淺談室內(nèi)瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

　　【摘 要】熱拌瀝青混合料配合比組成設(shè)計(jì)是否合理，直接影響了瀝青砼路面的路用性能。本文就試驗(yàn)人員進(jìn)行室內(nèi)配合比設(shè)計(jì)時(shí)，如何規(guī)范操作和進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，減小試驗(yàn)數(shù)據(jù)的變異性，以及優(yōu)化瀝青混合料配合比組成設(shè)計(jì)應(yīng)注意的事項(xiàng)，談?wù)勛髡叩膸c(diǎn)看法。

　　【關(guān)鍵詞】道路工程;瀝青混合料;配合比設(shè)計(jì)

　　0 前 言

　　熱拌瀝青混合料(以下簡稱瀝青混合料)路面作為一種路面結(jié)構(gòu)形式，以其行車舒適、噪聲低、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于公路建設(shè)中，尤其是高等級公路建設(shè)。但是通過國內(nèi)十幾年的建設(shè)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)的瀝青路面普遍存在工程的耐久性和早期損壞兩大突出問題。造成這種情況有設(shè)計(jì)方面的原因、施工方面的原因，如材料、機(jī)械、施工工藝、質(zhì)量控制等，其中很重要的一個(gè)原因就是瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)不合理。不合理的配合比設(shè)計(jì)難以生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品，施工工藝、施工設(shè)備再先進(jìn)，保證工程質(zhì)量也只能是一句空話。下面著重介紹室內(nèi)瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的幾個(gè)問題。

　　1 影響因素

　　1.1 原材料的質(zhì)量和取樣

　　材料的質(zhì)量對于路面質(zhì)量及使用壽命具有決定性作用，主要技術(shù)指標(biāo)包括礦料的級配、顆粒形狀、堅(jiān)固性、粘附性等級以及瀝青和填料的質(zhì)量等。其中對設(shè)計(jì)瀝青混合料影響最大的是礦料加工的分檔和級配，材料分檔和級配的好壞決定了礦質(zhì)混合料合成級配好壞。目前，市場上供應(yīng)的水泥砼所用的建筑用集料針片狀含量高、含泥量大，級配和材料均勻性差，采用這樣的礦料生產(chǎn)的瀝青混合料產(chǎn)品質(zhì)量也不夠穩(wěn)定。因此設(shè)計(jì)好的瀝青混合料在抓好原材料選材的同時(shí)，控制礦質(zhì)材料備料質(zhì)量尤為重要。

　　原材料的取樣正確與否決定了是否能夠真實(shí)地反映原材料的質(zhì)量。根據(jù)JTJ058―2000集料試驗(yàn)規(guī)程規(guī)定，同批來料取樣時(shí)，應(yīng)先鏟除堆腳等處無代表性的部分，再在料堆的頂部、中部和底部，各從均勻分布的幾個(gè)不同部位，取大致相等的若干份組成一組試樣。當(dāng)從皮帶運(yùn)輸機(jī)上取樣時(shí)，應(yīng)在皮帶運(yùn)輸機(jī)的出料處抽取有代表性的試樣，并由若干份組成一組試樣。在貨船上取樣時(shí)，應(yīng)從不同部位和深度抽取大致相等的若干份組成一組試樣。取樣數(shù)量應(yīng)不少于規(guī)范要求，以保證試驗(yàn)取樣有足夠的代表性和表征能力。

　　原材料選取還應(yīng)注意試樣的縮分。規(guī)范要求采用四分法或分料器，但在實(shí)際操作中，經(jīng)常出現(xiàn)試驗(yàn)人員任意在料堆上鏟取試樣或隨意稱取不等數(shù)量的試樣進(jìn)行試驗(yàn)，這種極不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牟僮鞣椒ㄊ蛊叫性囼?yàn)誤差增大，并導(dǎo)致試驗(yàn)采集的數(shù)據(jù)沒有代表性。

　　1.2 礦質(zhì)混合料設(shè)計(jì)

　　礦料的合成比例決定了礦質(zhì)混合料的合成級配。規(guī)范要求普通瀝青混合料礦料設(shè)計(jì)合成級配應(yīng)使包括0.075mm、2.36mm、4.75mm篩孔在內(nèi)的較多篩孔通過量接近設(shè)計(jì)級配范圍的中限，但由于江西地處熱區(qū)，我們建議瀝青混合料合成級配時(shí)采用骨架密實(shí)型結(jié)構(gòu)，可適當(dāng)減少2.36mm、4.75mm篩孔的通過量，增加0.075mm篩孔的通過率,采用較粗的級配。通常設(shè)計(jì)礦質(zhì)混合料時(shí)應(yīng)使級配曲線平順、圓滑，避免過多的犬牙交錯。目前，在實(shí)例設(shè)計(jì)過程中，試驗(yàn)單位多采用傳統(tǒng)的圖解法初算、再進(jìn)行電腦試算調(diào)整或直接用人機(jī)對話的計(jì)算方法都很大程度上取決于試驗(yàn)人員的經(jīng)驗(yàn)、熟練程度。實(shí)例中不乏礦質(zhì)混合料設(shè)計(jì)時(shí)對當(dāng)?shù)氐缆方煌ōh(huán)境、氣候條件等因素重視不夠，未針對瀝青路面不同層位功能需要相應(yīng)調(diào)整礦料配合比設(shè)計(jì)，有的試驗(yàn)單位片面追求合成級配接近級配中值，忽視了交通流量、氣候因素影響，使得建成公路通車后不久就出現(xiàn)了早期損壞。我省已建成的高速公路中就有這樣的實(shí)例。如梨溫高速公路，瀝青路面設(shè)計(jì)為4cm(AK16A型)抗滑表層+6cm(AC20I型)中面層+7cm(AC25I型)下面層，該高速公路于2002年底建成通車，由于油面各結(jié)構(gòu)層礦料設(shè)計(jì)時(shí)未充分考慮當(dāng)?shù)亟煌?、氣候等影響因素，礦質(zhì)混合料配合比設(shè)計(jì)片面追求規(guī)范中值，對關(guān)鍵篩孔的通過率未引起足夠的重視，2003年7、8月份，江西出現(xiàn)了歷史上罕見的持續(xù)高溫天氣，致使局部路段產(chǎn)生了較嚴(yán)重的車轍。當(dāng)然，瀝青路面產(chǎn)生車轍的原因多種多樣，其中有設(shè)計(jì)方面的原因，有惡劣天氣的影響，也有施工控制方面的原因，這里就不作細(xì)述。

　　1.3 瀝青試樣的制備

　　瀝青試樣經(jīng)加熱處理后會引起瀝青老化。試驗(yàn)人員在操作時(shí)，對瀝青試樣不能直接放在電爐或明火上加熱，如利用冷卻后的試樣反復(fù)加熱不能超過2次，避免瀝青老化使瀝青混合料性能發(fā)生變化。

　　1.4 試驗(yàn)條件及試驗(yàn)操作精確度

　　JTJ058―2000集料試驗(yàn)規(guī)程中提出對瀝青混合料所用礦料級配采用干篩法和水洗法共同確定，這是因?yàn)椴捎酶珊Y法，往往會因?yàn)樾∮?.075mm的成分粘附在礦料上篩不下去，而不能真實(shí)反映礦料的級配，從而影響礦粉的添加數(shù)量，這種影響當(dāng)某些礦料含石粉較多時(shí)，對礦料摻配比例的影響尤其明顯。有些試驗(yàn)室仍采用水洗法小于0.075mm的含量來評定集料的含泥量，這是不科學(xué)的，由于在細(xì)集料中小于0.075mm的成分包括粘土、塵屑和石粉等，用水洗法無法區(qū)別開來。因此對細(xì)集料還應(yīng)進(jìn)行砂當(dāng)量試驗(yàn)，以真實(shí)評價(jià)細(xì)集料的潔凈程度。

　　試驗(yàn)操作中，馬歇爾試驗(yàn)是極其重要的一方面，包括馬歇爾試件的拌制、成型，各種物理力學(xué)指標(biāo)的測試及數(shù)據(jù)的處理。

　　1.4.1 馬歇爾試件的制作以前存在人工炒拌，一組試件集中拌和的作法，容易導(dǎo)致瀝青局部過熱老化，瀝青混合料拌和不均勻等情況，因此，實(shí)際操作時(shí)，試驗(yàn)人員應(yīng)遵照試驗(yàn)規(guī)程按分計(jì)篩余單個(gè)配料，并使用小型瀝青混合料拌和機(jī)和烘箱制備試樣，一次拌制一個(gè)試件。

　　1.4.2 試驗(yàn)表明，瀝青混合料溫度或模具預(yù)熱溫度達(dá)不到規(guī)定擊實(shí)溫度時(shí)將影響試件的密度和空隙率，而試件尚未冷卻就脫模，容易使試件受到損傷。

　　1.4.3 馬歇爾試件成型高度對瀝青混合料馬歇爾性能測定有較大的影響，因此，每個(gè)試件擊實(shí)結(jié)束后應(yīng)用游標(biāo)卡尺測量試件的高度，并據(jù)此調(diào)整試件擊實(shí)需要的數(shù)量，如測定高度不符合63.5±1.3mm的試件應(yīng)予以廢棄，以減小試驗(yàn)數(shù)據(jù)的變異性。

　　1.4.4 成型試件密度的測試應(yīng)針對不同性質(zhì)的瀝青混合料采用不同的測試方法。規(guī)范要求對吸水率不大于2%的瀝青混合料采用表干法測定其毛體積相對密度，對幾乎不吸水的密實(shí)型瀝青混合料采用水中重法測定表觀相對密度，對吸水率大于2%或空隙率大于10%的瀝青砼或?yàn)r青碎石采用蠟封法測定其毛體積相對密度。當(dāng)用計(jì)算法計(jì)算瀝青混合料最大理論密度時(shí)，粗集料的相對密度采用其毛體積相對密度，細(xì)集料采用表觀相對密度。采用不同方法測得的馬歇爾試件密度或選用不同礦料比重計(jì)算得出的試件最大理論密度計(jì)算得到的瀝青混合料空隙率結(jié)果是不同的，并因此影響最佳瀝青用量的選定。

　　1.4.5 試件從恒溫水浴取出后，必須在規(guī)定的時(shí)間(30秒)內(nèi)完成。如果超出規(guī)定時(shí)間，試驗(yàn)溫度相差較大，將影響單個(gè)試件的穩(wěn)定度和流值，另一方面也會造成試件測定值離散性增大，導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果不具備代表性。

　　1.5 試驗(yàn)儀器設(shè)備檢定情況

　　試驗(yàn)儀器設(shè)備精度是影響試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性的重要因素。在瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)中，使用的主要試驗(yàn)儀器有稱量儀器、馬歇爾穩(wěn)定度測定儀、試件養(yǎng)護(hù)用的恒溫水浴、烘箱等。其中馬歇爾試驗(yàn)是混合料配合比設(shè)計(jì)中關(guān)鍵的試驗(yàn)項(xiàng)目，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性十分重要。通常要求對試驗(yàn)采用的儀器在使用前必須檢定合格后才能使用。在實(shí)際試驗(yàn)過程中，有時(shí)會遇到荷載――變形曲線頂部平坦，即荷載增加很小，流值卻持續(xù)增大的情況。出現(xiàn)這種情況時(shí)除了要仔細(xì)的檢查儀器是否符合規(guī)范允許的精度范圍外，另外就是對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行修正。如采用原點(diǎn)修正或取最大荷載98%處對應(yīng)的變形值作為流值時(shí)，這種情況應(yīng)在試驗(yàn)報(bào)告中注明。

　　1.6 馬歇爾試驗(yàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和最佳瀝青用量

　　馬歇爾試驗(yàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的選定范圍直接影響瀝青最佳用量的選定。各試驗(yàn)單位進(jìn)行瀝青混合料設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)本地實(shí)際情況選擇適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)孔隙率，以滿足不同層位油面的功能要求。最佳瀝青用量的確定應(yīng)結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過生產(chǎn)配合比驗(yàn)證、拌和樓試拌、試驗(yàn)段鋪筑和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)綜合選定。進(jìn)行瀝青混合料設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)目標(biāo)空隙率選定的填料和瀝青用量直接決定了設(shè)計(jì)瀝青混合料路用性能好壞，對熱拌瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)意義尤為重要。

　　2 采取措施

　　影響瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)的因素有原材料質(zhì)量、試驗(yàn)操作的規(guī)范與準(zhǔn)確性、試驗(yàn)儀器的精確度、以及試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的合理性等。要將試驗(yàn)誤差減小到最低限度，應(yīng)做到以下幾個(gè)方面：

　　2.1 嚴(yán)格控制原材料的質(zhì)量，提高對原材料質(zhì)量的重視程度。對各種規(guī)格的碎石備料要從生產(chǎn)源頭把好質(zhì)量關(guān)。

　　2.2 加強(qiáng)試驗(yàn)人員的操作培訓(xùn)，提高試驗(yàn)人員操作水平，嚴(yán)格按試驗(yàn)規(guī)程操作。對原材料要求進(jìn)行平行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)滿足平行試驗(yàn)精度要求。馬歇爾試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)將誤差超過標(biāo)準(zhǔn)差的數(shù)據(jù)剔除，盡量減少試驗(yàn)中的偶然誤差。

　　2.3 確保試驗(yàn)儀器設(shè)備的精度合格，示值誤差應(yīng)在規(guī)定允許范圍內(nèi)。加強(qiáng)試驗(yàn)儀器設(shè)備的檢定、保養(yǎng)工作，要嚴(yán)格按規(guī)程操作，杜絕隨意操作行為。

　　2.4 按目標(biāo)配合比、生產(chǎn)配合比、配合比設(shè)計(jì)驗(yàn)證三個(gè)步驟進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。如果說目標(biāo)配合比是“理論的研究”，那么生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)和拌和樓試拌驗(yàn)證就是實(shí)踐適應(yīng)性的檢驗(yàn)過程，它為全面推廣施工作好了最后的準(zhǔn)備。

　　生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)階段的試驗(yàn)過程基本同目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)一樣，包括原材料的測試，合成級配的計(jì)算，馬歇爾試件的制作、測試及最佳油石比選定等。應(yīng)注意，生產(chǎn)配合比礦料設(shè)計(jì)須結(jié)合拌和樓熱料倉分檔和篩孔配置情況綜合考慮，使生產(chǎn)出的混合料既達(dá)到規(guī)范允許的各項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，又能保障設(shè)備正常生產(chǎn)應(yīng)能提供的供料能力。

　　在生產(chǎn)配合比驗(yàn)證與試鋪階段，試驗(yàn)人員應(yīng)跟蹤檢測：目測現(xiàn)場攤鋪效果，及時(shí)取樣進(jìn)行各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)測試，并對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

　　3 結(jié) 語

　　在實(shí)際生產(chǎn)中，綜合考慮各種因素的影響，對優(yōu)化瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)，保證瀝青路面的質(zhì)量具有十分重要的意義。同時(shí)，要做好一組瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)，首先應(yīng)保證原材料的質(zhì)量，其次要提高試驗(yàn)人員的操作技能，保證試驗(yàn)儀器精度，嚴(yán)格按試驗(yàn)規(guī)程操作，將試驗(yàn)誤差減少到最小程度。

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