维普资讯 http://www.cqvip.com 《交通工程建设》２００６年第一期 ３３ 沥青混合料的配合比设计与试验要点 汪继平 （中交二航局四分公司 安徽 邮编４２１００９） 摘要：说明沥青混合料马歇尔配合比设计方法，简介美国Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ沥青混合料的设计方法；指出部分沥青试验 矿料试验中应注意的要点 关键词：沥青混合料配合比设计 沥青试验 矿料试验 试验要点 沥青路面具有行车平稳．舒适，噪声低、养护方便、 易于回收再生利用等优点，在我国高等级公路的路面工 程中已广泛应用．显示良好的社会效益、经济效益。但 沥青路面也存在很多问题，尤其在日益增长的交通量情 况下，沥青路面的早期破坏和永久性破坏已引起人们的 高度重视，很多国家都在积极研究改善沥青路面路用性 能的措施和更为先进，科学的检测方法 其中混合料的 配合比设计就是一项目前正在研究和完善的研究课题． 马歇尔配合比设计方法作为传统的设计方法为世界很多 国家参考引用，但在公路工程和材料工艺的快速发展下， 已凸现其缺点和不适应新的发展形式。美国在１９８５年启 动了战略公路研究计划（ＳＨＲＰ），其主要研究成果就是 沥青混合料设计，即为Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ体积设计法。由于马 歇尔配合比设计方法在我国应用较成熟，所以目前仍采 用该方法作为沥青混合料的标准设计方法。 由于沥青是一种感温性极强的材料，所以对试验设 备，试验环境，试验人员都有更加严格的要求。沥青混 合料的配合比设计是一项较繁复的工作，从原材试验、 矿料级配试验，马歇尔试验到混合料试验，试验中需要 注意很多操作的细节问题．否则会影响混合料配合比的 准确性和真实性。 １简介沥青混合料马歌尔配合比设计方法 马歇尔试验设计方法原是美国密西西比州公路局工 程师布鲁斯・Ｇ・马歇尔提出的，在第二次世界大站期间， 叉根据美国陆军工程兵所做的调查加以改进，从而 使马歇尔法得到确认。我国自１９７０年以后开始应用至 今，并纳入到了有关的规范。 马歇尔法是通过室内试验，根据稳定度／流值与密度 ／空隙率的分析，确定矿料级配和最佳油石比。设计步骤 分为三个阶段： （１）目标配合比阶段； （３）生产配合比阶段； （３）生产配合比验证阶段； 这里以南友公路沥青路面表面层ＡＣ Ｌ３的设计为例， 说明目标配合比的设计过程，供同行参 。 １．１目标配合比设计阶段 １．１．１原材试验 对组成沥青混合料的所有材料进行原材检验，这其 中对马歇尔试验需要确定的是各种材料的密度，矿料、 填料的级配。对矿料和填料的级配文献【ｌ】中有具体的规 定，不要求单一矿料的级配必须符合文献【ｌ】中的要求， 但这些矿料、填料的混合级配必须符合选用的混合料级 配。 南友路沥青表面层用粗细集料为英安岩．由业主统 一加工生产，沥青采用茂名的ＳＢＳ改性沥青。为提高水 稳定性要求，填料采用广西崇左先锋水泥Ｐ，Ｏ ３２．５级。 各种原材料的试验结果见表ｌ～表５。 粗细集料，填料的密度试验结果 表ｌ ＳＢＳ改性沥青性能指标试验结果 表３ ＲＴＦＯＴ残留物 沥青种类 集料种类 粘附性等级 设计要求 （水煮法） ＳＢＳ改性沥青 英安岩 ４级 ５级 集料压碎值、磨耗及磨光试验结果 表５ 维普资讯 http://www.cqvip.com 《交通工程建设》２００６年第一期 ３４ 粗细集料、填料的级配试验（累计通过率） 表２ １．１．２确定级配类型和计算矿料组合比例 根据路面的设计结构类型选择文献［１】中的规范级 配。按照矿料的全级配筛分结果采用电子表格计算各粒 级矿料的掺配比例，计算时不断调整掺配比例，以取得 满足规定范围的级配曲线。 南友公路的表面层设计为４ｃｍ的ＡＣ１３型沥青混合 料。大量的研究表明，提高粗集料的通过量，发挥骨料 的骨架作用，形成骨架一密实结构可以提高混合料的强 度、抗车辙能力和良好的表面特性 因此，南友公路与 长沙理工大学就南友公路路面沥青混合料级配做了试验 研究，表面层确定使用ＤＡＣ一１３级配，级配范围见表６。 根据表２矿料的全级配试验结果，采用电子表格计 算矿料的组合比例。考虑到高温稳定性的要求，级配曲 线应靠近下限。计算结果如表７和图ｌ。 表６ 表面层ＤＡＣ一１３级配范围 表面层ＤＡＣ一１３矿料的组合比例 矿料组成 分级矿料通过率（％）（累汁） 组成届级配 表７ 掺 比例＼＼ １０～１ ５ｍｍ ５～１ ０ｍｍ ３～５ｍｍ Ｏ～３ｍｍ ），卜～ ３ ７．５ ３１．５ ２６．５ ＼ 材粗料集（料Ｉ） 粗 材料集（料２） 粗 材料集（料３） 细 材料集（料４） 材 Ｉ水料（泥５ ） 材料（６） 累汁通过率 （累规计定通级过率配范 ）（％） （％） ：３３．０％ ３０．０％ ３２．０％ ３ ０％ ２ ０％ 限 卜限 ｆｊ值 ｌ９ １ ６ １ ３．２ ９．５ １ ＯＯ ８９．Ｏ １ ９．２ １ ＯＯ １ ＯＯ．Ｏ ９８．１ １ ＯＯ １ ＯＯ．Ｏ １ ＯＯ．Ｏ １ ＯＯ １ ＯＯ．Ｏ １ ＯＯ．Ｏ １ ＯＯ １ ＯＯ １ ＯＯ ｌ００ ９６．４ ７２．８ １ ００ ９０ ６８ １ ００ １ ＯＯ ８５ １ ＯＯ ９５ ７６．５ ４．７５ ２．３６ Ｏ．６ ０．６ ２１．９ ４．２ ９９．１ ６３．３ １ ＯＯ．Ｏ ９６．５ １ ００ ｌ ＯＯ ４３．５ ２６．６ ３８ ２４ ６８ ５０ ５３ ３７ １．１ ８ ０．６ Ｏ．６ ０．６ ３．３ ３．Ｏ ４ ３．６ ２８．５ ７８．５ ５Ｏ．９ １ ＯＯ １ ＯＯ ｌ ９ ５ １ ３．７ １ ５ 】Ｏ ３８ ２８ ２６．５ ｌ９ ０．３ ０．１ ５ ０ ０７５ Ｉ Ｏ．６ Ｏ．６ ０．５ ２．７ ２．５ １．１ １ ７．６ ｌ ３．７ ５．２ ２３．９ １ ｌ ３ １ ３．５ １ ＯＯ １ ０Ｏ ９６．３ ９．４ ７．７ ４．５ ０ ７ ５ ４ Ｏ ２Ｏ １ ５ ８ Ｏ ｌ ３．５ ｌ Ｏ ６ １ ０ １．１．３马歇尔试验 马歇尔试验是通过测定试件的稳定度、流值、密度、 空隙率等指标综合确定最佳沥青用量。见表８马歇尔试 验结果（混合料密度测定采用表干法）。 表８ ＳＢＳ改性沥青混合料马歇尔试件体积指标测试汇总表（ＤＡＣ一１３下限） 维普资讯 http://www.cqvip.com 交通工程建设 ２｛｝０６年第一期 ３５ ４ Ｏ ４１ ０ Ｉ ２ ０ 重－ ｏ ＿ ’ｚ ｌｌ Ｈ 。 苎 一 ｌ】．１ 墨 ｛５ ０ ＿】 １ ０ ｌＯ ６ Ⅷ０ ｛ ５ ０ ５ ５ ４ ０ ４＾ ０ Ｏ ‘ 油廿比（％） 油ｆＩ比（％） 图２ 沥青用量与混合料物理力学关系图 求出各项指标均符合文献【１】表７．３．３中的沥青用量 范围ＯＡＣｍｉｎ～ＯＡＣｍａｘ，其中值为ＯＡＣ“ ＯＡＣ （ＯＡＣｍｉｎ＋ＯＡＣｍａｘ）／２ ＯＡｃｍｊｎ——符合各项指标的沥青用量最小值 ０Ａｃｍａｘ——符合各项指标的沥青用量最大值 见图２中右下图，从满足各项指标的沥青用量的共 同范围得出： ＯＡＣｍｉｎ＝４．８７％、ＯＡＣｍａｘ＝５．０２％． 则ＯＡＣ ４．９％。 １．１．４．４综合确定最佳沥青用量 ｉｊＬ Ｊ 、Ｊ（１ｌＪｌｌ１） 检验初始值ＯＡＣ。是否满足各项指标，检验矿料间隙 图１表面层矿料组合级配曲线 率是否满足文献【ｌ】的规定。不符合则要调整级配组合重 １．１．４确定最佳油石比 新进行马歇尔试验。 １．１．４．１绘制沥青用量与物理力学指标关系图。见图 由ＯＡＣ。、ＯＡＣ 综合确定最佳沥青用量为４．９％ ２所示。 １．１．５检验沥青混合料的热稳定性和水稳定性 Ｌ１．４．２确定最佳沥青用量的初始值ＯＡＣ 根据目标配合比设计的矿料比例和最佳油石比成型 ＯＡＣｌ （ａ１十 十 十 ）／４ 试件，检验沥青混合料的热稳定性和水稳定性。 ａ ——最大稳定度对应的沥青用量 检验南友公路ＤＡＣ一１３沥青混合料的热稳定性和水 出．——最大密度对应的沥青用量 稳定性见表９、１０。 ａ。——设计空隙率中值对应的沥青用量。南友公路 ＤＡＣ一１３下限沥青混合料车辙试验结果 表９ 表面层设计空隙率为４％。 籼——饱和度范围的中值对应的沥青用量 由图２确定初始值： 改性沥青表面层 ＯＡＣｌ＝（ａ１十 十ａ３十 ）／４ ＞３０００次／ｍｍ ４７２８ １．２６７ １．５８７ ＝（４．６＋４．９＋４．９＋４．８） ＤＡＣ一１３下限沥青混合料冻融劈裂试验结果 表ｌ０ ＝４．８％ 如果在所选择的沥青用量范围未能涵盖沥青饱和度 的要求范围，可只取ａ。咱。的平均值，如果密度或稳定度 没有出现峰值，可直接以目标空隙率所对应的沥青含量 出－作为ＯＡＣ。。 采用美国ＡＳＴＭ Ｔ２８３ ＬＯＴＹＭＡＮ冻融劈裂试验检验 Ｌ１．４．３确定中值ＯＡＣ 维普资讯 http://www.cqvip.com 《交通工程建设》２００６年第一期 ＤＡＣ一１３级配下限混合料的水稳定性。试验结果见表ｌ０。 试验结果表明，在表７的矿料组合比例下，最佳油 石比为４．９％，采用该配比为生产配合比设计提供搅拌楼 冷料仓的供料比例、进料速度。 １．２生产配合比设计阶段 南友公路沥青表面层的矿料由业主统一供应，沥青 混合料的目标配合比由业主设计。各合同段根据各自施 工条件设计生产配合比。这里简要说明沥青混合料的生 产配合比设计。 １．２．１根据目标配合比确定的矿料组合比例，调整冷 料仓的进料速度、供料比例，保证各级热料仓的料相差 不大，避免溢料或等料； １．２．２上料、烘干、振动筛筛分，取样进行各级矿料 的筛分； １．２．３根据筛分结果计算矿料的组合比例，要求符合 确定的沥青混合料级配范围，为提高抗车辙能力应靠近 下限； １．２．４根据确定的矿料组合比例进行马歇尔试验。选 择目标配合比确定的最佳油石比及最佳油石比的±０．３％ 三个油石比进行试验。确定生产配合比的最佳油石比。 １．３生产配合比验证阶段 １．３．１由生产配合比确定的矿料组合比例和最佳油石 比试拌、试铺，会同设计、监理、施工人员共同判断混 合料的外观和试验路段的压实质量，需三方认可； １．３．２试验室取样进行马歇尔试验 抽提试验，检验 混合料的各项指标和矿料级配是否符合文献【ｌ】的规定； 同时进行车辙试验和浸水马歇尔试验（有条件应采用美 国的冻融劈裂试验），检验混合料的高温稳定性和水稳定 性； １．３．３在验证配合比得到业主和监理的认可下正式报 批沥青混合料的标准配合比，确认批复后正式进入沥青 混合料的生产阶段。 ２简介沥青混合料的Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ体积设计法 在美国Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ体积设计方法中，重点考虑的是 集料与集料之间以及集料与胶结料之间的体积比例。以 经旋转压实后混合料的空隙率为４％的沥青用量为最佳 沥青用董。 简要说明其设计方法。 ２．１确定级配曲线 ＳＨＲＰ采用０．４５次方最大级配线图来规定容许级配， 在级配图上设了控制区和禁区，规定级配曲线必须通过 控制区，而不能通过禁区。 ２．２测定材料的密度参数 按筛孔大小逐级测定矿料的毛体积密度与表观密 度，２．３６ｒａｍ以下矿料用表观密度代替毛体积密度。 ２．３计算矿质混合料的密度 计算矿质混合料的毛体积密度Ｇ。 与表观密度Ｇ… ２．４估算矿质混合料的有效密度 ３６ Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ提供了估算矿质混合料有效密度的公 式：Ｇ ＝０．２Ｇ ＋０…８Ｇ ２．５估算吸收的沥青体积 ＝ 二 Ｐ１一Ｊｐ Ｇ Ｇ Ｐ ——沥青用量 沥青密度 ＶＶ——ｓｕｐｅｒｐａｖｅ体积设计法中固定为４％ ２．６估算有效沥青体积 Ｓｕｅｒｐａｖｅ给出一个经验公式ｖｈ ０．１７６—０．０６７５１ Ｘ ｌｇＳ ，式中ｓ 为集料的公称最大粒径。 ２．７计算初始试验沥青用量 ＝ ～一 （１－Ｐｂ）ｃ 一 １） ｖＩ， ——单位体积的沥青混合料中被吸收的沥青 体积 ２．８估算混合料的体积参数 矿料间隙率ＶＭＡ＝ＶＶ＋Ｖｂｅ 沥青饱和度ＶＦＡ＝Ｖｂｅ／ＶＶ 有效沥青用量： 竺 Ｇ （ ＋ ）＋（１一Ｐｂ）Ｖ 被吸收的沥青用量： ． ！ Ｇ＾（ ＋Ｖｂ ）＋（１一 ） 最大理论密度 １ — Ｇｂ Ｇｓ 根据以上所得到的混合料体积参数，进行旋转压实 试验，以验证其体积参数，并最终确定沥青用量。并采 用ＡＳＴＭ Ｔ２８３ ＬＯＴＴＭＡＮ冻融劈裂试验方法检验确定了 沥青用量和矿料级配的混合料的水稳定性能。 ３沥青混合料马歌尔配合比设计试验中应注 意的问题 马歇尔配合比设计试验对仪器的精确性、人员操作 的熟练性以及对试验细节的掌握要求很高，这些都会直 接影响到测试结果的真实性、准确性 结合实际经验， 简要叙述部分试验中应注意的问题。 ３．１矿料试验 矿料的试验在文献【２】中已明确规定了试验方法，其 中密度的测定在矿料试验中较难掌握，应注意总结和规 范操作。 文献【２】中对沥青粗集料的试验规定采用网篮法测 定，但受网篮孔径大小的影响，总有一部分小于网篮孔 径的集料未参与到密度的测定中，在水中称重时漏到溢 流水槽中，虽然排开水的体积没有变化，但称取表干重 的质量减小了，这对粒径在４，７５ｍｍ（如Ｓｌｌ～Ｓ１４规格 维普资讯 http://www.cqvip.com 交通工程建设》２００６年第一期 的粗集料）以下的集料影响甚大。 针对这种情况，可以在网篮内粘贴一层细密纱布， 或要求仪器生产商提供孔径为０．１５ｍｍ的、有足够承重 能力的金属网篮 由于３—５ｍｍ粗集料具有丰富的棱角，内摩擦力大， 很难用饱和面干试模试验集料的饱和面干状态 应按文 献［１］规定筛出２．３６～４．７５ｍｍ这一部分集料，网篮法测定 该档集料的毛体积相对密度。 ３．２沥青及沥青混合料试验 沥青是一种温度敏感性高的材料，试验中对温度的 要求很高，强调试验仪器的高精度和人员操作的熟练。 ３．２．１温度要求 文献【３ Ｊ中对沥青各项指标试验的温度有很具体的要 求和规定 要获得真实的试验数据以及规定的误差范围， 必须配置高精度的仪器，保证各项试验的温度要求，并 在试验过程中合理安排试验顺序，以免人为造成试样温 度的偏差 ３．２．２操作要求 操作的熟练程度是影响误差的原因之一 对各项试 验应多次操作，领会试验中的细节要点，在掌握一定经 验后进入实际的操作状态 ３．２．３实际体会 软化点试验的升温速率为５±０．５￣Ｃ／ａｒｉｎ，不同沥青 品种、不同试验环境，试验设备的差异都会影响升温的 速率，应积累经验并注意操作时的掌控。 裂解蒸馏法测定沥青的含蜡量，其砂芯漏斗的滤板 孔径误差较大，有蜡分漏过现象，影响测试精度，应采 用三点一线定量内插取值的方法，消除部分误差。 沥青的溶解度应注意选择质量合格的滤纸，试验中 防止滤纸被三氯乙烯溶解，增大溶解度测定值，应小心 操作。 ３７ 沥青与粗集料的粘附性能试验中，对大于１３．２ｍｍ 集料采用水煮法，水煮法的缺点在于水的微沸状态不好 掌握。测试时应悬挂一温度计，温度计的底部同集料浸 在水中的位置，观察水面无沸腾泡沫前的温度，以该温 度控制实际测试时的温度，一般为９９±０．５℃。判定剥落 面积时应由具有丰富经验的试验人员两人以上进行评 定。 马歇尔配合比设计的试件成型，应筛出各级筛孔上 的集料，逐个称量配料，这样矿料的混合料级配才能确 保在试验规定的级配曲线上，拌和后的注模应快速 均 匀，严禁“倒入”试模。 注意经常标定马歇尔击实仪的锤重和落高，这是试 验中最容易忽视的地方，往往配合比设计不成功就是忽 略了由于锤重和落高对击实功的影响。 冻融劈裂试验的７％设计空隙率应由不同试验击实 次数测定空隙率，画图确定击实次数，按文献［３］规定的 双面击实５０次的空隙率不符合路面的实际情况。建议不 采取 参考文献： 【１】ＪＴＧ Ｆ４０—２００４，公路沥青路面施工技术规范【ｓ】． 【２】ＪＴＪ０５８—２０００。公路工程集料试验规程【ｓ】． 【３】ＪＴＪ０５２—２０００。公路Ｊ二程沥青及沥青混合料试验规程【ｓ】． 【４】４黄晓明．沥青与沥青混合料【Ｍ】．南京：东南大学出版社．２０００．
