热拌沥青混凝土配合比设计及试验检测方法

热拌沥青混凝土配合比设计及试验检测方法

胡思华

中山市建设工程质量检测中心有限公司

摘要：热拌沥青混合料是一种具有许多优势的路面结构形式，它具有很低的颠簸、低噪声，并且易于维修，在路面施工中得到了广泛的使用。在高速公路施工中，热拌沥青混合料主要由沥青与矿物混合料掺合比例组成，是确保其施工安全的一个关键环节。由于沥青混凝土在道路工程中的作用及其复杂程度，使得混凝土的配比设计也有一定的规律性和特殊性。本文就沥青拌和的配比进行了简要的分析与讨论，以其为有关部门制定更合理的配制方案提供参考。

关键词:沥青混凝土；配合比设计；检测方法

1配合比设计必须遵循的原则

1.1级配范围

在实际应用中，采用不同的分级方法进行了试验研究。根据公路等级、气候和交通状况，按照规范规定选用粗粒级配（C）或细型（F）级配，并根据规范规定的规定来确定项目的级配等级。

1.2马歇尔试验技术标准

热拌沥青混合料配合比设计，须按照马歇尔试验的配制方案进行，其技术指标必须满足有关标准，且具有较好的施工性能。在使用其它方法进行沥青拌和时，须按照有关规定进行马歇尔试验和各种配比的设计进行验证，并汇报各种设计方案的试验效果。二级路面按一级公路技术规范进行。重型运输是指设计交通量在1000万辆以上的路段，而长斜率部分则按照重负荷的路面来处理。

1.3使用性能检验

对用于高速公路和一级公路的公称最大粒径大于或等于19毫米的密级配沥青，以及 SMA和 OGFC的混合料，必须根据试验结果进行车辙试验、水稳定性试验、弯曲试验、渗水试验、活性试验和膨胀试验。在进行改性后，必须根据不同的目标进行试验。若要改善其耐高温抗车辙能力，则应按照常规沥青混合料的低温特性来进行；当其首要目标是改善其耐热抗开裂特性时，其耐热稳定性可以满足一般沥青的使用需求。对于不合格的沥青混合料，应进行原料的替换或调整配合比例。二级公路按这一规定进行。

2配合比的组成与设计

2.1路面石油沥青选择

石油沥青是经过精炼后的油污。在室温下为黑色或深棕色的粘性液体，半固体或固体，其成分为三氯乙烯中的碳氢化合物和非碳氢化合物。根据原油沥青的制造工艺，可以将其分为：直馏沥青、溶剂脱油沥青、氧化沥青、调合沥青、乳化沥青、改性沥青等；根据其表面形貌可划分成液体沥青、固体沥青、稀释液、乳化液、改性剂等；按照用途分类：路面沥青，建筑沥青，防水防潮沥青，各类特殊用途沥青，以用途或用途而定。原油沥青种类繁多，对公路石油沥青的选用应符合相关技术标准。

各个沥青等级的适用范围规范作出了表1的规定。路面石油沥青质量控制范围规范明确了详细的技术要求。

表1 路面沥青路面适用范围

沥青路面采用的沥青规格型号，根据公路等级、气候条件、交通状况、路面类型和受力特点、施工方法等因素，综合本地实际情况和技术分析，选择合适的路面等级。

在缺少合适等级的沥青时，可以选用不同等级的混合，并根据试验结果确定混合料的用量。经混合后，其品质必须达到标准规定。

按品种和标号分开储存。沥青的储存应保持在130摄氏度以下，170摄氏度以下，但不可超过170摄氏度，除非是长时间未用过的。桶内的柏油必须垂直堆放，并用篷布覆盖。在储存、使用和存放时，应采取适当的防渗措施，避免雨水或加热管道蒸气进入沥青。

2.2沥青混合料组成材料的技术要求

2.2.1 粗集料选择

我国地域辽阔，用于沥青路面的集料种类繁多，东、西、南、北的集料性能差别较大（例如：粗集料对沥青的粘附性、吸水率、强度、磨耗值、压碎值、坚固性、密度等等）。在选用沥青混合料时，应仔细研究材料，选用合适的原材料时尽量选用当地材料，同时兼顾经济效益和保证材料的品质。

沥青层用粗集料包括碎石、砂砾石、钢渣、矿渣等。粗骨料须经有生产许可的矿山或建筑企业进行处理。粗骨料必须干净，干燥，表面粗糙，并按规格要求进行。若某一种骨料的品质指数未满足规定，但根据骨料的配比，其品质指数满足规定，则可用于本项目。对于容易发生高温、易损型的骨料，应使用混合机械干燥后的骨料进行检测。粗骨料的颗粒尺寸和规格必须符合标准。

在开采过程中，采石过程中要将表层和土壤之间的土壤全部清理干净。生产砂砾的原料中，不能含有土块和杂物，集料制品不能堆在土层中。高速公路一级公路沥青铺装材料的表层（磨损层），其粗糙度必须满足技术规程的规定。除SMA和 OGFG以外，可将少量颗粒尺寸小于磨光的粗骨料加入到硬骨料中，用研磨强度测试来决定其最大加入比。根据技术规程规定，粗骨料与沥青的附着力要符合规定，若选用不符合规定的粗骨料，则需加入消石灰、水泥或用石灰水进行处理，如有需要，可在沥青中加入耐高温、耐水性、长期性能的防脱层材料，或经改性后的沥青，以保证其水稳定性符合规定。根据试验结果，采用试验方法测定了掺入剂的用量。

砂砾破碎时，必须选用颗粒直径大于50毫米，含泥量小于1%的碎石，其碎屑处必须符合技术规范规定。已粉碎并贮存半年以上的废渣可以用作粗矿。除了可以适度地降低吸水性之外，其他的质量标准都要符合规格的规定。在使用之前，必须对钢渣进行活化检查，其中游离氧化钙的比例不得超过3%，浸渍膨胀系数不得超过2%。

2.2.2细集料的选择

沥青路面用的细集料，它包括天然砂、机制砂和石屑。细骨料须经采石场或砂场取得生产许可。细骨料必须洁净干燥，无风化，无杂质，粒度优良。用细骨料进行沥青拌和，其品质必须满足技术规范的要求。细集料的洁净度，天然砂以小于0.075mm含量的百分数表示，石屑和机制砂以砂当量（适用于0～4.75mm）或来甲蓝值（适用于0～2.36mm或0～0.15mm）表示。

砂的含泥量超出要求时，应该先冲洗再用，而在海沙中则要过滤掉所有的贝类物质。在热拌密级配沥青混合料中，自然砂掺入量一般不能大于20%，而 SMA、 OGFC的掺合料不宜采用自然砂。

2.2.3填料的选择

作为一种填充材料，掺入到了沥青中，并与其结合，从而在沥青混凝土中起到填充和挤压的功能。产品须经正规的生产企业认证。原料需选用石灰、岩浆中较强的基性岩石等含盐矿物粉末，并将其研磨成粉末。矿石粉应干燥洁净，并能从料斗中随意排出。它的品质标准对此作了说明。

拌合机产生混合材料产生的粉尘可以用作矿石粉末的一种再利用。但每盘的装载量不得超过整个总填料的25%，对粉尘填料的塑性指数应小于4%。以粉煤灰作填筑材料，其掺入量不能大于总填料的50%，高速公路和一级公路的填筑材料不用粉煤灰作为填料。

2.3 热拌沥青混合料配合比设计

（1）设计内容。要进行配合比设计的必要前提是，设计成果与其使用性能、材料用量及投资成本息息相关，其整个设计阶段包括：目标配合比设计阶段、生产配合比设计阶段、生产配合比验证阶段。其实不论在哪个阶段，其突出的核心都在于对矿石的级配成分进行优化，以得到一种既能适应特定交通需求又适应环境特点的沥青混合料。

（2）矿料级配要求和组成设计。所测定的矿石等级应当与规格一致。通过试验表明，在路面等级、气候、交通特性等方面，同一混合料类型的矿料分级可分为粗、细两种类型，分别公称粒径20mm～25mm关键筛孔4.75mm及公称粒径10mm～16mm关键筛孔2.36mm来确定。一般在夏季高温高、高温持续时间长、负荷大的情况下，应采用粗型（C）沥青混合料密级配（AC-C）的混合料结构，取规定范围较高的设计空隙率。而冬季低温时间较长的地区，应选择细密型（F）沥青混合料密级配（AC-F）结构，且按规范规定偏低的空隙率来设计。

依据现场实际情况确定进行配合比的设计，首先对各种规格的矿料分别进行筛分，得到各种规格矿料通过率，并通过调整各规格选矿料合适的百分比来确定矿料合成级配使其满足规范规定矿料级配要求。例图一：

对确定好规格的矿料检测表观相对密度，毛体积相对密度，矿粉直接用表观相对密度。而沥青原材检测其25℃相对密度。获得矿料的合成毛体相对积密度，矿料合成表观相对密度。

选用合适的合成级配，根据地区类似工程，预估油石比为中值上下按0.5%（依据不同混合料可适当缩小一定间隔）拌合，普通沥青用真空法测出各油石比的最大理论相对密度（注意使用改性沥青或SMA混合料则计算法算得各不同油石比理论最大相对密度）。击实不少于5组不同油石比成型的马歇尔试件。例表2

（3）沥青混合料配合比设计最佳油石比的确定。马歇尔毛体积相对密度最大值、稳定度最大值、空隙率中间值、沥青饱和度中值，例图二（马歇尔试验结果未包含饱和度范围则不参与计算）计算0AC1。

取马歇尔稳定度、空隙率、流值、沥青饱和度都满足油石比要求对应的OACmin～OACmax的中间数值为OAC2（例图三）。OAC1及OAC2的中值计算得到最佳油石比OAC，从图二中对应空隙率和线性内插计算矿料间隙率满足《公路沥青路面施工技术规范》5.3.3-1关于最小矿料间隙率值的要求。

（4）混合料的性能检验。根据马歇尔试样的最佳配比，采用浸水马歇尔试验或融劈裂试验，以此来检验试件的残留稳定度或冻融劈裂强度是否满足水稳定性。

在已成型的车辙试件中，必须按指定的方法进行车辙试验，以验证其在高温下的抗车辙性能能否满足动力稳定的要求。如不满足，则需重新调整或更换原材料重新设计。

3沥青混合料试验检测方法

3.1沥青混合料的取样方法

（1）选用合格的试验设备和材料，如有必要，应选用带有金属棒的电热式沥青温度表，并具有记录的能力。

（2）样品的抽样数量，满足需检测项目用量2倍。

（3）为了使样品有足够的代表性，可采用任意抽样方法。搅拌厂内采样时，将该设备置于机器漏斗下面，进行多次采样拌合均匀，用四分法缩分至需要的数量；在运输车辆上抽样时，在车辆装载和卸料过程中，要从3个不同的高度进行抽样，最理想的是3台车的混合抽样；在公路工地上抽样时，每车摊铺抽样一次，三次抽样后，用四分抽样方法缩分至需要的数量，其位置为摊铺后不进行压实之前的1/2～1/3。

（4）液体沥青用汽油稀释时，待溶剂完全挥发后再密封，并请务必格外重视防火的安全性；对已经完成的道路进行抽样，在现场随机选取3处或多处进行钻孔、切割或刨削，直至全部的土层，并排除其它杂乱。

（5）由于热拌沥青的二次加温会对测试的效果产生一定的影响，因此，应在抽样后，将其放入保温容器中，并及时进行检测。

（6）试样标签。取样后，在标签单上做好记录，并注明工程名称，样品概况，样品数量，取样人，目的或用途，填写人和时间。

2.2沥青混合料试件制作方法

（1）在选用设备时，要遵循选用规格，尤其要注意，击实仪要准备标准与大型两种，击实速率为60士5次/分钟；用电子秤称重的矿料的精度不超过0.5克，对沥青的精度不超过0.1克；电炉，沥青熔炉，标准筛，卡尺，棉纱等都是必备的配套设备。

（2）按照指定方法检测不同规格的沥青、粗、细集料和填充物的不同的密度。接着按照所需的等级标准，将沥青和试模按照规定的温度进行预热，以备拌合用。拌和时，将矿料与沥青拌和1～1.5分钟，再添加加热矿粉直到完全拌和，整个拌和的持续3分钟。

（3）在模制样品时，要留意模具预热及底座放吸油纸，将温度符合要求搅拌料加入模具（制作大型试件分两次加入）后，用螺丝刀由外向里插捣，外15次，里面10次，别让因插捣形成模具下面集料偏细多,上面集料偏粗多情况发生。按规定次数(50次、75次、112次)反正两面击实。冷却大于12小时脱模，符合高度要求(标准63.5 mm士1.3mm;大型95.3 mm士2.5mm) 的试件，供试验用。

2.3沥青混合料密度试验

（1）表干法：测量毛体积相对密度吸水率2%以下的马歇尔试件。

（2）水中重法：测量表观相对密度吸水率0.5%以下的马歇尔试件。

（3）蜡封法：测量毛体积相对密度吸水率2%以上的马歇尔试件。

（4）体积法：用于表干法、水中重法、蜡封法不能测量毛体积相对密度，如沥青混合料OGFC等。

通过上述方法测得马歇尔表观相对密度或毛体积相对密度参与计算理论最大相对密度、矿料间隙率、空隙率、饱和度等的容积指标。

2.4沥青混合料的车辙试验

沥青混合料的高温抗车辙能力是它的测定目的，为热拌沥青配合比设计验证其高温稳定性能或对现场切割样进行高温稳定性能验证用。这一检测的温度一般是60℃，车轮压力是0.7 MPa，在这规定状态下模拟道路现场，测定试验车轮来回往返行走次数，产生每1 mm的变形量。沥青混合料车辙试验方向与车辙制样碾压成型及道路现场切割取样都需标注方向，并与道路现场路况车辆行驶方向一致。

2.5沥青含量试验

该试验用于热拌热铺沥青混合料路面施工的沥青用量检测，对其进行了质量评价。也可用于旧路检验中的油料含量。这种方法提取的沥青溶液可以被用作再生，因此可以评价其老化性能。目前最常用的就是离心分离法和燃烧炉法，其中离心分离法是作为沥青含量（油石比含量）检测的推荐方法。

2.6沥青混合料的矿料级配检验方法

该检测法用于对沥青路面在进行工程中的矿料级配进行检测，对其质量进行评价。通过离心分离法抽提沥青后的矿料，进行两次并行筛分测试，以其平均值为测试的筛余量，并报告矿料级配通过的百分率及级配曲线。可选用部分筛进行施工质量级配设计的验证，必须包括的关键筛孔有集料公称最大粒径和一个中间筛孔、4.75mm、2.36mm、0.075mm等不少于5个筛孔，由大到小顺序排列。

4结语

对于一名专业的工程技术人员来讲，工程质量就等同于是自己的生命，而试验检测正是保证工程质量管理的重要手段。在工作中，要时刻保持头脑的清醒，怀着认真的态度，只有这样，得到试验检测数才能够客观、准确，为促进公路工程质量水 平的不断提高贡献出自己的一份力量。

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