沥青混合料体积参数影响因素分析

王志刚,艾振喜

摘 要：空隙率和矿料间隙率是沥青混合料配合比设计的两个重要参数，其影响因素多而复杂，实际工程中也较难把握。设计了三种集料、五个沥青用量和三种级配进行交叉试验，对密级配沥青混合料空隙率和矿料间隙率的影响因素进行研究分析，分析发现，矿料有效相对密度和吸水率对空隙率和矿料间隙率的影响比级配更为显著，在密集配沥青混合料级配组成设计时要优先考虑矿料合成有效相对密度和吸水率，并和最大密度线结合起来考虑，会获得更好的空隙率及矿料间隙率控制效果。

关键词：沥青混合料;体积参数;空隙率;矿料间隙率;影响因素

0 引言

沥青混合料配合比设计是沥青路面的核心技术，一个好的配合比设计应该具有良好的使用性能，施工操作性好及变异性小、容易压实，尤其是经得起实践考验，确保沥青路面不产生损坏。沥青混合料配合比设计涉及到的主要体积参数有试件毛体积相对密度γf、最大理论相对密度γt、空隙率VV、矿料间隙率VMA、沥青饱和度VA、粉胶比FB，其中空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度、粉胶比这些体积参数，规范[1]均给出了范围或规定值。但是，体积参数因受各种因

素影响，在实际配合比设计中会出现好多问题，经常会有一些参数不满足规范要求，虽经反复试验，也不尽人意，突出表现在空隙率和矿料间隙率这两个体积参数。新疆哈密某二级公路项目沥青面层碎石选用的是英安岩和凝灰岩，在进行集料指标检测时发现，这两种集料吸水率远大于石灰岩，项目根据以往经验采用的级配和油石比进行AC-25C沥青混合料配合比设计，空隙率、矿料间隙率和饱和度均不能满足规范要求。鉴于这种情况，项目对英安岩、凝灰岩和石灰岩三种岩性的集料采用五个沥青用量和三种级配进行了交叉试验，对密级配沥青混合料空隙率和矿料间隙率的影响因素进行了分析总结，以指导类似工程沥青混合料配合比设计。

1 试验方案设计

1.1 材料

（1）集料：选取三种不同密度的集料，石灰岩、英安岩及凝灰岩;（2）沥青：采用同厂生产同一批的70号A级沥青;（3）矿粉：同厂生产的同一批矿粉。

1.2 级配

新疆AC-25C型粗、中、细三种级配进行级配组成设计。

1.3 沥青用量

选取3.0、3.5、4.0、4.5、5五个油石比分别就各种集料按照三个级配配置AC-25沥青混合料进行马歇尔试验。

1.4 数据分析

汇总马歇尔试验体积参数，运用图表工具和回归分析等方法对空隙率和矿料间隙率两个体积参数的影响因素合成集料有效密度γse、合成矿料吸水率wx、级配、油石比进行分析，并对影响因素的影响程度排序。

1.5 总结

对分析的结果进行总结，以指导类似工程沥青混合料配合比设计。

2 试验结果统计及分析

2.1 集料密度及吸水率

根据集料试验规程[2]对不同岩性集料进行密度和吸水率测试，粗集料采用网篮法，细集料采用塌落筒法，试验结果见表1。

2.2 级配

根据《新疆公路沥青路面设计指导手册》[3]中AC-25级配范围规定，选取粗、中、细三种级配进行级配组成设计，三种级配见表2。

2.3 试验结果分析

2.3.1 空隙率影响因素分析

沥青用量对空隙率的影响最为显著，三种岩性混合料的空隙率均随着油石比的增加而减小，吸水率较小的石灰岩的空隙率变化基本呈线性递减，而吸水率最大的凝灰岩的空隙率虽然呈递减趋势，但并不是线性的，吸水率居中的英安岩的空隙率虽然在线性和非线性之间，但基本接近线性，英安岩和凝灰岩在油石比达到4%以后空隙率减小幅度降低。在沥青用量相同的情况下，石灰岩、英安岩、凝灰岩混合料的空隙率呈递增趋势。石灰岩、英安岩和凝灰岩的矿料合成有效密度是逐渐降低的，所以可以认为，在沥青用量相同的前提下，混合料空隙率随着矿料合成有效密度的降低而增加，而且矿料合成有效密度对空隙率的影响要大于级配对空隙率的影响。

综合以上分析，沥青混合料空隙率的主要影响因素为沥青用量、矿料合成有效密度和级配，三个影响因素从大到小排序为沥青用量、矿料合成有效密度和级配。

因此，我们在级配组成设计时要充分利用这个规律，对于合成矿料有效相对密度小吸水率大的集料，级配组成设计可以适当靠近最大密度线。反之，则适当远离最大密度线。同时，我们要注意，在油膜厚度及粉胶比已满足要求，且沥青用量已经达到预估值时VV仍然较大，此时就不要一味的靠增加沥青用量来满足VV的要求了，而是应该考虑增加2.36 mm以下细集料的用量了，使之接近级配中值，并适当减少2.36 mm～4.75 mm之间的用量。

2.3.2 矿料间隙率影响因素分析

规范根据设计空隙率和最大公称粒径规定了矿料间隙率VMA的最小值，在公称最大粒径相同的条件下，随着设计空隙率的增加，VMA规定最小值也增加，在空隙率相同的条件下，随着公称最大粒径的减小，VMA规定的最小值增加，因此可以推断，VMA和空隙率和公称最大粒径有直接关系，在沥青混合料配合比设计中，都是针对同一公称最大粒径混合料进行各种体积参数确定，所以仅针对AC-25混合料对VMA的影响因素进行分析，因空隙率的主要影响因素是沥青用量、集料合成有效密度和级配，所以VMA也针对这些因素进行分析。

VMA主要的影响因素还是集料本身的性质，如集料密度和吸水率，其对试件毛体积相对密度和矿料合成毛体积相对密度影响较大;其次就是沥青用量和级配，一般情况，在集料和级配确定后，对于吸水率较小的集料，VMA随沥青用量的增加而小幅度的减小，随后基本保持不变，对吸水率较大的集料，VMA随沥青用量的增加小幅度的减小，随后小幅度的增加;在集料和沥青用量一定的情况下，VMA随级配变化发生小幅度变化，级配越靠近最大密度线VMA越小。

3 应用效果

4 结语

（1）沥青混合料空隙率的主要影响因素为沥青用量、矿料合成有效密度和级配，三个影响因素从大到小排序为沥青用量、矿料合成有效密度和级配。

（2）矿料间隙率主要的影响因素是集料本身的性质，如集料密度和吸水率，其对试件毛体积相对密度和矿料合成毛体积相对密度影响较大;其次就是沥青用量和级配。

（3）在进行沥青混合料级配组成设计时要充分考虑空隙率和矿料间隙率的特点，根据合成矿料有效密度和吸水率的大小考虑级配曲线是靠近还是远离最大密度线。

（4）在油膜厚度及粉胶比已满足要求，且沥青用量已经达到预估值时VV及VMA仍然较大，此时就不要一味的靠增加沥青用量来满足VV和VMA的要求了，而是应该考虑增加2.36 mm以下细集料的用量了，使之接近级配中值，并适当减少2.36 mm～4.75 mm之间的用量。

参考文献：

[1]交通部公路科学研究所.GTJ F40-2004，公路瀝青路面施工技术规范[S].北京：人民交通出版社.

[2]交通运输部公路科学研究院.JTG E42-2005，公路工程集料试验规程[S].北京：人民交通出版社.

[3]新疆交通建设管理局新疆公路沥青路面设计指导手册[S].2013年01月01日.