宋冬梅　趙德超

(中鐵二局第五工程有限公司，四川 成都　610091)

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·建筑材料及應(yīng)用·

瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)方法

宋冬梅趙德超

(中鐵二局第五工程有限公司，四川 成都610091)

結(jié)合工程實(shí)例，從目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)、生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)及生產(chǎn)配合比驗(yàn)證三個(gè)階段，闡述了瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)方法，并總結(jié)了配合比設(shè)計(jì)過程中的注意事項(xiàng)，使瀝青混合料達(dá)到最佳的配比效果。

瀝青混合料，配合比，熱料倉，油石比

瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)是指利用工程實(shí)際使用的材料，通過室內(nèi)和室外大量的試驗(yàn)工作，確定出礦料組成級(jí)配和最佳瀝青用量，使瀝青混合料達(dá)到最佳效果的過程。下面就已經(jīng)建成通車的重慶忠墊高速公路上面層SBS改性瀝青AC-13C型瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)為例作簡要介紹。其設(shè)計(jì)步驟可分為：目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)、生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)及生產(chǎn)配合比驗(yàn)證三個(gè)階段。

1　目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)

目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)是瀝青混合料設(shè)計(jì)的第一步，即先在試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)。忠墊高速公路瀝青表面層設(shè)計(jì)為AC-13C型瀝青混合料。首先要明白AC-13C的含義，它的全稱解釋為：粗型密級(jí)配瀝青混合料，最大粒徑16 mm，最大公稱粒徑為13 mm。

1)材料的選擇和試驗(yàn)。瀝青：根據(jù)氣候分區(qū)忠墊高速公路選擇的瀝青標(biāo)號(hào)為A級(jí)90號(hào)改性瀝青。粗集料：選定以華瑩山產(chǎn)玄武巖碎石作為上面層粗集料。細(xì)集料：忠墊高速公路采用重慶涪陵產(chǎn)石灰?guī)r機(jī)砂作為細(xì)集料。填料：采用了由墊江當(dāng)?shù)禺a(chǎn)的石灰?guī)r加工成的礦粉。

2)根據(jù)設(shè)計(jì)文件的級(jí)配范圍確定各種礦料的合成比例，見表1。根據(jù)各種礦料的篩分級(jí)配曲線和級(jí)配范圍,采用人機(jī)對話法,試配出按設(shè)計(jì)文件要求的接近上限、接近中值、靠近下限三種合成級(jí)配曲線。并分別得出不同級(jí)配曲線各種礦料的組成比例，見表2。

表1　設(shè)計(jì)文件規(guī)定的級(jí)配范圍

表2　礦料合成級(jí)配表

3)最佳瀝青用量的確定。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)預(yù)估最佳瀝青用量為4.9%，取3.9%，4.4%，4.9%，5.4%，5.9%的瀝青用量分別與上限、中值、下限三個(gè)合成級(jí)配。成型馬歇爾試件測定毛體積密度、計(jì)算空隙率、礦料間隙率、有效瀝青飽和度等體積參數(shù)，測定馬歇爾穩(wěn)定度和流值，采用計(jì)算法計(jì)算混合料的理論最大密度。本文以合成級(jí)配為中值作為例子，對最佳油石比的確定方法作出說明。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，求出相應(yīng)密度最大值a1的瀝青用量5.06%，穩(wěn)定度最大值a2的瀝青用量為4.90%,目標(biāo)空隙率為5%時(shí)a3對應(yīng)瀝青用量為4.58%,瀝青飽和度中值a4的瀝青用量4.83%。據(jù)公式:OAC1=(a1+a2+a3+a4)/4=4.82%。

以密度、穩(wěn)定度、流值、目標(biāo)空隙率、瀝青飽和度均符合要求的瀝青用量范圍，OACmin為4.50%，OACmax為5.05%計(jì)算：

OAC2=(OACmin+OACmax)/2=4.78%。

在此基礎(chǔ)上以O(shè)AC1和OAC2的中值計(jì)算最佳瀝青用量OAC為:OAC=(OAC1+OAC2)/2=4.8%。

用上述同樣方法分別對接近上限和接近下限的另外兩個(gè)摻配比例,成型不同瀝青用量的馬歇爾試件：獲得上限合成級(jí)配的最佳瀝青用量為5.1%，下限合成級(jí)配的最佳瀝青用量4.6%。瀝青用量為5.1%時(shí)，瀝青用量偏大，且細(xì)集料所占比例較大，混合蠕動(dòng)性能較差。當(dāng)瀝青用量為4.6%時(shí)，由于粗集料所占比例高，施工時(shí)易產(chǎn)生離析，平整度及壓實(shí)質(zhì)量無法保證。綜上所述,最后選用4.8%瀝青用量和合成級(jí)配曲線接近中值的摻配比例拌制瀝青混合料及成型馬歇爾試件。

結(jié)果表明:當(dāng)瀝青用量為4.8%時(shí),各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足現(xiàn)行施工技術(shù)規(guī)范和設(shè)計(jì)文件要求,從而確定目標(biāo)配合比的最佳瀝青用量為4.8%。

4)對瀝青混合料性能的檢驗(yàn)。高溫穩(wěn)定性檢驗(yàn)：按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》T0719規(guī)定的方法與試驗(yàn)條件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)車轍試驗(yàn)測得的動(dòng)穩(wěn)定度為4 147次/min，滿足施工技術(shù)規(guī)范和設(shè)計(jì)文件要求。水穩(wěn)定性檢驗(yàn)：按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》T0709，T0729規(guī)定的方法與試驗(yàn)條件進(jìn)行殘留穩(wěn)定度及凍融劈裂試驗(yàn)測得的殘留穩(wěn)定度為97%，殘留強(qiáng)度比為85.7%,滿足現(xiàn)行施工技術(shù)規(guī)范和設(shè)計(jì)文件要求。滲水系數(shù)及低溫抗裂性能均滿足現(xiàn)行施工技術(shù)規(guī)范和設(shè)計(jì)文件要求。

5)目標(biāo)配合比組成及合成級(jí)配。據(jù)以上各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果得出了忠墊高速公路LM2合同段SBS改性瀝青上面層AC-13C型目標(biāo)配合比結(jié)果如表3，表4所示。

表3　目標(biāo)配合比組成比例

表4　目標(biāo)配合比合成級(jí)配

經(jīng)過以上一系列過程,我們便完成了配合比設(shè)計(jì)的第一步工作，即目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)。

2　生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)

在目標(biāo)配合比確定之后，必須利用工地施工現(xiàn)場實(shí)際到位的瀝青攪拌設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)。忠墊高速公路使用的是日本田中LMP-3000型間歇式瀝青拌樓。生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)階段主要解決的兩個(gè)問題是：熱料倉的配料比例和生產(chǎn)配合比的瀝青用量。

2.1熱料倉的配料比例確定

根據(jù)AC-13C的級(jí)配范圍要求，選用19 mm，10 mm，5 mm，3 mm四層振動(dòng)篩。按目標(biāo)配合比的比例上料，反復(fù)調(diào)整各種冷料倉的流量，使熱料倉的各種料比例大致接近目標(biāo)配合比，使冷熱料平衡不出現(xiàn)溢料和等料現(xiàn)象。并將除塵設(shè)備開到正常情況。在這兩種狀態(tài)下取熱料進(jìn)行試驗(yàn)。取料時(shí)宜按粒徑從大到小放熱料。每種熱料放兩次取第二次的，用裝載機(jī)在下料口接后倒在平地上，從不同部位取有代表性樣品經(jīng)分料器縮分后送回試驗(yàn)室備用。根據(jù)各種熱料的篩分級(jí)配曲線結(jié)果,按目標(biāo)配合比的級(jí)配曲線,采用人機(jī)對話法,用EXCEL計(jì)算出各種熱料倉的組成比例及合成級(jí)配(見表5)。

表5　熱料倉的組成比例及合成級(jí)配

2.2生產(chǎn)配合比最佳瀝青用量的確定

生產(chǎn)配合比最佳瀝青用量確定和目標(biāo)配合比最佳瀝青用量確定的方法沒有大的區(qū)別,只是用的是熱料倉的材料。分別成型目標(biāo)配合比的最佳瀝青用量及±0.3%最佳瀝青用量,得出各種參數(shù)后,取毛體積密度最大值a1、穩(wěn)定度最大值a2及瀝青飽和度中值所對應(yīng)的油石比a3,取a1，a2，a3三個(gè)數(shù)值的平均值作為生產(chǎn)配合比的最佳瀝青用量。通過上述方法得到了生產(chǎn)配合比最佳瀝青用量。用已確定的最佳瀝青用量和熱料倉摻配比例試拌瀝青混合料,進(jìn)行各種相關(guān)試驗(yàn),測參數(shù)是否滿足設(shè)計(jì),否則還應(yīng)做相應(yīng)的調(diào)整。生產(chǎn)配合比階段得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表6。瀝青用量與毛體積密度、穩(wěn)定度及瀝青飽和度關(guān)系如圖1～圖3所示。

這一階段值得注意的幾個(gè)問題是：1)在體積指標(biāo)計(jì)算時(shí)應(yīng)采用熱料倉中的料重新測各種熱料的密度。2)拌合樓在安裝完成后必須經(jīng)計(jì)量單位檢定合格后才可使用。3)對檢測瀝青含量的各種設(shè)備應(yīng)進(jìn)行空白試驗(yàn)標(biāo)定，提高檢測的準(zhǔn)確性。這一點(diǎn)對于瀝青拌合樓油石比的控制很重要。

表6　生產(chǎn)配合比階段試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖1　瀝青用量與毛體積密度關(guān)系　　　圖2　瀝青用量與穩(wěn)定度關(guān)系

圖3　瀝青用量與瀝青飽和度關(guān)系

經(jīng)過室內(nèi)試拌最后得出了忠墊高速公路瀝青上面層的生產(chǎn)配合比如表7所示。

表7　瀝青上面層的生產(chǎn)配合比

到此完成生產(chǎn)配合比的設(shè)計(jì)過程。

3　生產(chǎn)配合比驗(yàn)證

此階段即為做試驗(yàn)段。通過鋪筑試驗(yàn)段對生產(chǎn)配合比進(jìn)行驗(yàn)證的同時(shí)，也是對全套施工設(shè)備的能力和施工組織工作進(jìn)行全面的檢驗(yàn)。首先選定了有代表性的施工路段作為試驗(yàn)段，試拌前通知了業(yè)主、監(jiān)理單位和相關(guān)人員到場。拌合樓按選定的生產(chǎn)配合比進(jìn)行了試拌，在場人員對混合料的級(jí)配和油石比發(fā)表了意見。大家都認(rèn)為按生產(chǎn)配合比拌制出來的混合料均勻一致、色澤光鮮，具有很好的蠕動(dòng)性能，可以用此混合料在試驗(yàn)路段上試鋪。施工過程中進(jìn)一步觀察了混合料攤鋪、碾壓過程和成型后路面的狀況，試驗(yàn)人員取有代表性混合料進(jìn)行各種試驗(yàn)，并在施工次日進(jìn)行了試驗(yàn)段驗(yàn)收。 所有檢測項(xiàng)目均滿足設(shè)計(jì)要求，試驗(yàn)段所得到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)可以指導(dǎo)大面積生產(chǎn)。忠墊高速公路通過試驗(yàn)段驗(yàn)證得出的標(biāo)準(zhǔn)配合比為：1號(hào)倉∶2號(hào)倉∶3號(hào)倉∶4號(hào)倉∶礦粉∶瀝青=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；趙德超(1977- )，男，工程師

TU535

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