沥青混合料配合比设计方法

宋冬梅　赵德超

(中铁二局第五工程有限公司，四川 成都　610091)



·建筑材料及应用·

沥青混合料配合比设计方法

宋冬梅赵德超

(中铁二局第五工程有限公司，四川 成都610091)

结合工程实例，从目标配合比设计、生产配合比设计及生产配合比验证三个阶段，阐述了沥青混合料的配合比设计方法，并总结了配合比设计过程中的注意事项，使沥青混合料达到最佳的配比效果。

沥青混合料，配合比，热料仓，油石比

沥青混合料配合比设计是指利用工程实际使用的材料，通过室内和室外大量的试验工作，确定出矿料组成级配和最佳沥青用量，使沥青混合料达到最佳效果的过程。下面就已经建成通车的重庆忠垫高速公路上面层SBS改性沥青AC-13C型沥青混合料配合比设计为例作简要介绍。其设计步骤可分为：目标配合比设计、生产配合比设计及生产配合比验证三个阶段。

1　目标配合比设计

目标配合比设计是沥青混合料设计的第一步，即先在试验室内进行试验。忠垫高速公路沥青表面层设计为AC-13C型沥青混合料。首先要明白AC-13C的含义，它的全称解释为：粗型密级配沥青混合料，最大粒径16 mm，最大公称粒径为13 mm。

1)材料的选择和试验。沥青：根据气候分区忠垫高速公路选择的沥青标号为A级90号改性沥青。粗集料：选定以华莹山产玄武岩碎石作为上面层粗集料。细集料：忠垫高速公路采用重庆涪陵产石灰岩机砂作为细集料。填料：采用了由垫江当地产的石灰岩加工成的矿粉。

2)根据设计文件的级配范围确定各种矿料的合成比例，见表1。根据各种矿料的筛分级配曲线和级配范围,采用人机对话法,试配出按设计文件要求的接近上限、接近中值、靠近下限三种合成级配曲线。并分别得出不同级配曲线各种矿料的组成比例，见表2。

表1　设计文件规定的级配范围

表2　矿料合成级配表

3)最佳沥青用量的确定。根据经验预估最佳沥青用量为4.9%，取3.9%，4.4%，4.9%，5.4%，5.9%的沥青用量分别与上限、中值、下限三个合成级配。成型马歇尔试件测定毛体积密度、计算空隙率、矿料间隙率、有效沥青饱和度等体积参数，测定马歇尔稳定度和流值，采用计算法计算混合料的理论最大密度。本文以合成级配为中值作为例子，对最佳油石比的确定方法作出说明。

根据试验结果，求出相应密度最大值a1的沥青用量5.06%，稳定度最大值a2的沥青用量为4.90%,目标空隙率为5%时a3对应沥青用量为4.58%,沥青饱和度中值a4的沥青用量4.83%。据公式:OAC1=(a1+a2+a3+a4)/4=4.82%。

以密度、稳定度、流值、目标空隙率、沥青饱和度均符合要求的沥青用量范围，OACmin为4.50%，OACmax为5.05%计算：

OAC2=(OACmin+OACmax)/2=4.78%。

在此基础上以OAC1和OAC2的中值计算最佳沥青用量OAC为:OAC=(OAC1+OAC2)/2=4.8%。

用上述同样方法分别对接近上限和接近下限的另外两个掺配比例,成型不同沥青用量的马歇尔试件：获得上限合成级配的最佳沥青用量为5.1%，下限合成级配的最佳沥青用量4.6%。沥青用量为5.1%时，沥青用量偏大，且细集料所占比例较大，混合蠕动性能较差。当沥青用量为4.6%时，由于粗集料所占比例高，施工时易产生离析，平整度及压实质量无法保证。综上所述,最后选用4.8%沥青用量和合成级配曲线接近中值的掺配比例拌制沥青混合料及成型马歇尔试件。

结果表明:当沥青用量为4.8%时,各项技术指标满足现行施工技术规范和设计文件要求,从而确定目标配合比的最佳沥青用量为4.8%。

4)对沥青混合料性能的检验。高温稳定性检验：按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》T0719规定的方法与试验条件进行标准车辙试验测得的动稳定度为4 147次/min，满足施工技术规范和设计文件要求。水稳定性检验：按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》T0709，T0729规定的方法与试验条件进行残留稳定度及冻融劈裂试验测得的残留稳定度为97%，残留强度比为85.7%,满足现行施工技术规范和设计文件要求。渗水系数及低温抗裂性能均满足现行施工技术规范和设计文件要求。

5)目标配合比组成及合成级配。据以上各项试验结果得出了忠垫高速公路LM2合同段SBS改性沥青上面层AC-13C型目标配合比结果如表3，表4所示。

表3　目标配合比组成比例

表4　目标配合比合成级配

经过以上一系列过程,我们便完成了配合比设计的第一步工作，即目标配合比设计。

2　生产配合比设计

在目标配合比确定之后，必须利用工地施工现场实际到位的沥青搅拌设备进行生产配合比设计。忠垫高速公路使用的是日本田中LMP-3000型间歇式沥青拌楼。生产配合比设计阶段主要解决的两个问题是：热料仓的配料比例和生产配合比的沥青用量。

2.1热料仓的配料比例确定

根据AC-13C的级配范围要求，选用19 mm，10 mm，5 mm，3 mm四层振动筛。按目标配合比的比例上料，反复调整各种冷料仓的流量，使热料仓的各种料比例大致接近目标配合比，使冷热料平衡不出现溢料和等料现象。并将除尘设备开到正常情况。在这两种状态下取热料进行试验。取料时宜按粒径从大到小放热料。每种热料放两次取第二次的，用装载机在下料口接后倒在平地上，从不同部位取有代表性样品经分料器缩分后送回试验室备用。根据各种热料的筛分级配曲线结果,按目标配合比的级配曲线,采用人机对话法,用EXCEL计算出各种热料仓的组成比例及合成级配(见表5)。

表5　热料仓的组成比例及合成级配

2.2生产配合比最佳沥青用量的确定

生产配合比最佳沥青用量确定和目标配合比最佳沥青用量确定的方法没有大的区别,只是用的是热料仓的材料。分别成型目标配合比的最佳沥青用量及±0.3%最佳沥青用量,得出各种参数后,取毛体积密度最大值a1、稳定度最大值a2及沥青饱和度中值所对应的油石比a3,取a1，a2，a3三个数值的平均值作为生产配合比的最佳沥青用量。通过上述方法得到了生产配合比最佳沥青用量。用已确定的最佳沥青用量和热料仓掺配比例试拌沥青混合料,进行各种相关试验,测参数是否满足设计,否则还应做相应的调整。生产配合比阶段得到的试验数据见表6。沥青用量与毛体积密度、稳定度及沥青饱和度关系如图1～图3所示。

这一阶段值得注意的几个问题是：1)在体积指标计算时应采用热料仓中的料重新测各种热料的密度。2)拌合楼在安装完成后必须经计量单位检定合格后才可使用。3)对检测沥青含量的各种设备应进行空白试验标定，提高检测的准确性。这一点对于沥青拌合楼油石比的控制很重要。

表6　生产配合比阶段试验数据

图1　沥青用量与毛体积密度关系　　　图2　沥青用量与稳定度关系

图3　沥青用量与沥青饱和度关系

经过室内试拌最后得出了忠垫高速公路沥青上面层的生产配合比如表7所示。

表7　沥青上面层的生产配合比

到此完成生产配合比的设计过程。

3　生产配合比验证

此阶段即为做试验段。通过铺筑试验段对生产配合比进行验证的同时，也是对全套施工设备的能力和施工组织工作进行全面的检验。首先选定了有代表性的施工路段作为试验段，试拌前通知了业主、监理单位和相关人员到场。拌合楼按选定的生产配合比进行了试拌，在场人员对混合料的级配和油石比发表了意见。大家都认为按生产配合比拌制出来的混合料均匀一致、色泽光鲜，具有很好的蠕动性能，可以用此混合料在试验路段上试铺。施工过程中进一步观察了混合料摊铺、碾压过程和成型后路面的状况，试验人员取有代表性混合料进行各种试验，并在施工次日进行了试验段验收。 所有检测项目均满足设计要求，试验段所得到的各项数据可以指导大面积生产。忠垫高速公路通过试验段验证得出的标准配合比为：1号仓∶2号仓∶3号仓∶4号仓∶矿粉∶沥青=22%∶35%∶12%∶25%∶6%∶4.8%。

The mix ratio design method of asphalt mixture

Song DongmeiZhao Dechao

(FifthEngineeringLimitedCompany,ChinaRailwaySecondBureau,Chengdu610091,China)

Combining with the engineering example, from the target mix ratio design, production mix ratio design and production mix ratio verification three stages, this paper elaborated the mix ratio design method of asphalt mixture, and summarized the matters needing attention in mix ratio design process, made the asphalt mixture reached optimum ratio effect.

asphalt mixture, mix ratio, thermal hopper, asphalt aggregate ratio

1009-6825(2016)21-0117-02

2016-05-17

宋冬梅(1976- )，女；赵德超(1977- )，男，工程师

TU535

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