錢元鵬

(安徽省高速公路總公司,安徽合肥 230051)

淺談瀝青混凝土目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)

錢元鵬

(安徽省高速公路總公司,安徽合肥 230051)

合安高速公路全長(zhǎng)152km,采用三層4+6+6cm瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)形式。結(jié)合在試驗(yàn)工作中的實(shí)踐,針對(duì)瀝青混凝土目標(biāo)設(shè)計(jì)階段總結(jié)出幾點(diǎn)建議與看法,供同行參考。

瀝青混凝土;目標(biāo)配合比設(shè)計(jì);試驗(yàn);控制要點(diǎn)

0 引言

瀝青混凝土路面施工前,首先要進(jìn)行瀝青砼配合比設(shè)計(jì)。即在料源選定情況下,根據(jù)設(shè)計(jì)的路面結(jié)構(gòu)類型,確定各種集料的用料比例及最佳瀝青用量。配合比設(shè)計(jì)分為三個(gè)階段:目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)階段,生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)階段及生產(chǎn)配合比驗(yàn)證階段(也稱標(biāo)準(zhǔn)配合比設(shè)計(jì)階段)?，F(xiàn)針對(duì)目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)的整個(gè)過程,根據(jù)本人在此項(xiàng)工作中的切身體會(huì),認(rèn)為在目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)中應(yīng)著重控制以下幾個(gè)方面:

1 集料檢測(cè)階段

1.1 集料取樣要有代表性,篩分結(jié)果要準(zhǔn)確

目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)確定的各礦料比例及瀝青用量將直接影響后續(xù)的生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)及驗(yàn)證。因此,用于目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)的集料應(yīng)有代表性,其級(jí)配應(yīng)能充分代表擬用到路面施工的集料狀況。取樣時(shí),應(yīng)在料堆的不同部位(上、中、下)分別取樣,各由均勻分布的不同部位,取得大致相等的若干份組成一份試樣。若在加工場(chǎng)從破碎機(jī)上直接取樣,應(yīng)等破碎機(jī)加工較長(zhǎng)一段時(shí)間、產(chǎn)量及運(yùn)行等狀況較為穩(wěn)定時(shí)從機(jī)口接料(注意將機(jī)口出料全部接住)。取樣量通常為試驗(yàn)所需量的4倍左右。若取樣無代表性,則后續(xù)工作將不再有意義。

在確定取樣有代表性的前提下,應(yīng)認(rèn)真完成室內(nèi)集料的篩分試驗(yàn),準(zhǔn)確測(cè)定各種集料的實(shí)際級(jí)配情況。每種集料的篩分結(jié)果直接決定該集料在配合比設(shè)計(jì)中的用量。在篩分時(shí),嚴(yán)格按試驗(yàn)規(guī)程操作。先將試樣拌勻用四分法取得略多于試驗(yàn)所需用的量(不同粒徑所需的試驗(yàn)量不同),準(zhǔn)確稱取一定質(zhì)量的集料,逐份過篩,篩分時(shí)不同粒徑顆粒要篩分干凈并注意盡量減少篩分過程中的損失。對(duì)細(xì)集料(0～3mm)篩分,一定要采用水洗法,準(zhǔn)確測(cè)定其級(jí)配情況,尤其是2.36mm、0.075mm通過率,這個(gè)篩孔也是我們合成級(jí)配中的控制篩孔,尤為關(guān)鍵。只有保證篩分結(jié)果的真實(shí)與準(zhǔn)確,才能合成最有代表性的級(jí)配曲線。由不同規(guī)格集料的篩分結(jié)果確定各集料用量應(yīng)進(jìn)行反復(fù)的調(diào)試,使混合料的級(jí)配曲線接近規(guī)范級(jí)配范圍中值,并應(yīng)接近一條順滑的“S”型曲線,其中特別注意0.075mm、2.36 mm、4.75mm篩孔通過率接近級(jí)配中值。

1.2 集料密度檢測(cè)應(yīng)精確

在目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)中,有一個(gè)非常關(guān)鍵的指標(biāo):理論最大相對(duì)密度。它直接決定了后續(xù)試驗(yàn)中控制指標(biāo)空隙率。目前我們最常采用計(jì)算法來確定理論最大相對(duì)密度,即通過確定的集料比例、集料密度及瀝青用量等根據(jù)公式計(jì)算。因此可見集料密度直接影響理論最大相對(duì)密度計(jì)算值的精確性,影響空隙率指標(biāo),所以準(zhǔn)確測(cè)定集料的密度至關(guān)重要。

在測(cè)定集料密度時(shí),首先要選定合適的檢測(cè)方法,即根據(jù)瀝青混合料密度的檢測(cè)方法來確定集料密度的檢測(cè)方法,宜采用與瀝青混合料同一種相對(duì)密度。如瀝青混合料密度采用表干法測(cè)定時(shí),粗集料應(yīng)采用毛體積相對(duì)密度,細(xì)集料和礦粉應(yīng)采用表觀相對(duì)密度。

在測(cè)定粗集料密度時(shí),應(yīng)對(duì)不同規(guī)格的集料分別測(cè)定,不得混雜。所取的每一份試樣應(yīng)基本保持原有的級(jí)配,不同粒徑試樣的取樣試驗(yàn)質(zhì)量應(yīng)滿足規(guī)范要求。在測(cè)定過程中,應(yīng)控制水溫在15～25℃范圍。若測(cè)定粗集料的毛體積相對(duì)密度,則一定要控制好集料的表干質(zhì)量,毛巾不能過干或過濕,擦集料時(shí)不能太用力,既要擦干集料表面自由水又不能吸出其內(nèi)部水。不同人所做的集料表干質(zhì)量都可能不同。集料表干質(zhì)量直接影響其密度和吸水率。在測(cè)定細(xì)集料密度時(shí),首先取樣要有代表性,稱量要準(zhǔn)確。在裝料進(jìn)容量瓶(或比重瓶)時(shí)不要損失試樣;另外,在恒溫狀態(tài)下靜置24h(有條件時(shí),可在恒溫箱里靜放),會(huì)減小試驗(yàn)的平行誤差。規(guī)范對(duì)密度檢測(cè)的精度有明確要求,如毛體積相對(duì)密度兩次結(jié)果相差不得超過0.02g/cm3。在整個(gè)試驗(yàn)過程中,只要操作仔細(xì)認(rèn)真,其結(jié)果偏差不會(huì)超過0.01g/cm3。

集料的檢測(cè)項(xiàng)目還有許多,如:細(xì)長(zhǎng)扁平顆粒含量、軟石含量、小于0.075mm顆粒含量等,它們?cè)谝欢ǔ潭壬弦矔?huì)影響瀝青砼的目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)。但這些工作我們?cè)诹显催x定時(shí)便開始控制。關(guān)鍵是集料的級(jí)配和密度測(cè)定,它們直接影響目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)的級(jí)配設(shè)計(jì)和最佳瀝青用量的確定。如果這兩項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果既有代表性又精確,那么我們的目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)便完成了近一半的工作。

2 室內(nèi)馬歇爾試驗(yàn)階段

2.1 單個(gè)試件備料要準(zhǔn)確

完成了原材料的各項(xiàng)指標(biāo)檢測(cè)和礦料的級(jí)配設(shè)計(jì),接下來的工作便是室內(nèi)馬歇爾試驗(yàn)。在室內(nèi)模擬現(xiàn)場(chǎng)施工用小型瀝青砼拌和機(jī)拌和瀝青混合料,用馬氏擊實(shí)儀成型試件,然后由不同油石比的各組試件所測(cè)得的各項(xiàng)指標(biāo)繪制指標(biāo)曲線,用計(jì)算法初步確定最佳瀝青用量。

馬歇爾試驗(yàn)工作的第一步便是備料,即準(zhǔn)備成型試件的混合料。(不加瀝青,由確定的礦料配合比計(jì)算出每個(gè)試件所需的幾種礦料質(zhì)量,分別稱取,然后混合)。為了保證試驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)、有效,減少變異性,我們通常一種瀝青用量成型6個(gè)試件,每個(gè)試件單獨(dú)成型。因此試驗(yàn)者在備料時(shí),務(wù)必使所備的每個(gè)試件的混合料能充分代表設(shè)計(jì)級(jí)配。其中最關(guān)鍵的就是在稱取一種礦料時(shí)要避免礦料的離析(尤其是粗集料),所稱取的礦料應(yīng)有代表性。如一個(gè)試件由五種規(guī)格的礦料組成,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,在稱料時(shí),盡量使380g的集料保持原來的級(jí)配,即該集料中不同粒徑的顆粒比例不要有大的改變。在稱細(xì)集料時(shí),要確保小于0.075mm顆粒和原來相比不要有大的改變。另外,在備料時(shí)要認(rèn)真核對(duì)每個(gè)試件每種礦料的用量,避免出現(xiàn)失誤。做到以上的兩點(diǎn),便為下一步工作提供了有力保障。

2.2 成型試件時(shí)嚴(yán)格控制溫度

瀝青是感溫性材料,溫度對(duì)瀝青混合料的影響非常大,不同溫度下成型的瀝青混合料試件其各項(xiàng)指標(biāo)偏差較大。因此,試驗(yàn)者在成型試件時(shí),一定要嚴(yán)格控制溫度。

首先是原材料的溫度,有條件的試驗(yàn)室,可通過測(cè)定瀝青的粘度來確定瀝青的加熱溫度,無條件時(shí),可根據(jù)規(guī)范選用。集料的加熱溫度比瀝青高出10～20℃,拌和鍋的溫度也要事先按規(guī)范要求設(shè)定加熱。

其次是混合料的擊實(shí)溫度,我們?cè)诔尚驮嚰r(shí),應(yīng)盡量控制每個(gè)試件的擊實(shí)溫度一致(和路面施工時(shí)的初壓溫度相一致)。因?yàn)樵诎杌旌狭蠒r(shí)拌和鍋鍋底和鍋壁的溫度通常有偏差,而且若連續(xù)拌和的時(shí)間長(zhǎng)了,拌和鍋的溫度會(huì)比設(shè)計(jì)值偏高,導(dǎo)致每份混合料出鍋溫度有偏差。比較好的做法是混合料拌和好以后,放在預(yù)先恒溫的烘箱里(設(shè)定溫度為擊實(shí)溫度)恒溫一段時(shí)間(常為1h左右),每份料里插一溫度計(jì)以便檢測(cè),然后再成型。這樣便有效地減少因溫度不同而使試件指標(biāo)產(chǎn)生變異性。另外,同一組試件在裝模時(shí)最好由一個(gè)人裝料,避免操作過程產(chǎn)生的誤差。

2.3 較好控制成型試件的高度

規(guī)范對(duì)試件的高度有嚴(yán)格的規(guī)定:63.5±1.3mm,超過此規(guī)定試件便作廢。通過我們多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),試件高度為下限即 62.2～63.0左右與試件高度為上限 64.0～64.8mm左右,試件的結(jié)果偏差較大,表現(xiàn)在試件的密度和空隙率上。高度走下限的試件比高度走上限試件的密度通常大0.02～0.06g/cm3不等,空隙率小0.1%～0.3%左右。其他指標(biāo)如穩(wěn)定度、流值等也有不同程度的影響。

因此我們?cè)诔尚驮嚰r(shí),應(yīng)控制好試件的高度,盡量取中值。較好的做法是:首先通過試驗(yàn)后成型的試件,確定不同油石比試件的質(zhì)量,控制好備料及擊實(shí)溫度一致,以便能較好地控制好試件的高度。

在試驗(yàn)室內(nèi)成型試件的過程中,若能較好地做到以上三個(gè)方面,那么馬氏試驗(yàn)的結(jié)果便能得到較好的保障,通常情況下,隨著瀝青用量的增大(減小),試件的各項(xiàng)指標(biāo)會(huì)有規(guī)律的發(fā)生變化,這樣我們便可進(jìn)行下一步工作,初步計(jì)算最佳瀝青用量。

3 確定最佳瀝青用量

3.1 認(rèn)真繪制各指標(biāo)曲線

有了不同油石比的馬氏試驗(yàn)結(jié)果,我們便可人工或計(jì)算機(jī)繪制各指標(biāo)曲線,曲線的繪制受人為因素較大,同樣的指標(biāo)不同的人繪制,最終確定的瀝青用量都可能會(huì)不同,因此我們?cè)诶L制指標(biāo)曲線時(shí),盡量客觀地遵循各指標(biāo)曲線的實(shí)際走向,從而確定密度最大值對(duì)應(yīng)的瀝青用量a1,穩(wěn)定度最大值對(duì)應(yīng)的瀝青用量a2,孔隙率中值對(duì)應(yīng)的瀝青用量a3,計(jì)算三者平均值OAC1,同時(shí)求出各項(xiàng)指標(biāo)符合瀝青混合料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的瀝青用量范圍OACmin和OACmax最后計(jì)算OAC1和OAC2平均值OAC。

3.2 綜合選定目標(biāo)配合比的最佳油石比

通過指標(biāo)曲線,初步計(jì)算得到最佳瀝青用量。但我們?cè)谧罱K確定瀝青用量時(shí),應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件、公路等級(jí)、實(shí)際交通量情況及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)等來確定目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)的最佳瀝青用量。如:在炎熱地區(qū)公路及車輛渠化交通的高速公路、一級(jí)公路,預(yù)計(jì)有可能產(chǎn)生較大車轍時(shí),可在OAC2與下限OACmin范圍內(nèi)決定,但不宜小于OAC2的0.5%,通常比試驗(yàn)得到的減小0.1%～0.3%,在寒區(qū)公路及其他等級(jí)公路,最佳瀝青用量可以在OAC2與上限OAC2范圍內(nèi)決定,但不宜大于OAC2的0.3%,最佳瀝青用量初步確定后,還必須進(jìn)行水穩(wěn)定性(48h殘留穩(wěn)定度)檢測(cè)及動(dòng)穩(wěn)定度(車轍試驗(yàn))檢測(cè)。有時(shí)會(huì)出現(xiàn)一種情況OAC1不在OACmax和OACmin之間,這樣的話我們便要重新調(diào)整礦料級(jí)配,再次進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。

4 結(jié)束語(yǔ)

目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)確定了最佳瀝青用量,還需進(jìn)行生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)并進(jìn)行生產(chǎn)配合比驗(yàn)證。只有3個(gè)階段都通過,才能最后確定施工中施用的最佳礦料級(jí)配及瀝青用量。在此不再贅述。

[1] 徐培華,王安玲.公路工程混合料配合比設(shè)計(jì)與試驗(yàn)技術(shù)手冊(cè)[M].北京:人民交通出版社,2001.

[2] J TJ058-2000公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程[S].北京:人民交通出版社,2000.

[3] J TJ052-2000公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程[S].北京:人民交通出版社,2000.

責(zé)任編輯:文 月

U416.217

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1671-8275(2010)03-0038-02

2009-06-19

錢元鵬(1974-),男,安徽巢湖人,安徽省高速公路總公司工程師。研究方向:路橋施工與管理。