浅析武汉市东西湖区东吴大道沥青混合料的组成与设计

作者：郑晓敏         

     针对沥青混凝土路面的病害问题，国内外专业人士进行了大量的研究，表明城市道路许多破坏是由中下面层破坏引起的，且沥青混合料从配合比设计到施工都是重要环节。因此，研究沥青混凝土配合比设计，找出合理的设计方法，制定切实可行的检验和验收指标，对保证沥青路面的质量是非常重要的。

  我国规范规定沥青混合料配合比设计采用马歇尔配合比设计方法。但是，马歇尔试验方法在试件成型和控制指标方面都与路面的实际情况有很大差异。国内外长期的工程实践表明，在一般情况下，可以直接采用马歇尔试验方法进行沥青混合料配合比设计。但是，如果路面建设和使用条件较差，特别是对沥青混合料的强度和高温稳定性要求较高，就需要采用GTM方法来优化沥青混合料的组成。

1  工程概况

  武汉市东吴大道工程项目位于武汉市东西湖区，沿线河沟、水塘密布，地表水发育，多淤泥质土，气候炎热多雨。因为平行且靠近107国道，在107国道通行高峰期，能够分流部分车辆，包括一些大型、重载车。这就对路面结构层的强度和稳定性提出了更高的要求。下面，根据本项目的气候条件和材料状况，对沥青混合料AC-25进行目标配合比设计研究，并对沥青混合料进行路面性能评价。

2原材料性质分析

  东吴大道下面层采用AC-25型沥青混合料。各原材料产地为：武汉蔡甸区产石灰岩粗、细集料及矿粉；沥青为AH-70石油沥青。

2.1沥青

  对沥青按《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)（以下简称《规范》）要求进行了规定项目的试验检测。检测结果表明该沥青样品符合70号A级沥青技术要求。

2.2矿料

  沥青混合料中的矿料包括粗集料、细集料和矿粉。粗集料采用10～25，10～20，5～10，3～5mm石灰岩，细集料采用0～3 mm石灰岩，矿粉为石灰岩矿粉。通过试验，粗集料、细集料、矿粉所检项目均符合《规范》关于高速公路及一级公路沥青混合料用矿料质量技术要求。

3  AC-25型沥青混合料配合比设计

3.1  矿料级配的确定

  依据《规范》关于AC-25型沥青混合料矿料级配范围要求及国内相关单位对AC-25级配的优化设计研究成果，矿料级配曲线见图1。

3.2  油石比的确定

  因为对沥青混凝土路面的强度和高温稳定性要求较高，所以，AC-25型沥青混合料配合比设计采用GTM方法。试件成型条件为：垂直压力0.8M Pa，拌和温度160℃，成型温度140～145℃，控制方式为极限平衡状态。选择油石比3. 5%，3. 8%，4.1%，4.4%，按上述条件成型GTM试件。按T0705 -2011（表干法）测定试件毛体积相对密度，根据沥青浸渍法实测合成级配矿料混合料的有效相对密度并计算沥青混合料最大理论相对密度。GTM试件体积参数及马歇尔试验结果见表2，GTM试验参数随油石比的变化曲线见图2。其中沥青混合料试件的矿料间隙率VMA依据《规范》，采用矿料混合料的合成毛体积相对密度计算。

  由图2可见，判定沥青混合料这种粒状塑性材料是否会出现塑性变形过大现象的指标GSI（稳定系数）随油石比的增加而增加，当油石比大于3. 8%后，GSI大幅度增大，曲线已呈急剧增加趋势，表明混合料中的沥青已过量，试件的塑性变形过大；从反映沥青混合料抗剪强度方面的参数GSF（安全系数）随油石比的变化情况来看，油石比等于3. 8%时，GSF值最大，而当油石比大于3. 8%时，随油石比的增加，GSF值减小。综合考虑GTM试验结果并参考体积参数的大小及其变化趋势，将AC-25型沥青混合料最佳油石比确定为3. 8%。考虑到该工程所处的地区气候特点、公路渠化交通的特点以及便于施工控制，此沥青混合料的油石比范围为3.6%～4.0%。

  目标配合比设计结果（质量比：集料：矿粉）为：10～25 mm:10～20 mm:5～10 mm:3～

5 mm：0～3 mm：矿粉=16.0：29.0：16.0：7.0：27.0：5.0。最佳油石比为3.8%。3.3GTM试件密度与马歇尔试件密度的对应关系

  因为工地无GTM生产配合比设计条件，所以按“密度等值”方法确定试件的标准密度。即GTM试件密度一双面击实75次的马歇尔试件密度×修正系数。对比试验结果及修正系数见表4。

3.4  AC-25型沥青混合料性能检验

  水稳定性试验结果：残留稳定度93.3%；冻融残留强度比82. 3%。车辙试验结果：平均动稳定度为3 531(次／mm)；变异系数为7.4／%。试验温度为60℃，轮压0.7 M Pa。渗水试验结果：渗水系数为28 m L／min。

  检验结果表明，采用GTM法设计的AC-25型沥青混合料在最佳油石比下各项性能均满足《规范》的技术要求。

4结语

质量可靠的沥青混凝土路面，不但要有优质的基层、较好的原材料、科学的施工工艺、严格的施工控制，沥青混合料配合比设计也是质量控制中的一个重要环节。沥青混合料在具备一定的承载能力的同时，还必须具有良好的抵抗自然因素作用的耐久性，即要能表现出足够的高温环境下的稳定性，低温状态下的抗裂性、良好的水稳性、持久的抗老化性和利于安全的抗滑性等诸多技术特点，以保证沥青路面的良好使用性能。武汉市东西湖区东吴大道沥青混合料配合比设计，采用GTM法对沥青混合料组成进行优化，较好地满足了沥青混合料下面层的各项性能要求。

5摘要根据武汉市东吴大道路面材料及气候状况，就沥青混凝土下面层提出了原材料和混合料设计的各项技术指标，介绍了改进型AC-25沥青混合料下面层设计的过程，包括级配选择、最佳用油量确定以及相关验证试验。试验结果表明，优化后的沥青混合料满足下面层性能要求。