最佳瀝青含量計算

瀝青混合料最佳瀝青用量確定方法研究曹先揚1胡釗芳1邵臘庚2（1江西省公路管理局南昌330006）（2長沙理工大學公路工程學院長沙410076）摘要：對25種瀝青混合料，采用5種方法確定最佳瀝青用量，試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計表明：我國現(xiàn)行OAC方法和美國Superpave方法確定的瀝青用量對應的體積指標均滿足工程要求。兩種方法確定的瀝青用量差值平均僅為0.0368%，說明我國現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的瀝青混合料最佳瀝青用量確定方法是適合的。關(guān)鍵詞：道路工程；瀝青混合料；瀝青用量；方法0前言瀝青混合料中瀝青的用量對瀝青混合料的使用性能有重要的影響。瀝青用量太大易導致泛油和車轍，瀝青用量太小易出現(xiàn)耐久性問題，如水破壞、瀝青老化等。因此，尋找一種合理的瀝青用量確定方法，使得所確定的瀝青用量適中就顯得尤為關(guān)鍵。為了尋找一種合理的最佳瀝青用量確定方法，結(jié)合交通部《瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》修訂工作，參照目前國內(nèi)外有代表性的五種最佳瀝青用量確定方法進行比較。五種最佳瀝青用量確定方法如下：我國現(xiàn)行規(guī)范的方法：采用OAC1與OAC2的平均值，稱為OAC；日本的方法（我國以前規(guī)范的方法）：采用各項馬歇爾試驗指標都符合規(guī)范要求的瀝青用量范圍的中值（相當于現(xiàn)在的OAC2）作為OAC（統(tǒng)一暫稱為OAC2）；美國MS-2原來的方法：求取密度及穩(wěn)定度最大值及空隙率中值（相當于4%）相對應的3個瀝青用量的平均值（相當于我國規(guī)范的OAC1）作為OAC（統(tǒng)一暫稱為OAC1）；MS-21995年版的方法：按空隙率4%確定瀝青用量，由此瀝青用量檢驗各項指標是否符合要求，如不符合要求，則采用各項馬歇爾試驗指標都符合規(guī)范要求的瀝青用量范圍的中值（相當于現(xiàn)在的OAC2）作為OAC（統(tǒng)一暫稱為OAC4）；美國Superpave方法：由空隙率4%確定最佳瀝青用量（統(tǒng)一暫稱為OACsQ⑴；本文主要是引用大量數(shù)據(jù)對這五種方案進行比較論證，以確定哪種方案較為合理，為了比較的方便，第④種方法不單獨比較。1試驗數(shù)據(jù)及統(tǒng)計分析選取近年來7條新建或改建的高等級公路（河南商丘一開封高速公路、京珠段耒陽一宜章高速公路等瀝青面層混合料室內(nèi)馬歇爾試驗數(shù)據(jù)。對每次配合比分別采用OAC1、OAC2、OAC、OACsup四種方法確定瀝青用量（各指標要求見表1），并計算各種方法所得瀝青用量對應的混合料空隙率、瀝青飽和度值，結(jié)果見表2。指標要求指標空隙率（%）指標要求指標空隙率（%）飽和度（%）穩(wěn)定度（KN）流值(0.1mm)要求3—565—75>7.520—40表1現(xiàn)行規(guī)范要求空隙率3%?6%，實際上若設(shè)計空隙率為6%的話，假設(shè)現(xiàn)場壓實度達到97%，那么現(xiàn)場空隙率將達到9%（有研究證明，空隙率小于8%路面不滲水，而大于8%的話路面將會出現(xiàn)大量滲水），再考慮施工中出現(xiàn)的瀝青混合料攤鋪的不均勻性，局部地方空隙率會更大，空隙率過大，極易出現(xiàn)耐久性問題，如水破壞、瀝青老化、疲勞破壞等等，所以規(guī)范空隙率要求值應降低，空隙率在3%?5%范圍內(nèi)是合適的。

規(guī)范要求飽和度70%?85%,這是針對80?90年代交通量較小提出的要求，隨著近年來交通量的日益增大，且重載、超載、超限已非常普遍，為避免瀝青用量過多而產(chǎn)生泛油和車轍，有必要降低瀝青飽和度的取值，參考國外情況（如SHRP規(guī)定瀝青飽和度范圍65%?75%）并結(jié)合近幾年修建高速公路的實際經(jīng)驗，將瀝青飽和度規(guī)定為65%?75%是合適的。 各種方法所彳得瀝青用量及其對應的空障率、飽和度值比較 表2序號級配類型 CAL CAL CAL CAL 推薦用量%OACC%)1521V?)VFA(%)OAC(%)522V(%a)VFA(%)OAC(%)52VVFA(%)5OAC(%)upsupVFA(%)1cAp1Pzl Q ——Q /I ——Q zl Q —Q—zlzl—7QQ—zl/I1 Q sAC16LAL1O4.53.873.2□口c4.53.8/I/IC73.2——a_□ 4.5 匚4-U 3.8/i173.2r匚a4.45 U—U 72.2—74.4A2—3—SAC13SAC-13 5.7/IO3.6/IQii.873.2— 5.2/|74.4872.37175.45/|7R4.1/|/|R75.070R5.5/IQ75.5745.0R0/|Arort4.8an4.3O771o4.7oQ4.6/|n71.7CQO4.75O4.453.8572.54.9—3.9—74.8CQO5.0an4 匚 AC251ALMT——4.00a匚3.74c71.3 an._d 3.94n4.069.3pQQ3.95Q4Ci70.3pQC—ng—69.3pQC4.04A5aAC25IAr'OAT3.85oc4.20口67.7nc\q4.003.9oa69.9A3.9o004.0——169.2nc\口3.95O口69.2 a口_d 4.00c67AC30IACqc)T3.83.85—3.7Q70.23.85Q73.6—3.3—71.071Q3.83Q773.65Q1R70.77QR3.7Q/|R67.73.8—3.8—7——Q——AC30IAT/1CA/Ic2.9AC75.371n3.7/ICAC71.971n3.77/IC3.15AC73.571n3.45/I766.4—7Q.7—/Ic8QAK16A104.64.50(2i1.0 un__d 4.6zlo4.5zl/I71.0——7QQ 4.6zlc4.5zln71.0I14.75zlc73.7I14.6q191AAK13AC5.04cr3.6Q77.4 "■G 4.844■4.44c72.9F14.90",Q 4.0QQ75.1^044.944匚75.1 ZLL1_J 5.10 1011AC20IArort4.65AO3.5—3.3—75.9nna4.44.2AO71.1CQft4.52A3.85o7173.47414.45AA72.17174.75A7111OAC25IAr1cr4.877.44.34.3A169.6——79Q——4.55cic3.71——X-Q——74.1n/\04.471.7—722—4.75c112AC16GALNT—— U.t_)AC 3.7o75.6——Q 5.0/1/14.1/i172.8口c\05.15/ir??j.<j——Q 74.2■"70A5.0573.3 Q 5.1113AC25I"1AT4.8S1S3.575.282.3—4.4/1s4.1/I170.371ft4.6—4.823.75Q/I73.04.45/|ss71.275.1/I7111R1LU1u±Ar1atU.1UU107/I1.U1.1.70ft51qaiU.u1.uuR0iV7^7/|7151(2AC16IAr1(2t5.5C11.8AC87.4——79 4.7C14.4AC70.6——79 5.1c13.6AC76.5—79 —5.0 R73.74.7C1161AC16IAr1pt5.14.5zl/I72.5——7Q7 5.1 4_ 4.5zl(272.5"n5.1zino4.5zl72.5 _Q U.Li。q175.6r，\c\5.1zlc171AC16IAC1QT5.04.4OR72.783.3—4.854.6/IR71.07104.924.5Q/I71.87775.174.974R4.9181QAC13IAr1ni5.55——RM——2.5AOC——79Q——5.0CO4.5AC71.270n5.3——99——3.4AAO77.7—79 —5.15CA74.57k15.3CA19AC10LArOATU.Li<JA74.35A1c72.8——797——5.2A12偵4.5Aco72.0nc\a5.22/in4.43AOC72.371c5.4A075.1—7Q.Q—5.4A020c1AC20LAv1OA4.75 U-Q 4.15QQ72.74.654Q4.53470.4n-\n4.7 EM 4.354171.5 _Q 4.8173.8H4Q4.812122AK13AAC T5.23.8Q176.07Qn4.94.5/I971.971Q5.05—4.824.1Q774.25.1/I774.873.35.1/|ft23AC-25IATZ1Q5.05—5.3—3.1/IQ79.07414.64.2/|ft71.870/I—5.253.7/|/|75.273.34.7R44.6OAAK13ArOAT/Ic4.374.15.2AOC4.6A172.4/IAO4.4—722—5.4AO75.8n-\05.2AO24―OU 25AC20JAC20J24.64.6~ 3.2 2.516.680.2—4.254.2—4.1―3^—70.5―71.2—4.424.4~~————3.713.05173.376.114.3 4^—71.3168.814.34.2—注：1推薦用量指的是當時實際選取的瀝青用量;2AC-10L、AC-20L、AC-20J、AC-20J、AC-16G均為當時根據(jù)實際情況所采用的級配，和規(guī)范級配有所不同。為比較不同方法所得瀝青用量之間的差別，將各配合比OAR、OAC2、OAC、OACsup兩兩相減，結(jié)果見表3。各配合比不同方法所得瀝青用 ，表3 項目OAC-OACOAC—OACOAC—OACOAC—OAC (1%)2——(%) sup—(%) sup——(%) supSAC-16 0—— 0.05—―0.05—―0.05——Q-2SAC13 0.5— 0.2— 0.3———0.05-3-SAC-13 0r4— 0.4— 0.2———0.15-4AC-251 0.4— 0.4—— 0 ―0.05—-5-AC251 0.15 0r4—―0.05— 0 -6-AC301 0.05 0r4——―0.45—―0.43—AC-301 0.15 0r4—―0.25—―0.32—-8-AK-16A 0—— 0.15——0.15——0.15-9-―AK-13 0.2— 0.4—— 0.4— 0 *AC201 0.25 0.2———0.05—0.07—-41AC-251 0.5— 0r4— 0.4—―0.45—-42AC-16G 0.3— 0.25———0.05——0.4—-43AC251 0.4— 0.35———0.05―0.45—-44AC161 0.65 0.6———0.05―0.27—-45AC-161 0.8— 0.5— 0.3———0.4—-46AC-161 0—— 0.15——0.15——0.15-47AC-161 0.15 0r4———0.25——0.18-48AC131 0.55 0.4———0.15—0.45—-49AC-10L 0.05_ 0.45_ 0.2———0.18-20AC-20L 0.4— 0.05——0.15 0.4—-21AK13A 0.3— 0r4—— 0.2———0.0522AC251 0.45 0.35— 0.4—―0.42—-23—AK-13 0r4— 0.4— 0.2———0.15-24AC-20J 0.35 0.3———0.05―0.42—L&5為求OACAC-20J21-1——0^—■J——0.5———0.4————0.3~~對表3進行數(shù)據(jù)整理，1與OAC2的平均差值（其'匕OAC.OAC、OAC?—OAC、OAC—OAC亦類似)，綜合各配比OAC1與OAC2的差值，若所有配比OAC1與OAC2差值數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布的話，則可取期望以作為OAR與OAC與OAC2的平均差值。問題相當于要檢驗H:&?N（目q2），其中，先求正態(tài)分布未知參數(shù)H、。的極大似然估計，參數(shù)H、。都未知。由數(shù)理統(tǒng)計學知識可知H、。的極大似然估計分別是樣本均值X二樣本標準差S，所以有K=X=0.248，S=S=0.24作分點一8V—0.2V0V0.2V0.4V0.6V0.8V+8，把&的取值分成7個區(qū)間?？傮w&落在各個區(qū)間（七，氣）中的概率估計值pk，可由下式求出：

p=p{a<g<a}=p{<a}-pkVa}=中「"匚"]-①]七宜-口kJk k k-i Icy I^1d(aa)(—8,-0.2)(-0.2,0) k (0,0.2)(0.2,0.4)(0.4,0.6)(0.6,0.8)(0.8,+8]nk0586420—Pk—0.03070.12080.26920.3150.19350.06010.0107數(shù)據(jù)代入，可得計算結(jié)果如下:表4八 ....p計算結(jié)果X21▽n2 =入=—^—r-nnk=iPk+,02 52 —82— -6^ 42 22 —02—( )25250.0307 0.1208 0.2692 0.315 0.1935 0.0601 0.0107=3.3290對a=0.05，自由度r—m—1=4，查x2分布表，可得X:決‘—m—1）=9.488，由于X2=3.329<9.488,因此接受H0：&~N（日q2），可以認為這些數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布。所以可取各配比OAC1與OAC2差值的均值作為OAC1與OAC2的平均差值。檢驗得&服從正態(tài)分布后，還可計算期望H的水平為95%的置信區(qū)間。樣本容量n=25,樣本均值X=0.248，修正樣本標準差s*=0.24。對1—a=0.95，a=0.05，a/2=0.025，1-a/2=0.975，自由度n—1=24，查t分部表可得t （n—1）=2.0639。1a/2t蘭=2.0639X°24=0.099，1a/2<n 、.25T=X—t 筆=0.248—0.099=0.149,1 1a/2\：nT=X+t毛=0.248+0.099=0.347。則R的水平為95%的置信區(qū)間為［0.149,0.347］。對其它OAR—OACsup、OAC2-OACsup、OAC-OAC^也一樣，各配比差值數(shù)據(jù)均服從正態(tài)分布，不再——贅述。表3中不同方法所得瀝青用量差值對各配比情況取均值，結(jié)果見表5。S 表5 CACCACCAC—OAOjin均值（％）——028- 016 0088 OiicOziCtip 00368 從表5中結(jié)果可看出，OAC1方法求得的瀝青用量最大，較OAC2方法瀝青用量一般要高出0.25%,較OAC^方法瀝青用量要高出0.16%,OAC方法與OACsup方法瀝青用量相差不大，OAC2方法求得的瀝青用量最小。出現(xiàn)上述情況可能是由于以下原因： S" 2OAR方法求設(shè)計瀝青用量時，空隙率指標要求（3?5%）較規(guī)范要求（3~6%）減小了，空隙率中值也減小，空隙率中值對應的瀝青用量偏大，因此，OAC1方法求得的瀝青用量偏大了。OAC2方法求設(shè)計瀝青用量時，飽和度指標要求（65?75%）較規(guī)范要求（70?85%）減小了，這就使得OAC^值減小，以致OACmax與OACmin的均值（即OAC2）也減小。各配合比不同方法所得瀝青用量對應的空隙率、瀝青飽和度值見表2。不同方法時所得瀝青用量對應的空隙率、瀝青飽和度值（對所有配合比求均值）見表6。不同方法時所得瀝青用量對應的空隙率和瀝青—r \空隙尹(%)L.、/仕M以青飽，+W古心度％）L.、/仕M均值標準差均值標準差―OAC^3.58―0.72 75.63 442—OACJ~OA^ 4.22 391~―0.35 0.42 71.36 7344~ 104— 208~飽和度值 表6 OAC'4.0~1 172.64~12.64-觀察表2中數(shù)據(jù)，OAC1方法得到的瀝青用量對應的瀝青飽和度明顯偏大，25個配合比有14個配合比的瀝青飽和度值大于75%，占56%，再從表6知其均值為75.63%，已超過飽和度上限75%；空隙率值明顯偏小，其中有5個配合比空隙率小于3%oOAC1方法得到的瀝青用量偏大，若以O(shè)AC］方法確定最佳瀝青用量，瀝青路面將易出現(xiàn)泛油及高溫車轍。oac2方法求得的瀝青用量，因其是馬歇爾試驗各項指標都符合規(guī)范要求的瀝青用量范圍的中值，所以空隙率和飽和度值總是滿足規(guī)范的要求的，但由表6可知其空隙率均值（4.22%）較空隙率中值4%略大。OAC方法（取OAC】與OAC2的均值）得到的瀝青用量對應的空隙率值較好，從表2中可看到，空隙率都在規(guī)定的范圍內(nèi)（3%?5%），瀝青飽和度也基本上在規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi)，只有少數(shù)略大于75%；再從表4知空隙率均值為3.9%，適中，瀝青飽和度均值為73.4%，瀝青飽和度值也滿足要求。OACs叩（4%空隙率對應的瀝青用量）方法得到的瀝青用量對應的瀝青飽和度值幾乎全部滿足要求，從表6可知瀝青飽和度均值為72.6%，合適。2結(jié)論OAC1方法求得的瀝青用量偏大，OAC2方法求得的瀝青用量偏小，不能作為最佳瀝青用量確定方法。我國現(xiàn)行規(guī)范采用OAC1與OAC2取均值的方法確定的最佳瀝青用量與美國Superpave按空隙率4%確定的瀝青用量相差僅為0.0368%，且兩種方法確定的瀝青用量對應的體積指標均滿足工程要求，說明我國現(xiàn)行規(guī)定的OAC方法是適合的。至于對確定的OAC考慮不同的荷載和氣候條件如何進行適當調(diào)整還有待進一步探討。參考文獻：SuperpaveMixDesign,SuperpaveSeriesNo.2(SP-2),TheAsphaltInstitute,Lexington,Kentucky,1996。中華人民共和國交通部.公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程(JTJ013-95)[S].北京:人民交通出版社,2000.瀝青混合料最佳瀝青用量計算新論周立軍【無錫市高速公路建設(shè)指揮部無錫214031】摘要：在滬寧高速公路無錫段瀝青面層施工中，發(fā)現(xiàn)按新規(guī)范得出的瀝青用量范圍較窄，很難正確設(shè)定最佳瀝青用量。為此，作者從試件實際密度的測試方法、理論密度的計算、空隙率的計算入手：（1）采用礦料表干相對密度直接計算礦料的單位體積得出礦料間隙率；（2）采用礦料的表觀相對密度和表干相對密度的均值計算理論密度；⑶瀝青體積百分率由礦料間隙率減去試件的空隙率直接獲得。通過以上有別于規(guī)范的計算方法，得出的瀝青用量范圍較寬，能較好地結(jié)合道路等級和所處的地理位置確定最佳瀝青用量。關(guān)鍵詞：最佳瀝青用量隨著交通部“公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范”和“公路工程瀝青混合料試驗規(guī)范”新規(guī)范的頒布，瀝青混合料目標配合比的設(shè)計逐步走向規(guī)范化，但在具體設(shè)計過程中，發(fā)現(xiàn)瀝青用量的范圍普遍偏窄，并且偏低，影響了最佳瀝青用量的確定。在這里，結(jié)合滬寧高速公路無錫段瀝青面層的最佳瀝青用量的計算和各位同行、專家作一個探討。1規(guī)范的規(guī)定確定最佳瀝青用量(OAC)的實際密度(ps)、空隙率(VV)、飽和度(VFA)、穩(wěn)定度(MS)、流值(FL)五個指標中，對OAC影響最大的是VV和VFA兩個指標。按新規(guī)范的規(guī)定：(1)試件的理論密度采用礦料的表觀相對密度計算，只有當粗集料的吸水率〉1.5%時，才采用表觀相對密度與表十相對密度的平均值；(2)試件的密度測定，當吸水率＞2%時，采用蠟封法；吸水率＜2%，采用水中法和表干法；(3)瀝青的體積百分率(VA)采用下式計算：100XX疤(100+ x式中：pa 油石比，%；ps 試件的視密度，g/cm3；Yb——瀝青的相對密度，25/25°C；pw 常溫水的密度。試件的礦料間隙率(VMA)由瀝青體積百分率(VA)和空隙率(VV)相加而成。2發(fā)現(xiàn)的問題在滬寧高速公路無錫段瀝青面層試驗段施工中，發(fā)現(xiàn)按此法得出的瀝青用量范圍(OACmin?OACmax)的很窄，很難正確地設(shè)定最佳瀝青用量，勉強確定的最佳瀝青用量路用性能也不夠理想。為此，我們進行了反復地研究和試驗論證，發(fā)現(xiàn)造成這種情況的主要因素在于：試件的實際密度的測試方法；理論密度的計算；空隙率的計算。3解決的步驟為了精確地計算最佳瀝青用量OAC，我們采取以下做法：馬歇爾試件密度的測試以浸水有無氣泡為準，一旦出現(xiàn)氣泡，就采用蠟封法，不以吸水率2%為界。礦料的間隙率(VMA)采用下式計算：礦一，如料，期W+優(yōu)'+E+*+……+玄式中：G料 礦料的單位重，g/cm3；ps 試件實測密度，g/cm3；Ps 油石比，%；——礦料的單位體積，即單位重時的體積；料文馬=100P1……Pn——各礦料占總礦料重的百分比，％(礦料總和為1 )；’1Y’n 各礦料表十相對密度，g/cm3。試件的理論密度(pt)采用下式計算：100肖巧 蓋催式中：Y——瀝青相對密度，25/25°C；P——油石比，%；Ya……Y——各種礦料的表十相對密度和表觀相對密度的均值，g/cm3。試件的空隙率(VV)n采用下式計算：VV=(1-ps/pt)X100瀝青體積百分率(VA)采用下式計算：VA=VMA-VV飽和度(VFA)采用下式計算：VFA二VA/VMAX100采用以上的方法計算：(1)較好地避免了由于試件表面開口空隙對試件實際密度的測試造成的誤差；(2)采用礦料表干相對密度直接計算礦料的單位體積，能實際地反映礦料間隙率的大小；(3)由于無法準確測出瀝青滲入礦料表面開口空隙的量，因此采用礦料的表觀相對密度和表十相對密度均值計算理論密度較為精確。4實際的運用

以滬寧高速公路無錫段瀝青上面層AC-16B型為例。4.1級配表1礦料規(guī)格(mm)產(chǎn)地191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075篩分(%)119-16江蘇、六合10072.345.55.30.4216-4.5江蘇、六合10010099.380.36.90.4黃砂安徽蕪湖10010010098.696.287.367.454.411.33.20.334.5-2.5江蘇、六合10010010010097.463.05.83.92.72.21.542.5以下江蘇、六合10010010010010096.158.238.423.117.49.1礦粉無錫紅星石粉廠10010010010010010010010010099.397.5級配組成(%)135%3525.315.90.1228%2827.822.51.90.1黃砂7%7776.96.76.14.83.80.80.20.02310%101010109.76.30.60.40.30.20.2415%151515151514.48.75.83.52.61.455%5555555555.04.9混合料級配10090.380.761.338.431.919.1159.686.5設(shè)計的混合料級配1009010070-9050-7030-5022-3716-2812-238-166-134-84.2集料、填充料試驗匯總表2

指標名稱石料壓碎值(%)表干相對密度(g/cm3)表觀相對密度(g/cm3)對瀝青粘附性(級)細長扁平顆粒含量(%)0.075mm以下含量(%)產(chǎn)地1號料19-16mm13.12.8682.912411.10江蘇、六合2號料16-4.5mm13.12.8622.924410.90江蘇、六合黃1砂2.5722.6082.9安徽蕪湖3號料4.5-2.5mm2.8442.9071.5江蘇、六合4號料2.5mm以下2.920江蘇、六合礦粉2.674江蘇、六合規(guī)范要求粗集料<2.8>2.5<2>4<15<1細集料<34.34.