淺談室內(nèi)瀝青混合料配合比設(shè)計注意事項

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

　　【關(guān)鍵詞】道路工程;瀝青混合料;配合比設(shè)計

　　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，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，其中很重要的一個原因就是瀝青混合料的配合比設(shè)計不合理。不合理的配合比設(shè)計難以生產(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)計中應(yīng)注意的幾個問題。

　　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)計好的瀝青混合料在抓好原材料選材的同時，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地反映原材料的質(zhì)量。根據(jù)JTJ058―2000集料試驗規(guī)程規(guī)定，同批來料取樣時，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)從皮帶運輸機(jī)上取樣時，應(yīng)在皮帶運輸機(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，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，但在實際操作中，經(jīng)常出現(xiàn)試驗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，這種極不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牟僮鞣椒ㄊ蛊叫性囼炚`差增大，并導(dǎo)致試驗采集的數(shù)據(jù)沒有代表性。

　　1.2 礦質(zhì)混合料設(shè)計

　　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采用骨架密實型結(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)計礦質(zhì)混合料時應(yīng)使級配曲線平順、圓滑，避免過多的犬牙交錯。目前，在實例設(shè)計過程中，試驗單位多采用傳統(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)對話的計算方法都很大程度上取決于試驗人員的經(jīng)驗、熟練程度。實例中不乏礦質(zhì)混合料設(shè)計時對當(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，有的試驗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例。如梨溫高速公路，瀝青路面設(shè)計為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)計時未充分考慮當(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。試驗人員在操作時，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 試驗條件及試驗操作精確度

　　JTJ058―2000集料試驗規(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，這是因為采用干篩法，往往會因為小于0.075mm的成分粘附在礦料上篩不下去，而不能真實反映礦料的級配，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，對礦料摻配比例的影響尤其明顯。有些試驗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，以真實評價細(xì)集料的潔凈程度。

　　試驗操作中，馬歇爾試驗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，實際操作時，試驗人員應(yīng)遵照試驗規(guī)程按分計篩余單個配料，并使用小型瀝青混合料拌和機(jī)和烘箱制備試樣，一次拌制一個試件。

　　1.4.2 試驗表明，瀝青混合料溫度或模具預(yù)熱溫度達(dá)不到規(guī)定擊實溫度時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，每個試件擊實結(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%的瀝青砼或瀝青碎石采用蠟封法測定其毛體積相對密度。當(dāng)用計算法計算瀝青混合料最大理論密度時，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算得出的試件最大理論密度計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)定的時間(30秒)內(nèi)完成。如果超出規(guī)定時間，試驗溫度相差較大，將影響單個試件的穩(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)致試驗結(jié)果不具備代表性。

　　1.5 試驗儀器設(shè)備檢定情況

　　試驗儀器設(shè)備精度是影響試驗結(jié)果準(zhǔn)確性的重要因素。在瀝青混合料配合比設(shè)計中，使用的主要試驗儀器有稱量儀器、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。其中馬歇爾試驗是混合料配合比設(shè)計中關(guān)鍵的試驗項目，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性十分重要。通常要求對試驗采用的儀器在使用前必須檢定合格后才能使用。在實際試驗過程中，有時會遇到荷載――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，另外就是對試驗結(jié)果進(jìn)行修正。如采用原點修正或取最大荷載98%處對應(yīng)的變形值作為流值時，這種情況應(yīng)在試驗報告中注明。

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

　　馬歇爾試驗技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的選定范圍直接影響瀝青最佳用量的選定。各試驗單位進(jìn)行瀝青混合料設(shè)計時應(yīng)根據(jù)本地實際情況選擇適當(dāng)?shù)脑O(shè)計孔隙率，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)合試驗數(shù)據(jù)，通過生產(chǎn)配合比驗證、拌和樓試拌、試驗段鋪筑和實踐經(jīng)驗綜合選定。進(jìn)行瀝青混合料設(shè)計時，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)計意義尤為重要。

　　2 采取措施

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

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

　　2.3 確保試驗儀器設(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)計驗證三個步驟進(jìn)行配合比設(shè)計。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)計和拌和樓試拌驗證就是實踐適應(yīng)性的檢驗過程，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)計階段的試驗過程基本同目標(biāo)配合比設(shè)計一樣，包括原材料的測試，合成級配的計算，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)配合比驗證與試鋪階段，試驗人員應(yīng)跟蹤檢測：目測現(xiàn)場攤鋪效果，及時取樣進(jìn)行各項物理力學(xué)指標(biāo)測試，并對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。

　　3 結(jié) 語

　　在實際生產(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，保證瀝青路面的質(zhì)量具有十分重要的意義。同時，要做好一組瀝青混合料配合比設(shè)計，首先應(yīng)保證原材料的質(zhì)量，其次要提高試驗人員的操作技能，保證試驗儀器精度，嚴(yán)格按試驗規(guī)程操作，將試驗誤差減少到最小程度。

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