沥青混凝土混合料的组成设计

程松林 吴 满

（南阳市公路工程处，河南 南阳 473000）

随着我国公路建设的不断加快，高等级公路施工要求逐渐提高，加快了我国公路建设步伐，节约投资成本，提高工程质量，对公路建设具有重要意义。我国高等级公路为汽车创造舒适、安全的服务，可直接承受自然因素、荷载作用影响。沥青路面是我国高等级公路的构成的主要部分，但我国对于沥青混凝土的混合料组成设计缺乏相关经验，早期的高等级沥青路面存在许多不合理因素，发生各种损坏问题。笔者结合自身多年的从业经验，探讨沥青混凝土混合料的组成设计，旨在提高公路路面质量。

1 沥青混凝土的混合料配合比设计理论

1.1 高温稳定性。沥青混合料抗变形能力、强度受到温度影响，待温度升高时，沥青粘度会下降，矿料粘接力会降低，引起抗变形能力、强度下降。所以，高温季节、荷载作用时，路面极易发生推移、车辙问题。有效提高高温稳定性，有利于提高内摩阻力、粘结力。将粗矿料融入沥青混合料中，可使粗矿料构成一个骨架结构，提高内摩阻力。使沥青料粘结度提高，合理控制矿料、沥青的配合比，控制好沥青用量，选择活性矿粉，可改善矿料和沥青的互相作用，有利于提高混合料粘结度。同时，将合成橡胶、天然橡胶、聚乙烯掺入至沥青中，可提高高温稳定性。除材料自身特性，热稳定性也受到结构效应影响，例如沥青层厚度与矿料尺寸相对应，因轮胎约束效应与路面层有摩阻力，薄层沥青承载力要高于厚层，若选择与同层后接近的矿料尺寸，同样可提高稳定性。

传统沥青混合料高温稳定性的评定，主要以稳定性系统、抗压强度为准，因没有侧限抗压试件受力，和沥青混合料的实际受力不相符，因此温度稳定性系数、高温抗压轻度无法准确显示沥青混合料性能。目前，我国主要选择马歇尔实验流值、稳定度评定高温稳定性，马歇尔流值、稳定度和沥青混合料呈一定相关性。另外，试验方法、设备比较简单，有利于控制现场质量，所以马歇尔法在沥青混合料评定中被广泛应用。然而马歇尔流值、稳定度混的混合料指标呈经验性，无法准确反映永久变形机理，因此，国际上近年来使用蠕变试验进行沥青混合料评价，当处于恒载作用时，随时间增长，变形也随之变化，有利于判定混合料稳定性，预估车辙量，指导组成设计。

1.2 低温抗裂性。随着温度下降，沥青粘滞度、强度随之提高，变形能力逐渐下降，发生脆性破坏。尤其是气温急剧下降，基层结构对沥青层产生约束作用，导致沥青层无法收缩，从而导致温度应力的发生，当温度应力和沥青结构应力的差值超过沥青结构本身具有的抗拉性能时，路面会出现开裂。低温季节极易发生裂缝，不管是冻胀裂、低温荷载裂缝、反射裂缝都处于外因作用，沥青混合料则因低温内部应力引起，主要包含沥青性质、气温状况、路面结构、路基类型、层间结合情况。站在低温抗裂性角度，沥青混合料处于低温时，具有较大抗变形能力。所以，在进行混合料组成设计时，可选择抗老化性能强、稠密度、温度敏感性较低的沥青，可将橡胶聚合物掺入至沥青中，可有效提供混合料低温时的抗裂能力。目前，通常选择开裂统计法、变形对比法、开裂温度预估法等方法评定低温抗裂能力。

1.3 耐久性。长期处于自然因素作用，需确保路面使用年限较长，路面具有良好耐久性，若沥青混合料的耐久性较差，极易引起路面松散、沥青膜剥落路面裂缝等问题，主要有混合混合料组成结构、矿料成分、沥青性质影响耐久性。根据沥青混合料结构，考虑沥青混合料空隙率，和矿料骨料进行级配，同沥青料压密度、用量相关。站在耐久性角度，沥青混合料的空隙率应尽可能减小，防止沥青老化，考虑热稳性能，通常沥青混合料伴有4～5%的空隙。若空隙率较大，矿料和沥青之间的粘性较差，待饱水后，沥青和矿料的粘附力会下降，极易出现剥落，导致路面破坏。同时，混合料沥青含量也影响了路面使用寿命，，若沥青用量减少，沥青膜会变薄，混合料抗变性能下降，脆性提高。若沥青用量偏小，会增大混合料空隙率，较多的暴露沥青膜，加快了老化速度，加快渗水性，导致沥青剥落。

1.4 抗滑性。沥青混合料路面抗滑性和沥青混合料用量、级配组成、矿料表面性质等相关，在配料时，应提高粗矿料耐磨光性，选取硬质棱角矿料，因硬质矿料是一种酸性石料，和沥青粘附性较差。所以，沥青混合料进行配料时，若选择软质矿料，必须掺入硬质矿料，组成掺加抗剥离剂与复合矿料。

1.5 抗疲劳性。当沥青混合料处于重复荷载租用时，路面的抵抗性能，叫做抗疲劳性。一般将沥青混合料发生疲劳破坏时，出现的重复应力值，叫做疲劳强度，重复作用叫做疲劳寿命，无限次荷载循环作用，且不出现破裂破坏应力，叫做疲劳极限。最佳沥青含量影响抗疲劳性，与矿料种类、矿料级配相关，随着空隙率下降，混合料疲劳寿命随之增长。

1.6 工作度。主要指辗压工作、混合料摊铺时的难以程度，若混合料的工作度良好，极易辗压、摊铺，另外还有施工条件、气温、混合料性质影响混合料工作度。

2 沥青混合料组成设计的空隙率和级配关系

在混合料设计中，沥青用量是重要指标，关系着路面使用寿命，沥青用量比最佳沥青用量少0.6%，会降低路面的一半使用寿命。在高等级沥青路面施工时，选择高质量沥青，配合比设计时，流值与稳定度可满足要求，最终决定最佳沥青用量，仅需考虑空隙率。若沥青混合料配合比设计时，通常会碰到沥青用量偏低，空隙小于3%，而无法加入沥青。例如，AC-25I的沥青混凝土，油石比为4.5%，空隙率为3.1%，为确保路面质量可使用手摸形式进行初步确认，并适当降低油石比，提高空隙率。因此，沥青混合料组成设计的空隙率和级配关系：通过调整混合料级配，增大空隙率，当沥青油石比不变，增大矿料的空隙率，从而增长路面使用寿命。

3 结论

在工程设计时，可选择不同性能的沥青混合料，发挥各材料优点，降低不良特性，形成最优混合料的组成设计。本文主要探讨沥青混凝土的混合料理论设计，建议在现场设计时，应考虑抗滑性、抗裂性、稳定性、耐久性、抗疲劳性等多方面考虑，利用最大密度计算沥青混凝土的混合料，探讨细集料规格。

[1]付美丽,李娟.浅析沥青混凝土混合料的组成设计[J].技术与市场,2012,19(8)：86.

[2]张基成.沥青混凝土混合料配合比设计中几个值得探讨的问题[J].公路交通技术,2004,(1)：18-20.