浅谈沥青混凝土目标配合比设计

钱元鹏

(安徽省高速公路总公司,安徽合肥 230051)

浅谈沥青混凝土目标配合比设计

钱元鹏

(安徽省高速公路总公司,安徽合肥 230051)

合安高速公路全长152km,采用三层4+6+6cm沥青混凝土路面结构形式。结合在试验工作中的实践,针对沥青混凝土目标设计阶段总结出几点建议与看法,供同行参考。

沥青混凝土;目标配合比设计;试验;控制要点

0 引言

沥青混凝土路面施工前,首先要进行沥青砼配合比设计。即在料源选定情况下,根据设计的路面结构类型,确定各种集料的用料比例及最佳沥青用量。配合比设计分为三个阶段:目标配合比设计阶段,生产配合比设计阶段及生产配合比验证阶段(也称标准配合比设计阶段)。现针对目标配合比设计的整个过程,根据本人在此项工作中的切身体会,认为在目标配合比设计中应着重控制以下几个方面:

1 集料检测阶段

1.1 集料取样要有代表性,筛分结果要准确

目标配合比设计确定的各矿料比例及沥青用量将直接影响后续的生产配合比设计及验证。因此,用于目标配合比设计的集料应有代表性,其级配应能充分代表拟用到路面施工的集料状况。取样时,应在料堆的不同部位(上、中、下)分别取样,各由均匀分布的不同部位,取得大致相等的若干份组成一份试样。若在加工场从破碎机上直接取样,应等破碎机加工较长一段时间、产量及运行等状况较为稳定时从机口接料(注意将机口出料全部接住)。取样量通常为试验所需量的4倍左右。若取样无代表性,则后续工作将不再有意义。

在确定取样有代表性的前提下,应认真完成室内集料的筛分试验,准确测定各种集料的实际级配情况。每种集料的筛分结果直接决定该集料在配合比设计中的用量。在筛分时,严格按试验规程操作。先将试样拌匀用四分法取得略多于试验所需用的量(不同粒径所需的试验量不同),准确称取一定质量的集料,逐份过筛,筛分时不同粒径颗粒要筛分干净并注意尽量减少筛分过程中的损失。对细集料(0～3mm)筛分,一定要采用水洗法,准确测定其级配情况,尤其是2.36mm、0.075mm通过率,这个筛孔也是我们合成级配中的控制筛孔,尤为关键。只有保证筛分结果的真实与准确,才能合成最有代表性的级配曲线。由不同规格集料的筛分结果确定各集料用量应进行反复的调试,使混合料的级配曲线接近规范级配范围中值,并应接近一条顺滑的“S”型曲线,其中特别注意0.075mm、2.36 mm、4.75mm筛孔通过率接近级配中值。

1.2 集料密度检测应精确

在目标配合比设计中,有一个非常关键的指标:理论最大相对密度。它直接决定了后续试验中控制指标空隙率。目前我们最常采用计算法来确定理论最大相对密度,即通过确定的集料比例、集料密度及沥青用量等根据公式计算。因此可见集料密度直接影响理论最大相对密度计算值的精确性,影响空隙率指标,所以准确测定集料的密度至关重要。

在测定集料密度时,首先要选定合适的检测方法,即根据沥青混合料密度的检测方法来确定集料密度的检测方法,宜采用与沥青混合料同一种相对密度。如沥青混合料密度采用表干法测定时,粗集料应采用毛体积相对密度,细集料和矿粉应采用表观相对密度。

在测定粗集料密度时,应对不同规格的集料分别测定,不得混杂。所取的每一份试样应基本保持原有的级配,不同粒径试样的取样试验质量应满足规范要求。在测定过程中,应控制水温在15～25℃范围。若测定粗集料的毛体积相对密度,则一定要控制好集料的表干质量,毛巾不能过干或过湿,擦集料时不能太用力,既要擦干集料表面自由水又不能吸出其内部水。不同人所做的集料表干质量都可能不同。集料表干质量直接影响其密度和吸水率。在测定细集料密度时,首先取样要有代表性,称量要准确。在装料进容量瓶(或比重瓶)时不要损失试样;另外,在恒温状态下静置24h(有条件时,可在恒温箱里静放),会减小试验的平行误差。规范对密度检测的精度有明确要求,如毛体积相对密度两次结果相差不得超过0.02g/cm3。在整个试验过程中,只要操作仔细认真,其结果偏差不会超过0.01g/cm3。

集料的检测项目还有许多,如:细长扁平颗粒含量、软石含量、小于0.075mm颗粒含量等,它们在一定程度上也会影响沥青砼的目标配合比设计。但这些工作我们在料源选定时便开始控制。关键是集料的级配和密度测定,它们直接影响目标配合比设计的级配设计和最佳沥青用量的确定。如果这两项检测结果既有代表性又精确,那么我们的目标配合比设计便完成了近一半的工作。

2 室内马歇尔试验阶段

2.1 单个试件备料要准确

完成了原材料的各项指标检测和矿料的级配设计,接下来的工作便是室内马歇尔试验。在室内模拟现场施工用小型沥青砼拌和机拌和沥青混合料,用马氏击实仪成型试件,然后由不同油石比的各组试件所测得的各项指标绘制指标曲线,用计算法初步确定最佳沥青用量。

马歇尔试验工作的第一步便是备料,即准备成型试件的混合料。(不加沥青,由确定的矿料配合比计算出每个试件所需的几种矿料质量,分别称取,然后混合)。为了保证试验结果的真实、有效,减少变异性,我们通常一种沥青用量成型6个试件,每个试件单独成型。因此试验者在备料时,务必使所备的每个试件的混合料能充分代表设计级配。其中最关键的就是在称取一种矿料时要避免矿料的离析(尤其是粗集料),所称取的矿料应有代表性。如一个试件由五种规格的矿料组成,其中15～25mm碎石占30%需380g,15～25mm碎石中19mm、16mm、13.2mm碎石各占一定的比例,在称料时,尽量使380g的集料保持原来的级配,即该集料中不同粒径的颗粒比例不要有大的改变。在称细集料时,要确保小于0.075mm颗粒和原来相比不要有大的改变。另外,在备料时要认真核对每个试件每种矿料的用量,避免出现失误。做到以上的两点,便为下一步工作提供了有力保障。

2.2 成型试件时严格控制温度

沥青是感温性材料,温度对沥青混合料的影响非常大,不同温度下成型的沥青混合料试件其各项指标偏差较大。因此,试验者在成型试件时,一定要严格控制温度。

首先是原材料的温度,有条件的试验室,可通过测定沥青的粘度来确定沥青的加热温度,无条件时,可根据规范选用。集料的加热温度比沥青高出10～20℃,拌和锅的温度也要事先按规范要求设定加热。

其次是混合料的击实温度,我们在成型试件时,应尽量控制每个试件的击实温度一致(和路面施工时的初压温度相一致)。因为在拌混合料时拌和锅锅底和锅壁的温度通常有偏差,而且若连续拌和的时间长了,拌和锅的温度会比设计值偏高,导致每份混合料出锅温度有偏差。比较好的做法是混合料拌和好以后,放在预先恒温的烘箱里(设定温度为击实温度)恒温一段时间(常为1h左右),每份料里插一温度计以便检测,然后再成型。这样便有效地减少因温度不同而使试件指标产生变异性。另外,同一组试件在装模时最好由一个人装料,避免操作过程产生的误差。

2.3 较好控制成型试件的高度

规范对试件的高度有严格的规定:63.5±1.3mm,超过此规定试件便作废。通过我们多次试验发现,试件高度为下限即 62.2～63.0左右与试件高度为上限 64.0～64.8mm左右,试件的结果偏差较大,表现在试件的密度和空隙率上。高度走下限的试件比高度走上限试件的密度通常大0.02～0.06g/cm3不等,空隙率小0.1%～0.3%左右。其他指标如稳定度、流值等也有不同程度的影响。

因此我们在成型试件时,应控制好试件的高度,尽量取中值。较好的做法是:首先通过试验后成型的试件,确定不同油石比试件的质量,控制好备料及击实温度一致,以便能较好地控制好试件的高度。

在试验室内成型试件的过程中,若能较好地做到以上三个方面,那么马氏试验的结果便能得到较好的保障,通常情况下,随着沥青用量的增大(减小),试件的各项指标会有规律的发生变化,这样我们便可进行下一步工作,初步计算最佳沥青用量。

3 确定最佳沥青用量

3.1 认真绘制各指标曲线

有了不同油石比的马氏试验结果,我们便可人工或计算机绘制各指标曲线,曲线的绘制受人为因素较大,同样的指标不同的人绘制,最终确定的沥青用量都可能会不同,因此我们在绘制指标曲线时,尽量客观地遵循各指标曲线的实际走向,从而确定密度最大值对应的沥青用量a1,稳定度最大值对应的沥青用量a2,孔隙率中值对应的沥青用量a3,计算三者平均值OAC1,同时求出各项指标符合沥青混合料技术标准的沥青用量范围OACmin和OACmax最后计算OAC1和OAC2平均值OAC。

3.2 综合选定目标配合比的最佳油石比

通过指标曲线,初步计算得到最佳沥青用量。但我们在最终确定沥青用量时,应根据当地的气候条件、公路等级、实际交通量情况及实践经验等来确定目标配合比设计的最佳沥青用量。如:在炎热地区公路及车辆渠化交通的高速公路、一级公路,预计有可能产生较大车辙时,可在OAC2与下限OACmin范围内决定,但不宜小于OAC2的0.5%,通常比试验得到的减小0.1%～0.3%,在寒区公路及其他等级公路,最佳沥青用量可以在OAC2与上限OAC2范围内决定,但不宜大于OAC2的0.3%,最佳沥青用量初步确定后,还必须进行水稳定性(48h残留稳定度)检测及动稳定度(车辙试验)检测。有时会出现一种情况OAC1不在OACmax和OACmin之间,这样的话我们便要重新调整矿料级配,再次进行配合比设计。

4 结束语

目标配合比设计确定了最佳沥青用量,还需进行生产配合比设计并进行生产配合比验证。只有3个阶段都通过,才能最后确定施工中施用的最佳矿料级配及沥青用量。在此不再赘述。

[1] 徐培华,王安玲.公路工程混合料配合比设计与试验技术手册[M].北京:人民交通出版社,2001.

[2] J TJ058-2000公路工程集料试验规程[S].北京:人民交通出版社,2000.

[3] J TJ052-2000公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].北京:人民交通出版社,2000.

责任编辑:文 月

U416.217

A

1671-8275(2010)03-0038-02

2009-06-19

钱元鹏(1974-),男,安徽巢湖人,安徽省高速公路总公司工程师。研究方向:路桥施工与管理。