浇注式沥青混合料体积设计法研究

赵国云 ，谢远新 ，陈仕周

(1.重庆鹏方路面工程技术研究院有限公司，重庆市 400025；2.重庆交通大学，重庆市 400074)

浇注式沥青混合料体积设计法研究

赵国云1，谢远新1，陈仕周2

(1.重庆鹏方路面工程技术研究院有限公司，重庆市 400025；2.重庆交通大学，重庆市 400074)

为使浇注式沥青混合料设计时体积特征更明确，最佳沥青用量来源更有依据，采用土工击实试验方法确定合成级配的矿料间隙率，并按照常温下沥青刚好填满矿料间隙的假设换算沥青用量和有效沥青用量，然后进行混合料性能试验。试验结果表明，该沥青用量符合浇注式沥青混合料经验用油量范围，且混合料性能试验结果满足相关要求，说明浇注式沥青混合料体积设计法具有实用性和可行性。

桥梁工程；体积设计法；土工击实试验；浇注式沥青混合料；矿料间隙率

0 引言

近年来，浇注式沥青混凝土以使用效果好、施工敏感性低和易于维修等特点逐渐成为我国大跨径钢桥面铺装的主流类型之一。

以往在进行浇注式沥青混合料设计时，一般采用混合料级配范围中值和初试沥青用量进行试拌，然后以±0.3%变动沥青用量进行混合料性能试验，挑选较佳的配合比［1，2］。由于浇注式沥青混合料性能指标仅有贯入度、贯入度增量、流动度和-10℃低温小梁弯曲破坏应变4个指标［3］，以这种设计方法设计的浇注式沥青混合料体积特征不明显，最佳沥青用量的来源缺乏依据。

本文以土工击实法为基础，研究浇注式沥青混合料体积设计法和最佳沥青用量设计方法，为实际工程提供借鉴。

1 土工击实参数选择

浇注式沥青混合料现场摊铺完毕后，混合料温度从230℃左右逐渐降低到常温，热胀冷缩作用使混合料体积收缩。为模拟这种收缩作用，采用土工击实试验方法对浇注式沥青混合料合成矿料在加水状态下进行击实，从而根据矿料体积指标求解合成级配的矿料间隙率。

根据土工击实试验标准［4］，选择轻型土工击实仪和有关击实参数(见表1)。参数选择的目的是能够尽量模拟浇注式沥青混合料收缩功的同时，避免过大的击实功使矿质集料被击碎。经过多次试验，证明采用表1所示参数击实后的合成矿料间隙和浇注式沥青混合料自然状态下形成的间隙基本相同。

表1 轻型土工击实法参数

2 最佳沥青用量计算方法

采用不同含水量并将水均匀撒布在合成矿料中，充分拌和后击实、烘干和称重，通过击实后的体积和烘干重量可计算矿料间隙率。

浇注式沥青混合料的特征是其空隙率接近于0，从而起到绝对防水作用。因此，假设常温下沥青刚好填满合成矿料间隙，此时混合料孔隙刚好为0而不存在多余沥青而影响混合料的高温稳定性。在230℃左右摊铺温度条件下，沥青体积膨胀且黏度降低从而提供施工流动性。合成矿料间隙率即为理论最佳沥青体积率，见式(2)。

考虑有效沥青概念时，吸收沥青的体积率计算方法见式(3)～(5)［5］：

则最佳沥青用量的计算方法分别见式(6)和式(7)：

(1)沥青用量

(2)有效沥青用量

式(1)～(7)中：γt为合成矿料击实烘干后密度，g/cm3；pj为合成矿料击实烘干后质量，g；ρw为水密度，g/cm3；γsb为矿料合成毛体积相对密度；wx为合成矿料吸水率；γsa为矿料合成表观相对密度；C为合成矿料沥青吸收系数；wx为合成矿料的吸水率，%；pbv为吸收沥青体积率；pba为有效沥青含量，%；pb为沥青含量，%；γb为沥青的相对密度(25℃/25℃)。

3 应用实例

文献［6］中，通过变动0.075 mm、2.36 mm、4.75 mm和9.5 mm筛孔通过率，采用第1部分所述试验方法对合成矿料进行了击实。试验结果表明，2.36 mm及以下筛孔对浇注式沥青混合料矿料间隙率的影响较大，并证明2.36 mm筛孔是GA10的粗细分界筛孔。

这里采用玄武岩集料，根据文献［6］中浇注式沥青混合料级配范围，变动2.36 mm筛孔通过率设计3组级配(见图1)，击实结果见表2和图2。

表2 合成级配矿料击实和间隙率计算结果

图2 不同含水量对应的矿料间隙率

根据表2试验结果，选择最大干密度对应的矿料间隙率计算沥青用量和有效沥青用量，并根据《公路钢箱梁桥面铺装设计与施工技术指南》［3］中试验方法采用高黏度聚合物改性沥青进行混合料性能试验，结果见表3。

表3 沥青用量计算及混合料性能试验结果

计算和试验结果表明，当考虑集料吸收沥青时，采用本文方法确定的最佳沥青用量约为7.3%，和实际工程经验用油量相一致，且混合料性能满足要求。

4 矿料间隙率的选择与调整

在采用本文所示体积设计法进行设计时，0.075 mm筛孔通过率应选择级配范围中值，并分别按照靠近上限、中值和下限变动2.36 mm筛孔通过率设计3组合成级配，进行土工击实试验和计算最佳沥青用量。级配设计经验丰富时可直接根据经验挑选级配进行性能试验，反之应分别对3组级配进行性能试验，挑选性能最优者作为最终配合比。

浇注式沥青混合料矿料间隙率应在16%～22%之间，当对高温稳定性要求较高时应在18%以内［7］，如果不能满足上述要求则须重新进行级配设计。

根据文献［6］，浇注式沥青混合料合成矿料间隙率主要受2.36 mm以下筛孔通过率的影响，其中尤以0.075 mm筛孔通过率影响最大。这可作为调整浇注式沥青混合料矿料间隙率的依据，但在以往绝大多数采用聚合物改性沥青作为胶结料的浇注式沥青混凝土铺装工程中，浇注式沥青混合料的0.075 mm筛孔通过率一般在24%～27%之间变动。

5 结语

选择土工击实法参数，对浇注式沥青混合料合成矿料在加水状态下进行击实，以模拟混合料摊铺后的温缩作用。计算最大干密度状态对应的矿料间隙率，并按照常温下沥青刚好填满矿料间隙的假设换算沥青用量，作为浇注式沥青混合料的最佳沥青用量。试验结果表明，此种方法确定的沥青用量同实际工程中的经验沥青用量相接近，说明浇注式沥青混合料的体积设计法具有实用性和可行性。

［1］ 凌桂香,罗亨文.浇筑式沥青混合料配合比设计及试验研究［J］.中外公路, 2010,30(4)∶271-273.

［2］ 王宏畅,李国芬.南京长江四桥浇注式沥青混凝土配合比设计研究［J］.公路,2012,(8)∶50-54.

［3］ 陈仕周,邓学钧,吴光蓉,等.公路钢箱梁桥面铺装设计与施工技术指南［M］.北京：人民交通出版社，2006.

［4］ JTG E42-2005,公路工程集料试验规程［S］.

［5］ JTG F40-2004,公路沥青路面施工技术规范［S］.

［6］ 赵国云，邵强，闫东波.钢桥面铺装浇注式沥青混合料级配性能［J］.公路交通科技，2013,30(5)∶1-7.

［7］ 株式会社.南京长江第四大桥浇注式沥青桥面铺装设计方案［R］.日本：株式会社长大，2009.

U443.33

A

1009-7716(2015)08-0219-03

2015-03-12

赵国云(1977-)，男，河南舞阳人，硕士，高级工程师，研究方向为路面与桥面铺装。