沥青混凝土配合比设计

罗树昭

(贵州省都匀公路管理局)

1 工程概况

S206线三都县城至三洞段公路改建工程项目，是贵州省交通运输厅2011年水毁工程项目，按二级公路标准进行建设，起点位于三都县城移民新村，终点三洞乡、全长35km。第一合同段施工里程为18km，行车道宽度2×3.5m，路面类型:沥青混凝土路面。设计荷载:公路-Ⅱ级，设计洪水频率:大中桥1/100，小桥涵及路基1/50。停车视距40m，一般平曲线半径100m，极限最小平曲线半径60m，最大纵坡8％。

2 马歇尔试验

2.1 取样

(1)在取样的过程中，首先需要对各种矿质材料的用量进行确定，主要确定依据是矿质混合料的配合比;

(2)在对沥青用量进行确定的过程中，主要依据是历史依据、用量的规定范围以及工程实际情况，根据这些情况就可以将沥青的用量大概估计出来;

(3)上述(2)已经将沥青用量大概估计出来，那么可以以这个估计的数值为中间数值，根据0.3％间隔变化，分别取出5个不同的沥青用量，然后将这五个沥青用量分别与矿料进行搅拌，然后将其浇筑成型，用作进行马歇尔试验的主要试件。

2.2 对沥青混合料的物理指标进行测量和确定

2.2.1 视密度

在对沥青混合料的压实试验的视密度进行确定是，主要采用的方法有很多，如封蜡法、体积法、表干法以及水中重法。在本工程中主要采用水中重法对沥青混合料压实试件的视密度进行确定，主要计算公式(1)

式中:ρs为视密度，g/cm3;ma为在干燥情况下混合料压实试件的空中质量，g;mw为试件的水中质量，g;ρw为在常温状态下水的密度。

2.2.2 理论密度

所谓理论密度，主要指的是如果沥青混合料压实试件沥青混合料试件组成部分全部是沥青和矿料的情况下沥青混合料压实试件的最大密度。可以利用以下公式(2)对沥青混合料压实试件的理论密度进行计算

式中:ρt为理论密度，g/cm3;P1…Pn为各种矿料的配合比;γ1…γn为各种矿料的相对密度;Pa为试件中沥青含量，％;γa为沥青的相对密度(25/25℃)。

2.2.3 空隙率

要对沥青混合料压实试件的孔隙率进行确定，主要依据是沥青混合料压实试件的视密度和理论密度。主要计算公式(3)

式中:VV为空隙率，％;ρs为试件视密度，g/cm3;ρt为试件理论密度，g/cm3。

2.2.4 沥青体积百分率

在对沥青混合料压实试验中沥青体积进行计算时，主要计算公式(4)

式中:VA为沥青体积百分率，％;其他符合所含意义同式(3)。

2.2.5 矿料间隙率

在沥青混合料压实试件中，所谓矿料间隙率指的是除了矿料之外的剩余体积占试件总体积的百分比。其实指的就是实试件中沥青的体积以及孔隙的体积之和，主要利用公式(5)进行计算

式中:VMA为矿料间隙，％;VA和VV为意义同式(4)。

2.2.6 沥青饱和度

沥青饱和度，也被称为沥青填隙率，主要指的是沥青混合料压实试件中沥青的体积占除了矿料体积之外的总体积的百分比，主要运用式(6)进行计算

式中:VFA为沥青混合料中的沥青饱和度，％;VA和VMA为意义同式(5)。

3 对沥青混合料压实试件的力学指标进行测量和确定

3.1 马歇尔稳定度

所谓马歇尔稳定度，主要指的是根据相关规范以及标准所指定的沥青混合料试件，在60℃的环境下保存45min之后，接着将沥青混合料试件安放在测量马歇尔稳定度的仪器上，对试件连续进行荷载加速，直到试件发生破坏时候的荷载值。可以用MS对其进行表示。

3.2 流值

所谓流值，就是上述实验在进行的同时，在试件产生破坏的那一瞬间，沥青混合料压实试件自身产生的垂直流动变形值。可以用FL对其进行表示。

3.3 马歇尔模数

所谓马歇尔模数指的是沥青混合料的视劲度，也就是MS与FL的比值。计算公式(7)

式中:T为马歇尔模数，kN/mm;MS为马歇尔稳定度，kN;FL为流值，0.1mm。

4 确定最佳沥青用量

在进行上述公式计算之后，就可以计算最佳沥青用量。主要做法是将沥青运量最为横坐标，纵坐标所表示的是沥青混合料试件的密度、空隙率、沥青饱和度、马歇尔稳定度和流值指标，它们之间的关系运用图1进行表示。

图1 沥青用量与马歇尔稳定度试验指标关系图

(1)确定最佳沥青用量的初始值OAC1

用图1可以看出，将沥青混合料压实试件的马歇尔的稳定度以及密度最大的时候的沥青的用量，分别用a1和a2表示，并且用a3表示设计要求规定的空隙率值所对应的沥青用量，根据上述公式对三者进行计算，并且将三者的平均值计算出来，计算出来的数值作为最佳沥青用量的初始值，用OAC1对其进行表示。

(2)确定沥青最佳用量的中值OAC2

根据图1，可以将符合相关技术标准范围内的沥青用量都计算出来，然后取最大值与最小值的平均值，以此计算出来的数值作为沥青最佳用量的中值，可以用OAC2对其进行表示。计算公式(8)

根据图1，需要对以下指标进行检查，在最佳沥青用量初始值时，混合料的各项指标是否与相关设计规范以及设计要求相符合。如果检查之后确定符合要求，那么可以根据最佳沥青用量以及沥青最佳用量的中值将最佳沥青用量进行确定。如果检查之后发现不符合要求，那么需要对沥青混合料的配合比进行重新的级配，并且重新进行马歇尔试验，以及进行相关计算，一直到混合料的各项指标符合相关要求。

(3)根据OAC1和OAC2综合确定最佳沥青用量OAC

在进行最佳沥青用量进行确定时，通常情况下，如果最佳沥青用量以及沥青最佳用量的中值的两个数值相近的话，可以把两者的平均值当做最佳沥青用量。如果两者之间的差距过大，那么就不能利用上述方法对最佳沥青用量进行确定;二是需要通过其他实验，如水稳定实验以及高温稳定实验等，然后对多种因素进行综合考虑，对最佳沥青用量进行确定。

5 结束语

综上所述，沥青混凝土配合比设计是保证工程质量的一种重要措施，而进行有效的沥青混凝土配合比设计的一个基本方法就是马歇尔试验，进行有效的马歇尔试验，可以对沥青的用量进行合理的确定，从而对混凝土的配合比设计严格的控制，保证工程的质量。上述工程采用马歇尔试验配合比设计，经过取冷料对级配、沥青含量调试制作试件进行马歇尔试验，得到各种集料的配比及最佳沥青含量如9.5～16mm∶4.75～9.5mm∶0～4.75mm∶矿粉=22％∶23％∶50％∶5％。

[1] 陈兴宝，张克戬，周龙，等.沥青混合料组成设计与马歇尔试验[J].森林工程，2002，(1):12-13.

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[3] 李文杰，梁斌，李金凤，等.基于MATLAB的沥青混合料配合比优化设计[J].河南科技大学学报(自然科学版)，2011，(4):56-57.

[4] 吴超凡，童光明.对马歇尔设计方法与设计标准的几点看法[J].湖南交通科技，2003，(3):89-90.