATB-25瀝青碎石基層、6cmAC-20C下面層、4cmAC-13C上面層。底基層與級配碎石基層間噴灑1cm厚的乳化瀝青（慢裂）封層。規(guī)范規(guī)定對瀝青混合料配合比的設(shè)計采用三階段配合比設(shè)計法。這三階段分別為目標配合比設(shè)計階段、生產(chǎn)配合比設(shè)計階段、生產(chǎn)配合比驗證階段（試拌、試鋪階段）。這一方法的目的是為了使設(shè)計程序化和深入化，使設(shè)計結(jié)果更加符合生產(chǎn)實際，以充分起到指導(dǎo)施工的作用。下面就浦南高速公路瀝青混合料配合比設(shè)計復(fù)核研究談幾點體會。
2 目標配合比設(shè)計復(fù)核
2.1 原材料檢測
要保證工程質(zhì)量，必須對工程材料進行嚴格的選擇和檢驗，這也是在瀝青混合料配合比設(shè)計前必不可少的一個重要環(huán)節(jié)。組成瀝青混合料的原材料主要有：不同規(guī)格的粗集料、細集料、填充料（礦粉）、膠結(jié)料（瀝青）。選擇原材料基本原則是：技術(shù)性好（滿足技術(shù)指標要求），經(jīng)濟性好，結(jié)合環(huán)保就地取材。
2.1.1 瀝青
瀝青是瀝青混合料的主要組成材料之一，是決定瀝青混合料質(zhì)量的主要因素。因此選擇瀝青時，除了要注意瀝青自身品質(zhì)的優(yōu)劣以外，還要注意瀝青標號對當?shù)丨h(huán)境、氣候的適應(yīng)性，既要兼顧冬季的抗裂性，又要兼顧到夏季的抗塑變能力。浦南高速公路夏季溫度高、高溫持續(xù)時間長，屬重載交通，而且地處山區(qū)，坡道、彎道較多，故在瀝青碎石基層及下面層選用A級70瀝青，上面層選用SBS改性瀝青（I-D型）。
2.1.2 集料
粗、細集料應(yīng)從源頭把關(guān)，做到潔凈、干燥。粗集料的壓碎值、磨光值、磨耗值、粘附性、針片狀顆粒含量、吸水率等指標應(yīng)滿足現(xiàn)行規(guī)范要求；細集料潔凈程度、表觀相對密度、堅固性、棱角性等指標均應(yīng)滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。對已經(jīng)選定材料來說，在料源變化不大的情況下，由于破碎工藝不同，加上破碎場管理上的問題，針片狀顆粒含量、<0.075mm顆粒含量、砂當量等指標會產(chǎn)生較大波動，我試驗室對此進行嚴格把關(guān)。在配合比設(shè)計復(fù)核工作中，碰到最多的是細集料砂當量不合格，要求施工單位整改，主要措施是片石沖洗，破碎場加大除塵。原材料符合要求方可進行配合比試驗，并要求監(jiān)理試驗室加強抽檢，保證正常施工時原材料質(zhì)量穩(wěn)定。
2.1.3 填料
選擇填料時一定要考慮能否滿足親水性和細度要求，能否改善瀝青與集料的粘結(jié)力。根據(jù)集料不同性質(zhì)選擇不同的填料，對于堿性集料，可選擇磨細的石粉作填料；對于中性材料，可使用磨細的石灰石粉；另外，根據(jù)不同情況還可選用水泥消石灰等作填料。浦南高速公路采用的填料為礦粉摻20%消石灰。
2.2 級配方案選用
選擇合適的瀝青混合料級配類型是確保瀝青混凝土路面面層質(zhì)量的前提。瀝青混合料面層的設(shè)計一般依據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTGF40-2004）。在進行配合比設(shè)計時，應(yīng)盡量使級配曲線在規(guī)范中值處圓順、少折角，通常情況下，合成級配曲線宜盡量接近設(shè)計級配中限，尤其應(yīng)使0.075mm、2.36mm和 4.75mm篩孔的通過量盡量接近設(shè)計級配范圍的中限；對于重交通的高速公路面層，宜偏向級配范圍的下（粗）限。
在對原材料進行多次篩分試驗后，確定單檔集料級配穩(wěn)定的情況下，根據(jù)本省其他路段已有經(jīng)驗，預(yù)估一個適宜的瀝青含量進行室內(nèi)馬歇爾試驗，初定一個級配做為設(shè)計級配。浦南高速公路共設(shè)計復(fù)核了27個目標合比（其中ATB-25 11個、AC-20C 10個、AC-13C 6個），結(jié)合馬歇爾所得各項指標結(jié)果兼顧所選用集料實際生產(chǎn)比例，選用級配方案參見表1~3，圖1~3.：
2.3 馬歇爾試驗
以預(yù)估的瀝青含量為中值按±0.3%分別成型三組馬歇爾試件，測定試件的各項指標，如果試驗結(jié)果不滿足規(guī)范要求，則需重新調(diào)整級配比例，重新進行馬歇爾試驗。
馬歇爾試驗得到的主要試驗結(jié)果為空隙率，按省高指施工指南要求，瀝青混凝土空隙率宜控制在3%~7%之間。浦南高速公路瀝青路面ATB-25碎石基層空隙率一般控制在4.8%~5.3%之間，AC-20C下面層空隙率一般控制在4.5%~5.0%之間，AC-13C上面層空隙率一般控制在 4.0%~4.5%之間。
2.4 瀝青含量的確定
根據(jù)浦南高速公路的設(shè)計特點，瀝青含量在滿足規(guī)范的要求下，盡量取低值。
2.5 配合比設(shè)計檢驗
根據(jù)我省實踐經(jīng)驗，配合比設(shè)計檢驗主要進行旋轉(zhuǎn)壓實試驗、水穩(wěn)定性檢驗和高溫穩(wěn)定性檢驗。根據(jù)驗證結(jié)果，若達不到相關(guān)規(guī)定則另選材料、調(diào)整級配或采取其他措施重做試驗，直到符合要求，確定出較理想的目標配合比。 3 生產(chǎn)配合比設(shè)計復(fù)核
目標配合比確定以后，要使實際施工中所采用的瀝青混合料拌和設(shè)備進行生產(chǎn)配合比設(shè)計。生產(chǎn)配合比設(shè)計階段的試驗過程基本同目標配合比設(shè)計一樣，包括原材料的檢測，合成級配的計算，馬歇爾試件的制作、測試及最佳油石比選定等。
進行生產(chǎn)配合比設(shè)計時最關(guān)鍵的也是級配合成，使之接近目標配合比級配，視拌和樓性能，有時生產(chǎn)配合比的級配合成也要進行多次才能成功。以浦南高速公路 AB2標2#拌和樓為例，在進行ATB-25生產(chǎn)配合比設(shè)計時，第一次取樣，0~3規(guī)格集料0.075mm檔通過率9.8%，與冷料差不多�？膳袛嗥湮鼔m裝置沒有起到作用，基本上是將集料加熱一下就放出來了。第二次取樣，0~3規(guī)格集料0.075mm檔通過率1.2%，也非常異常，原因是吸塵裝置功率開的過大，不符合實際生產(chǎn)情況。直至第三次取樣，各檔級配情況才正常，通過調(diào)整比例使生產(chǎn)配合比級配接近目標級配。
浦南高速公路共6 個合同段，大多合同段有2個拌和樓，拌和樓由于各倉篩孔尺寸設(shè)置不一，故同一個目標配合比應(yīng)用到不同拌和樓都需進行生產(chǎn)配合比設(shè)計。浦南高速公路我們共復(fù)核了44個生產(chǎn)配合比。在級配控制方面，大部分生產(chǎn)級配關(guān)鍵篩孔可以控制在目標級配通過率的±1%范圍內(nèi)，生產(chǎn)配合比所確定瀝青含量能在目標配合比的所確定瀝青含量的±2%.個別經(jīng)反復(fù)調(diào)整仍達不到要求的生產(chǎn)配合比，則需重新進行目標配合比設(shè)計。
4 生產(chǎn)配合比驗證（試拌、試鋪）
生產(chǎn)配合比的驗證是通過實際施工對預(yù)期結(jié)果的驗證，也是從感性的角度對瀝青混合料配合比設(shè)計的評估，同時也是對施工單位制定的施工方案的檢驗，檢驗拌和、運輸、攤鋪、碾壓工藝等的可行性和設(shè)備的匹配情況。這可從混合料的顏色、拌和均勻度、離析情況、碾壓后的表面狀況等方面做出判斷。
我試驗人員對試拌試鋪的混合料及時取樣，進行瀝青含量和馬歇爾試驗，對碾壓段進行鉆芯取樣等各種檢驗。若有指標不到規(guī)范要求，則查找原因，重新進行試拌和試鋪，直至達到設(shè)計要求。經(jīng)試鋪成功后的生產(chǎn)配合比確定為生產(chǎn)用標準配合比。
5 工作過程中碰到的幾個問題
5.1 取樣
確定一個合理的級配是瀝青混合料配合比設(shè)計的關(guān)鍵。同樣一種集料，不同試驗人員在不同時間會得到不同的試驗結(jié)果。為避免爭議，在浦南高速公路配合比設(shè)計復(fù)核工作中，我們和業(yè)主、監(jiān)理、施工單位四方共同取樣，用分樣器現(xiàn)場分成四份。這樣既解決了爭議，又提高了取樣的代表性。
5.2 級配
現(xiàn)行瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范的規(guī)定的級配小于4.75部分細集料量較多，瀝青混合料易出現(xiàn)過密現(xiàn)象，試件空隙偏小，抗車轍能力較小。浦南高速公路瀝青面層用瀝青混合料級配，小于4.75ｍｍ部分細集料適當減小，在規(guī)范中值偏下，以提高混合料嵌擠作用。
5.3 粉膠比
根據(jù)規(guī)范要求，對常用的公稱最大粒徑為13.2～19mm的密級配瀝青混合料，粉膠比宜控制在0.8～1.2mm范圍內(nèi)，但因為浦南高速公路配合比級配細料偏粗，相應(yīng)集料的表面積系數(shù)較小，如果為滿足粉膠比要求，盲目降低<0.075顆粒含量，則會造成瀝青膜厚度過厚，不利于混合料的綜合性能。故浦南高速公路中下面層配合比的粉膠比大多在1.3～1.6范圍內(nèi)。
5.4 礦料間隙率
試驗過程中發(fā)現(xiàn)，當上面層采用砂巖時，礦料間隙率指標往往達不到規(guī)范要求。浦南高速公路CB2標上面層采用沙縣青州的砂巖，目標配合比設(shè)計時，瀝青含量采用4.8%時，空隙率4.8%，按規(guī)范要求礦料間隙率應(yīng)大于14.8%，實際礦料間隙率只有13.9%.我省以往高速公路上面層采用砂巖時亦出現(xiàn)過類似情況，因為砂巖容易擊實，使用較低的瀝青含量就能達到較為理想的空隙率，而砂巖的密度較灰綠巖小，所以礦料間隙率往往達不到要求。因此，建議規(guī)范對砂巖的礦料間隙率指標要求適當放寬。
5.5 車轍試驗
根據(jù)規(guī)范要求，試驗室成型試件的拌和溫度為60℃，動穩(wěn)定度試驗應(yīng)與熱拌瀝青混合料使用地區(qū)的氣候有關(guān)，如果當?shù)氐淖罡邭鉁刂挥校玻?nbsp;℃，規(guī)定用６０ ℃的溫度進行車轍試驗，則要求的溫度過高；相反如果當?shù)氐淖罡邭鉁貫椋矗?nbsp;℃以上，規(guī)定用６０ ℃的溫度進行車轍試驗，則要求的溫度過低。如果規(guī)定各地根據(jù)當?shù)氐淖罡邭鉁嘏c瀝青路面最高溫度來進行車轍試驗，效果會更好。
5.6 旋轉(zhuǎn)壓實試驗
由于馬歇爾試驗采用的擊實方式不可避免地會造成集料破碎，影響試件的最終試驗結(jié)果，如空隙率和用油量等。更為重要的是馬歇爾試驗方法無法模擬路面碾壓實際情況，不能正確評價瀝青混合料的抗剪強度。而剪切旋轉(zhuǎn)壓實儀可以近似地模擬荷載在公路上行駛時輪胎與路面的相互作用，通過旋轉(zhuǎn)壓實，使試件中瀝青混合料的密實度達到汽車輪胎實際作用于路面時所產(chǎn)生的密實度，既模擬荷載在路面上產(chǎn)生的垂直壓應(yīng)力。在試件壓實的過程中，剪切旋轉(zhuǎn)壓實儀能夠通過采集的試件混合料壓實數(shù)據(jù)（空隙率、礦料間隙率、瀝青飽和度、壓實度及有效瀝青含量等），建立與旋轉(zhuǎn)壓實次數(shù)的對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)在一定條件下的Superpave交通水準及路面設(shè)計交通荷載情況，確定級配的合理性及瀝青混合料最佳用油量。所以我省的配合比設(shè)計檢驗，除了進行水穩(wěn)定性檢驗和高溫穩(wěn)定性檢驗外，還要要求進行旋轉(zhuǎn)壓實試驗。
6 結(jié)束語
瀝青混合料的路用性能非常復(fù)雜，國內(nèi)許多機構(gòu)和專家進行了長期艱苦的研究和探索，得出了許多有價值的結(jié)論，并在工程實踐中得到了應(yīng)用，取得了較好的效果。在具體的實踐過程中，要以國家規(guī)范作為依據(jù)，但又不能拘泥于規(guī)范；要努力采用國際上的先進經(jīng)驗，使瀝青混合料配合比設(shè)計水平得到提高。
