習(xí)磊

摘要：瀝青混合料配合比是在進(jìn)行路面設(shè)計時一項重要的指標(biāo)，直接關(guān)系到路面的路用性能和力學(xué)性能。本文通過對馬歇爾試驗法、Superpave法、GTM法以及貝雷法等設(shè)計方法的原理、設(shè)計步驟、設(shè)計方法、材料的選擇和優(yōu)缺點進(jìn)行了分析比較，得出了各種試驗方法的適用范圍，從而為路面設(shè)計提供參考。

關(guān)鍵詞：瀝青混合料；馬歇爾；Superpave

一、概述

目前，國內(nèi)外路面設(shè)計者對瀝青混合料配合比設(shè)計方法的研究很多，縱觀世界各國，現(xiàn)行用于瀝青混合料配合比設(shè)計的方法主要有：馬歇爾方法、維姆方法、Superpave方法、GTM方法以及貝雷法等，但其中又以馬歇爾法運用得最為廣泛。我國《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）規(guī)定，瀝青混合料配合比設(shè)計采用馬歇爾方法；同時規(guī)定，當(dāng)采用其他方法設(shè)計瀝青混合料配合比時，應(yīng)按規(guī)范規(guī)定進(jìn)行馬歇爾試驗及各項配合比檢驗，并報告不同設(shè)計方法的試驗結(jié)果。不同混合料設(shè)計方法都有各自的特點，

二、瀝青混合料的設(shè)計方法

1 馬歇爾設(shè)計方法

馬歇爾法是由美國密西西比州公路局的Bruce Marshell提出，在第二次世界大戰(zhàn)期間開始使用，后來美國陸軍工程兵團(tuán)對其進(jìn)行了改進(jìn)和完善。馬歇爾設(shè)計法的基本原理是體積設(shè)計法，即在分析研究瀝青混合料性能時，以瀝青結(jié)合料與集料成分的體積比例作為計算依據(jù)，最終要達(dá)到的主要指標(biāo)也是體積指標(biāo)。通過瀝青混合料組成材料的不同體積比例的組合，經(jīng)過瀝青混合料的拌和、試件的擊實成型，最后測定試件的體積參數(shù)，從而確定瀝青混合料各組成材料的比例。馬歇爾設(shè)計方法操作簡單，因此仍然是目前用的最多的設(shè)計方法，可以適用各種場合。

2 Superpave方法

2.1材料選擇和礦料級配

新的礦料級配范圍是根據(jù)實踐經(jīng)驗提出的，級配范圍設(shè)計料控制點和限制區(qū)。Superpave要求礦料級配應(yīng)該避開限制區(qū)，否則容易造成駝峰曲線或者VMA不足。礦料級配曲線允許在限制區(qū)的上方通過，但最好在限制區(qū)的下方通過。不過，現(xiàn)在對限制區(qū)是否合理有不同的看法，認(rèn)為設(shè)置限制區(qū)并沒有理論根據(jù)，實踐中避開了限制區(qū)的反而在重載車作用下出現(xiàn)了嚴(yán)重的滲水或車轍。所以，現(xiàn)在的趨勢是逐漸否定限制區(qū)。

2.2集料結(jié)構(gòu)選擇

選擇好集料后，可以根據(jù)級配的控制點和實踐經(jīng)驗，確定3種不同粒徑含量的試驗集料，即細(xì)顆粒含量大于并接近規(guī)定的低限的I型、細(xì)顆料含量小于并接近于規(guī)定的高限的Ⅱ型、中間顆粒含量大的Ⅲ型。

三種試驗集料的級配選定后，通過旋轉(zhuǎn)壓實儀SGC來確定各自的體積特性，SGC的旋轉(zhuǎn)壓實次數(shù)根據(jù)交通水平確定，然后再利用有效密度確定瀝青結(jié)合料的有效含量。在試驗集料中加入瀝青結(jié)合料制作不同有效瀝青含量的試驗混合料。瀝青混合料的VMA的判斷標(biāo)準(zhǔn)由設(shè)計孔隙率4%確定，VFA的標(biāo)注與交通量有關(guān)。

2.3瀝青結(jié)合料含量設(shè)計

Superpave和馬歇爾設(shè)計方法的差別，主要是成型方法以及體積指標(biāo)的計算不一樣。Superpave采用旋轉(zhuǎn)壓實，而馬歇爾采用的擊實法，前者更能模擬實際路面壓實情況，但是后者的設(shè)備簡單、廉價、方法簡單、易于掌握。

在進(jìn)行體積分析時，Superpave考慮了集料表面的孔隙吸收瀝青的影響，從而產(chǎn)生了有效瀝青用量的概念。而我國以前的計算方法并沒有將這部分吸收瀝青從總瀝青用量中扣除，但在新的規(guī)范《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）中，開始考慮這一部分的影響。

3 貝雷法設(shè)計方法與馬歇爾設(shè)計方法的比較

3.1貝雷法簡介

貝雷設(shè)計法是由美國伊利諾伊州交通部的Robert D.Bailey先生發(fā)展，它不完全是一種瀝青混合料配合比設(shè)計方法，它主要是一種礦產(chǎn)級配的設(shè)計方法。其主要思想是以形成的集料骨架作為混合料的承重主體，高的抗車轍性能，同時通過調(diào)整粗細(xì)集料的比例，獲得合適的[VMA]，以保證設(shè)計混合料具有較好的耐久性。貝雷法中提出了用于評價礦料性質(zhì)的一系列參數(shù)，這些參數(shù)直接和[VMA]、孔隙率和壓實性能相關(guān)，有助于更好地理解集料級配與混合料中空隙體積的關(guān)系，也為評價合成級配提供了一套工具。

3.2不同之處

由于貝雷法并不是一種完整的瀝青混合料設(shè)計方法，其主要用來檢驗級配，還需借助其他方法才能進(jìn)行完整的配合比設(shè)計，因此，貝雷法和馬歇爾法的主要不同是，貝雷法可以檢驗級配的骨架密實性，而馬歇爾法卻不能。

4 GTM方法

GTM（gyratory testing machine）旋轉(zhuǎn)壓實剪切試驗機(jī)，是美國工程兵于20世紀(jì)60年代為解決空軍重型轟炸機(jī)機(jī)場跑道的設(shè)計而研究發(fā)明的。90年代后又將這一理論和方法應(yīng)用于現(xiàn)代高速公路車輛荷載劇增下的車轍、泛油、破壞形變等病害的防治與設(shè)計。美國ASTM規(guī)范已將該法作為瀝青混凝土的試驗標(biāo)準(zhǔn)和內(nèi)容之一。GTM方法主要根據(jù)如下3個指標(biāo)來確定最佳瀝青用量：

（1）應(yīng)變比GSI

GSI是瀝青混合料穩(wěn)定性的度量，由最終旋轉(zhuǎn)角除以中間穩(wěn)定階段的旋轉(zhuǎn)角得到，即GSI=最終應(yīng)變/混合料穩(wěn)定狀態(tài)時的應(yīng)變，GSI接近1.0時一般表明為穩(wěn)定的混合料，不穩(wěn)定的混合料旋轉(zhuǎn)角在壓實過程中增大，多數(shù)時候當(dāng)該值超過1.1時表明混合料不穩(wěn)定。

（2）抗剪安全系數(shù)GSF

GSF是指瀝青混合料被壓實到平衡狀態(tài)時的抗剪強(qiáng)度與行車荷載作用下需要承受的剪應(yīng)力的比值。

GTM設(shè)計瀝青混合料時，可以通過控制旋轉(zhuǎn)次數(shù)、試件的高度使混合料壓實到平衡狀態(tài)需要達(dá)到的密度。當(dāng)混合料壓實到平衡狀態(tài)時，與實際路面在設(shè)計荷載作用下的最終密度相當(dāng)。平衡狀態(tài)是指GTM每轉(zhuǎn)100轉(zhuǎn)時，試件密度的變化不大于0.016g/cm3。

與現(xiàn)行規(guī)范材準(zhǔn)的馬歇爾雙面擊實75次，采用一般交通控制指標(biāo)確定的最佳油石比相比，GTM采用0.7MPa設(shè)計的最佳油石比要低0.4%～0.5%；GTM設(shè)計的瀝青混合料在不增加瀝青用量的基礎(chǔ)上，其密度大于馬歇爾法設(shè)計的密度；GTM設(shè)計的也隙率基本在2.0%～2.4%，與實際路面的最終孔隙率較接近， GTM法設(shè)計的瀝青混合料VFA要高于馬歇爾法設(shè)計的；GTM法設(shè)計的混合料穩(wěn)定度比馬歇爾法設(shè)計的大很多，而流值則稍低于馬歇爾方法。

由于GTM法考慮了抗剪強(qiáng)度，減小了瀝青混凝土的側(cè)向流動，密實度較高，且瀝青用量比馬歇爾方法設(shè)計的低，因此具有較高的抗車轍能力，適用于對抗高溫變形要求較高的重載道路。

三、各種設(shè)計方法的優(yōu)缺點對比

①不同的設(shè)計方法都有其各自的優(yōu)缺點，它們的適用情況也不一樣，只有清楚了解其設(shè)計原理，才可能有助于我們在配合比設(shè)計時，針對不同要求，選擇不同的設(shè)計方法，設(shè)計出符合路用要求的瀝青混合料。

通過對幾種主要的瀝青混合料配合比設(shè)計方法比較，我們可以得出這樣的結(jié)論：馬歇爾設(shè)計方法雖然和路用性能關(guān)系不大，但是由于其設(shè)備簡單、廉價、方法簡單等特點，而且其實踐經(jīng)驗積累較豐富，因而容易調(diào)整，自今仍然被廣泛使用。

②Superpave設(shè)計方法嘗試和路用性能建立關(guān)系，這是其最重要的特點，也值得我們學(xué)習(xí)，但是許多成果仍處于試驗階段或者和實際路用性能有差異，仍然處于完善和改進(jìn)中。

③貝雷法不完全是瀝青混合料設(shè)計方法，但是其粗細(xì)集料劃分，以及多級嵌擠思想值得我們學(xué)習(xí)，可以用來檢驗瀝青瀝青混合料的級配，尤其是檢驗礦料是否形成骨架結(jié)構(gòu)。

④GTM設(shè)計方法更適用于重載交通道路設(shè)計，采用GTM設(shè)計方法，可以使瀝青路面具有較強(qiáng)的抗車轍性能，但是其低溫性能值得擔(dān)憂。

⑤總的來說，各種設(shè)計方法都有各自的優(yōu)缺點，我們在進(jìn)行配合比研究時，應(yīng)該注意吸取各種方法優(yōu)點，克服缺點，只有這樣，才可能設(shè)計出滿足要求的高質(zhì)量瀝青路面。

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