瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)

瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)Superpave瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)與應(yīng)用摘要： 于2000年，我國的京珠高速公路湖北段首次引進(jìn)了Superpave試驗(yàn)路，同年，在江蘇省內(nèi)的淮江公路淮陰連接線也進(jìn)行了7km的Superpave瀝青路面的施工。之后的連徐、寧宿徐和寧靖鹽等高速公路也進(jìn)行了Superpave上、中、下面層的試驗(yàn)路。Superpave技術(shù)在江蘇省內(nèi)的應(yīng)用逐步得以推廣。2004年通啟高速公路共線段瀝青中、下面層設(shè)計(jì)分別采用了Superpave20和Superpave25的結(jié)構(gòu)。雖然該路段為六車道，路幅較寬，但兩臺攤鋪機(jī)攤鋪后的混合料表面均勻，基本無離析，且基本不滲水。至2022年在如東S334瀝青路面中我又再遇Superpave瀝青砼，現(xiàn)結(jié)合多條道路施工經(jīng)驗(yàn)，淺析Superpave瀝青混合料的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。一、 Superpave設(shè)計(jì)原理我們在進(jìn)行瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)時(shí)，通常做法是千方百計(jì)調(diào)整級配盡可能符合規(guī)范規(guī)定的中值，特別強(qiáng)調(diào)“應(yīng)使包括0.075mm、2.36mm和4.75mm的篩孔在內(nèi)的較多的通過量接近設(shè)計(jì)級配范圍的中值”。在0.45次級配圖上，我們可以發(fā)現(xiàn)大多數(shù)級配中值點(diǎn)接近最大密度線。也就是說，使瀝青混合料能最大限度的密實(shí)是瀝青混合料設(shè)計(jì)的原理。而Superpave設(shè)計(jì)則認(rèn)為隨著交通量的增長，軸載的增加，我們需要更多的粗集料形成骨架，有足夠的礦料間隙率和足夠的瀝青保持耐久性，并具有一定的空隙率使瀝青能夠自由遷移，這就是Superpave的設(shè)計(jì)概念。二、 級配確定根據(jù)Superpave設(shè)計(jì)原理，Superpave的集料級配控制就完全不同于我國瀝青路面技術(shù)規(guī)范的級配范圍，主要采用控制點(diǎn)和限制區(qū)來初選級配，總體要求就是盡可能使較大的粗集料通過量多一些，而較小的粗集料通過量少一些，同時(shí)要求細(xì)集料一端不能通過規(guī)定的限制區(qū)，一般曲線均走限制區(qū)的下方，也就是限制混合料中細(xì)集料的含量。下面我就將普通AC-251、AC-20I型瀝青混合料與Sup25和Sup20級配繪圖進(jìn)行對比。如圖1、圖2所示。其中改進(jìn)型AC-25I、AC-20I型瀝青混合料級配為寧靖鹽UV21標(biāo)中下面層合成級配，Sup25和Sup20型瀝青混合料級配為如東S334公路下面層合成級配。從中可以看出AC-25I、AC-20I的規(guī)范中值級配曲線穿越了禁區(qū)范圍，同時(shí)接近最大理論密度線；Sup合成曲線則與最大理論密度線形成較大S型交叉，完全避開禁區(qū)范圍；而改進(jìn)型AC-25I、AC-20I型瀝青混合料級配界于兩者之間。三、 瀝青用量Sup瀝青用量是根據(jù)集料的性質(zhì)即密度和吸水率計(jì)算出最初始的用油量，然后用初始用油量及初定級配（粗、中、細(xì)）分別設(shè)計(jì)成型試件，確定級配。設(shè)計(jì)級配確定后，將設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)壓實(shí)條件下空隙率為4%的瀝青用量作為設(shè)計(jì)瀝青用量。與我國普通瀝青混合料瀝青用量確定方法有很大的區(qū)別。四、 擊實(shí)方法根據(jù)Sup設(shè)計(jì)原理，試件成型時(shí)的旋轉(zhuǎn)壓實(shí)取代了馬歇爾的垂直擊實(shí)。旋轉(zhuǎn)壓實(shí)是通過揉搓作用達(dá)到擊實(shí)的目的，有效的模仿了現(xiàn)場碾壓的狀況。同時(shí)，根據(jù)交通量大小來選擇初始壓實(shí)次數(shù)、設(shè)計(jì)壓實(shí)次數(shù)和最大壓實(shí)次數(shù)。最大壓實(shí)度要求是一個(gè)非常重要的指標(biāo)，用于檢測混合料抵抗永久變形能力。普通瀝青混合料在最大壓實(shí)次數(shù)壓實(shí)下，空隙率均小于1%，有時(shí)幾乎為零，而Sup混合料在要求最大壓實(shí)次數(shù)下，壓實(shí)度W98%。提高了路面的穩(wěn)定性，增強(qiáng)了抗變形能力。如東S334公路Sup20和Sup25的配合比設(shè)計(jì)中采用的擊實(shí)方法和壓實(shí)度情況如下表所示： 五、設(shè)計(jì)空隙率Sup規(guī)定瀝青混合料在設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)時(shí)，空隙率為4%對應(yīng)的瀝青用量為最佳瀝青用量，這是根據(jù)實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)得出的。因?yàn)橐粋€(gè)瀝青混合料目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)空隙率為4%，在路面壓實(shí)密度保證不低于室內(nèi)壓實(shí)密度的97%時(shí)，一般均能保證路面的實(shí)際空隙率小于7%，同時(shí)實(shí)際施工中路面的空隙率一般都能保證大于3%，因此確定設(shè)計(jì)空隙率為4%是合理可行的。設(shè)計(jì)空隙率指在設(shè)計(jì)壽命末期的狀態(tài)，如果壽命末期空隙率小于3%，則瀝青路面會出現(xiàn)車轍和推擠。有人認(rèn)為空隙率越小，江蘇地區(qū)的多雨水天氣下，將來水損害的危險(xiǎn)就越小，其實(shí)這并不完全正確。尤其是目前經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通量增大，單車荷載增大，應(yīng)該讓設(shè)計(jì)空隙率放大一些，讓集料骨架來承受荷載。這也正是Sup的設(shè)計(jì)精華所在?？障堵嗜绻^大，設(shè)計(jì)大于5%，路面初始空隙率大于8%，會導(dǎo)致混合料較脆、水損害、早期開裂、松散等。因此Sup設(shè)計(jì)空隙率提出在旋轉(zhuǎn)壓實(shí)情況下最佳范圍為3.5%-4.5%，允許為4%±1%。六、粉膠比美國最初版Sup技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，瀝青混合料粉膠比應(yīng)控制在0.6-1.2之間，經(jīng)過幾年后修改為0.8-1.6。根據(jù)江蘇現(xiàn)場情況，粉膠比太小，混合料難以壓實(shí)，于是規(guī)定當(dāng)級配曲線通過禁區(qū)下方時(shí)，粉膠比可調(diào)整為0.8-1.6。本身Sup已規(guī)定了禁區(qū)，嚴(yán)格控制粉料的通過量，中間集料較多，施工中不易離析，粉料能均勻地分布到粗集料之間填充空隙。如果粉料太少，即使空隙率小于7%，路面仍會有較大的滲水性，易造成路面早期水損害，因此Sup中一般控制粉膠比為1.2左右。如東S334公路Sup25粉膠比為1.47。Sup20設(shè)計(jì)粉膠比為1.37，均偏大，但Sup25和Sup20的級配曲線均沉于禁區(qū)的底部，這是滿足新規(guī)定的。規(guī)范中僅提出礦粉和瀝青用量應(yīng)在1.0-1.2之間，但未曾提出有效瀝青的概念，目前的Sup設(shè)計(jì)就是采用的有效瀝青，同時(shí)粉料也指的是礦粉及石料的0.075mm通過量之和。有效避免了礦粉太多，膠水不夠，膠漿的粘結(jié)力差，造成瀝青混合料松散、耐久性差、壽命短等問題。七、 生產(chǎn)級配控制Sup設(shè)計(jì)要求生產(chǎn)配合比時(shí)的級配盡可能接近目標(biāo)配合比級配，而在正常生產(chǎn)時(shí)的抽提試驗(yàn)中，則以生產(chǎn)配合比級配為準(zhǔn)。去除了生產(chǎn)級配必須控制在規(guī)范要求的范圍之內(nèi)的做法，大大增加了施工單位的可操作性。八、 對冷、熱料均衡性的控制在配合比設(shè)計(jì)中，往往設(shè)計(jì)者只考慮自己的級配是否滿足要求，拌和后的混合料各項(xiàng)指標(biāo)控制能否滿足要求。而忽略了一個(gè)冷料料源本身比例與生產(chǎn)配合比時(shí)的各種材料比例的協(xié)調(diào)性。根據(jù)江蘇情況，瀝青料一般分為1#~4#料四種，對于25料來說，材料生產(chǎn)產(chǎn)家的生產(chǎn)比例一般為1#料：2#：3#： 4#=30：35：12：22，如東S334公路up25料的目標(biāo)配合比為1#料：2#：3#：4#=30：35：12：22，基本一致。但20料材料生產(chǎn)產(chǎn)家的生產(chǎn)比例一般為1#料：2#：3#：4#=24：34：7： 36，如東S334