沥青混合料配合比设计三阶段
各种沥青混合料设计方法的比较
各种沥青混合料设计方法的比较目前，国内外路面设计者对沥青混合料配合比设计方法的研究很多，纵观世界各国，现行用于沥青混合料配合比设计的方法主要有：马歇尔方法、维姆方法、Superpave方法、GTM方法以及贝雷法等，但其中又以马歇尔法运用得最为广泛。
我国《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）规定，沥青混合料配合比设计采用马歇尔方法；同时规定，当采用其他方法设计沥青混合料配合比时，应按规范规定进行马歇尔试验及各项配合比检验，并报告不同设计方法的试验结果。
不同混合料设计方法都有各自的特点，本文主要介绍几种主要设计方法的原理，并和马歇尔设计方法进行比较分析。
1马歇尔设计方法原理与设计步骤1.1设计原理马歇尔法是由美国密西西比州公路局的Bruce Marshell提出，在第二次世界大战期间开始使用，后来美国陆军工程兵团对其进行了改进和完善。
马歇尔设计法的基本原理是体积设计法，即在分析研究沥青混合料性能时，以沥青结合料与集料成分的体积比例作为计算依据，最终要达到的主要指标也是体积指标，如空隙率VV、矿料间隙率VMA、沥青饱和度VFA等。
通过沥青混合料组成材料的不同体积比例的组合，经过沥青混合料的拌和、试件的击实成型，最后测定试件的体积参数，从而确定沥青混合料各组成材料的比例。
1.2设计步骤沥青混合料配合比马歇尔设计方法分为目标配合比设计、生产配合比设计、生产配合比验证三个阶段。
三个阶段的设计原理是一致的，即按照体积法进行设计。
其最完整的设计步骤是在目标配合比设计阶段，设计过程如下。
①原材料试验。
即所有组成材料的物理、化学、力学性能试验，以确定其是否满足使用要求，从而确定其是否合格。
②确定混合料的组成级配。
按照要求的级配与所提供的各级集料的筛分，选好各级集料的比例，使混合料矿料的级配满足要求。
③成型试件。
根据经验估算沥青的最佳用量，以估算的最佳沥青用量为中值，以0.5%为步长，分别成型5个不同油石比：（估算最佳沥青用量-1.0%）、（估算最佳沥青用量-0.5%）、估算最佳沥青用量、（估算最佳沥青用量+0.5%）、（估算最佳沥青用量+1.0%）试件。
关于沥青混合料配合比设计三阶段符合性探讨
我 国温差范 围较大 ，应对沥青路面病 害的措施有很 多，比如沥青 采用改性沥青 、矿料级配采用间断级配 （ 如Ｓ Ｍ Ａ）、 添加外加剂等 。 不管采用何种材料 ，在配合 比设计时都必须考虑沥青混合料 三阶段 的 符合性 。因为在 目标配合 阶段所使用 的原材料是和生产的时候所用 的 样而且必须一样 ，否则不能保障工程质量 ，
下 限差 值 宜小 于 １ ２ ％。
目标配合 比设计 ，主要是在室内完成 ，是混合料配合 比设计的基 础阶段。主要包括原材料试验 、矿料级配设计 、 确定最佳沥青用量 ， 明确ｊ者间的关 系。
１ ． １ 原 材料 试验
④合成级配范围曲线应接 近连续 的或合理的间断级配 ， 不应 ． 确保 高温抗车辙能力 ，并同时兼顾低温抗裂性能的需要。配合 比设计时宜适当减少公称最大粒径附近的粗集料的用量 ，减＇ ３ ＂ ， ０ ． ６ ｍ ｍ 以 下部分细粉的用量，使 中等粒径集料较多，形成ｓ 型级配曲线，并取中 等或偏高 的设计空隙率。 ③ 根据公路等级和施工设备的控制水平 ， 最终确定 的工程设计级 配范 围应比规范规定的级配范围窄。其中４ ． ７ ５ ／ ｎ ｌ ｎ 和２ ． ３ ６ ｍ ｍ Ｊ ￣ 过率 的上
保 证施 工 质 量 ，节 约 成本 。 ２ ． ２生 产配 合 比调 整— — 间歇 式拌 和楼 生产 配合 比调 整
（ １ ） 矿料配合 比组成设计方法 比较多 ， 有 图解法 、 数解法和正规 方程法等。无论采用那种方法计算得 到的配合 比，均应要求合成级配 在设计要求 的级配范围内 ；若不在级配要求 范围内，应重新进行调配 使合成级配 曲线在设计范围 内； 若 采取多次调整也不能在级配范围内 时，应检查原材料是否缺档料 （ 即某集料是间断级配 ），考虑换料。 （ ２ ） 合成级配优化 合成级配往往不完全在设计的级配范围内 ，或在要求 的级配范 围 内但级配 曲线不顺滑 ，因此要对合成级配进行优化 。 优化调整原则如下 ： （ 以Ａ Ｃ 型混合料为例 ） ①确定采用ｃ 型或Ｆ 型 。对夏季气温高、高 温持续时间长 、重载交 通多 的路段 ， 宜选用Ｆ 型密级配沥青混合料 ，并取较高 的设计空 隙率 ； 对冬季气温低 、低温持续时间长 、重载交通少 的路段 ，宜选用Ｃ 型密级 配沥青混合料 。
沥青混凝土配合比优化设计
沥青混凝土配合比优化设计摘要：随着公路建设的快速发展，有关部门制定了新的《公路沥青路面施工技术规范》，完善了沥青混合料配合比设计方法，本文根据新《规范》的要求，提出了沥青混合料配合比的优化设计，分别从三个方面进行：目标设计、生产设计和生产验证，分析了矿料间隙率对沥青混合料性能的影响规律，针对不同情况的空隙率和稳定度，提出了相应的调整方法，并通过马歇尔实验，来加以检验。
关键词：沥青混合料配合比马歇尔试验生产配合比一、前言近年来，沥青混凝土路面应用越来越广泛，沥青混凝土配合比直接影响路面的质量，关系到路面的使用寿命。
同时，还关系到行车舒适性和安全性。
保证路面的质量，从施工的全过程加以控制管理，尤其对沥青混凝土配合比足够重视、认真对待、精心研究、优化设计，最终达到经济、科学、可行、便于施工。
如何进行沥青混凝土配合比优化设计是道路技术人员亟待解决的难题。
二、沥青混合料配合比优化设计《沥青混合料配合规范》规定采用三个阶段进行沥青混合料的配比设计，这三个阶段分别是：目标配合比设计；生产配合比设计和生产配合比的验证。
该配比方法可以使配比过程程序化、深入化，有助于设计结果更符合生产需求，充分指导施工过程。
(一)目标配合比设计目标配合比设计是整个过程的开始，结合施工文件要求，选择相应的材料，计算矿料级配比，选择最佳状态的配合比。
在计算过程中，通常使试配结果尽量靠近级配范围的中间值，根据《规范》中推荐的，结合实践经验固定一个最佳沥青含量的范围，设计出不同油石比的配置的5到6组材料试件，每组间隔是0.5%，然后分别进行马歇尔稳定度、空隙率、试件密度、流值、沥青最佳沥青用量oac，然后再按最佳沥青用量oac制件，做水稳定性检验和高温稳定性检验。
最后，判定实验结果，如果达不到设计文件要求则另选材料、调整配合比或者采用其他方法继续做试验，直到符合要求，确定理想的目标配合比。
在目标配合比设计过程中，必须重视两个重要指标：混合料空隙率和稳定度。
沥青混合料配合比设计
生产配合比设计时（生产配合比如何取料），取样
至少应在干拌5次以后进行。
▪ （三）矿料配比设计
▪
矿料配合比设计建议借助电子计算机的电子表
格用试配法进行。
▪ 对主干道、高速公路和一级公路，宜在工程设 计级配范围内计算1～3组粗细不同的配比，绘制设 计级配曲线，分别位于工程设计级配范围的上方、 中值及下方。设计合成级配不得有太多的锯齿形交 错，且在0.3mm～0.6mm 范围内不出现“驼峰”。 当反复调整不能满意时，宜更换材料设计。
饱 和 度
(%)
(%)
规范要 求
70~85%
油石比 a4无法确定
（2）确定最佳沥青用量OAC1
①从上述图上找出毛体积密度最大值对应沥青用量 a1、稳定度最大值对应沥青用量a2、
目标空隙率（或中值）对应沥青用量a3、沥青 饱和度范围内的中值对应沥青用量a4
a1=5.9%； a2=5.28%； a3=5.32%； a4无法确定 （2）计算OAC1=（ a1 +a2+ a3+ a4 ）／4
交通多的路段，宜选用粗型密级配沥青混合料
（AC—C型），并取较高的设计空隙率。对冬季温
度低、且低温持续时间长的地区，或者重载交通
较少的路段，宜选用细型密级配沥青混合料
（AC—F型），并取较低的设计空隙率。
▪ （2） 为确保高温抗车辙能力配合比设计时宜适 当减少公称最大粒径附近的粗集料用量，减少 0.6mm以下部分细粉的用量，使中等粒径集料较多， 形成S型级配曲线，并取中等或偏高的设计空隙率。
（4）最佳沥青用量OAC=（OAC1+OAC2）／2 OAC=（OAC1+OAC2）／2 = 5.54%
（五）目标配合比设计检验
5、沥青混合料配合比设计要点
张宜洛
本章主要内容
一．沥青混合料的发展 二．混合料设计方法概述 三．矿料级配 四．沥青混合料设计程序 五．混合料关键指标
第一节 沥青混合料的发展
一、国际沥青混合料的三个里程碑：
40年代提出的马歇尔试验法，长期的技术标准和试
验方法
60 年代，美国 AASHTO 试验路的铺筑和研究；沥青路
大于自由沥青，越靠近矿料表面其粘结强度越高。
·碱性矿料单位面积上吸附的沥青多于酸性矿料。
图2 矿料与沥青的关系
②化学吸附
·沥青与矿料表面产生化学反应，形成新生物（化
学键）—粘结牢固、不溶于水。 ·化学吸附仅触及被吸附物质的一层分子。 ·矿料表面的化学性质是形成化学吸附的关键。 ③选择性吸附（吸收）
三、矿料级配
一、级配设计原则
① 粗集料形成稳定的骨架； ② 提供沥青的填充空间； ③ 使各种性能得到理想的平衡； ④ 减少离析 ⑤ 不产生碾压推拥
二、级配理论
级配设计思路：
＜0.6mm过多，则不稳定 0.15～2.36mm过低，则VV大，低温性能差。
最大筛孔附近平缓，则粗集料相对较细，表面均匀，易于修整 （中间档次集料增多）
旋转压实仪原理
承受压力和剪切力
150毫米的试模，集料尺寸可以到37.5毫米
Ram pressure 600 kPa
1.25o
旋转压实仪参数示意图
四、沥青混合料的结构
（1）结构的概念
结构特点： 矿料的大小及不同粒径的分布； 颗粒的相互位置； 沥青分布特征和矿物颗粒上沥青层的性质； 空隙量及其分布； 闭合空隙量与连通空隙量的比值等。 结构是材料单一结构和相互联系结构的概念的 总和。其中包括：沥青结构、矿料骨架结构及沥青 —矿粉分散系统结构等。
沥青砼配合比设计
19.0~9.5 16.0~9.5 9.5~4.75
9.5~4.75 4.75~2.36 100.0 90~100 10~30 9.5~4.75 4.75~2.36 100.0 90~100 4.75~2.36 100.0
0~15 0~5 2.36以下 <0.075 90~100 0~15 0~3
沥青
不好
合料的水稳定性、高温稳定性、抗
疲劳性能都会降低
磨光值
针片状
细集料
上面层和中面层宜采用机制砂，下面层沥青混合料可采用天然砂代替 项 目 单位 技术指标 部分机制砂，但天然砂用量不应超过集料总量的 8%。机制砂或天然砂应 含泥量（小于的含量） % ≤1 洁净、干燥、无风化、无杂物，且有适当的颗粒级配，同时要求与沥青有 良好的粘附能力。 坚固性（＞部分） % ≤12 机制砂采用10~30mm的石灰岩碎石在制砂机加工，严禁采用石屑加 视密度 t/m ≥2.5 工机制砂。 砂当量 % ≥60 细集料的技术要求见表3和表4。
3
塑性指数 含水量 加热安定性 ＜ 粒度范围 ＜ ＜
% % % % %
＜4 ≤1.0 实测记录 100 90~100 75~100
填料
相关指标对混合料的影响：
细度 随着矿粉细度的增大， 1 2 3 4 亲水系数
流值增大，空隙率减
小，动稳定度增大， 稳定度先增大后减小。
影响混合料的水稳定性
塑性指数 指数大的降低混合料强度
沥青砼配合比设计
中铁X局X公司XXX项目工地试验室 谢钊
目录页
Contents Page
原材料的选取
目标配合比设计阶段 生产配合比设计阶段 生产配合比设计验证
1
原材料的选取
沥青混合料配比设计说明书
相同
4
OAC=( OAC1 + OAC2 )/2
OAC=( OAC1 + OAC2 )/2
5
求 OAC 对应的 VV、VMA，VMA 是
否满足指标要求最小值的要求，
OAC 应位于 VMA 凹形曲线最小值
的贫油一侧
相同
沥青混合料配合比验证
1抗高温性--车辙试验（T 0719） MPa条件下进行车辙试验的动稳定度. 2抗低温性--弯曲试验（T 0715）
AC-20 中粒式
AC-16
100 90-100 78-90 68-80 58-70 40-50 28-38 20-29 15-22 10-17 6-13 4-8 100 90-100 80-90 66-78 46-58 34-44 22-32 16-24 11-19 7-14 4-8
AC-13 细粒式
我国新旧规范对密级配沥青混合料马歇尔配合比设计体积指标计算
上的差异
指标
试件相对密
度 混合料理论 最大相对密
度
理论最大相 对密度采用
计算法
JTG F40-2004
表干法或蜡封法
普通沥青：真空法 改性沥青：计算法
ti
100 si bi
se
b
JTJ 032-94
水中重法 表干法或蜡封法
说明
真空法或计算法均可
中粒式 ≤120ml/min ≤120ml/min
增加了粗集料AC-25 ≤150ml/min（由于车辙标准试件厚度与 粗粒式沥青混合料最大公称粒径不匹配，故对粗粒式沥青 混合料渗水系数仅供参考。）
SMA类： SMA-13 ≤80ml/min ≤85ml/min
4渗水检验—渗水试验（T 073）
沥青混凝土配合比
近年来，沥青路面在公路面中占居主导地位。
随着我国国民经济的迅速发展，公路交通量越来越大，轴载迅速增长，车速不断提高，沥青路面发生的质量问题也越来越多，有的前修后坏，有的使用周期达不到设计年限。
这给沥青路面的使用品质提出了愈来愈高的要求，而影响沥青面层使用性能的重要因素是混合料的级配组成。
本文对沥青混合料配合比设计作一探讨。
1 、级配类型的选择选择合适的沥青混合料级配类型是确保沥青凝土路面面层质量的前提。
沥青混凝土面层的设计一般依据《公路沥青路面施工技术规范》（JTJ032—94）(以下简称《规范》)《公路沥青路面设计规范》（JTJ014—97）和《公路工程集试验规程》（JTJ058—2000）。
我国现行规范规定，上面层沥青混合料的最大粒径不宜超过该层厚的1／2，中面层沥青混合料的集料最大粒径不宜超过该层厚的2／3；沥青路面结构层混合料的集料最大公称尺寸不宜超过该层厚的1／3，对于粗的混合料，这个比例还应减小。
由此分析，厚度一定的沥青面层，若按《公路沥青路面施工技术规范》最低要求选择级配类型，则沥青混合料集料的粒径普遍偏大，何况还有0～5%的颗粒超过最大粒径，这样势必对沥青混凝土路面的施工带来难以解决的施工难度，如摊铺机的熨平板易拉动大粒径的骨料，尤其比最大粒径大0～5%的超粒径骨料。
若采用细料弥补，易破坏沥青混凝土混合料的级配，使局部部位的面层压实度难以控制，或使沥青混凝土面层空隙率偏大，渗水严重等。
濮阳市的沥青路面结构多年来一直采用的是4cm+3cm的厚度组合模式，这种组合模式对沥青混合料类型的选择有很大的局限性。
4cm的下面层最大粒径一般不超过25mm，3cm上面层最大粒径一般不宜超过15mm；根据近年来濮阳地区路面所用材料的情况，经调查、试验、分析、比较可知，下面层的选择余地较宽，多采用AG-201级配类型。
而上面层混合料型的选择非常困难。
3cm厚的上面层，按照《沥青路面施工技术规范》的规定，选择AC-10I型较合适，AC-10I型公称最大粒径为13.2mm。
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沥青混合料配合比设计
沥青混合料配合比设计包括目标配合比设计、生产配合比设计和生产配合比验证三个阶段。
第一阶段——目标配比设计阶段：目的是确定已有矿料的配合比,并通过试验确定最佳沥青用量；
第二阶段——生产配比设计阶段：目地是确定各热料仓矿料进入拌和室的比例.并检验确定最佳沥青用量；
第三阶段——生产配比验证阶段：目的是为随后的正式生产提供经验和数据。
1、目标配合比
目标配合比设计基本上是在试验室内完成的，是混合料组成设计的基础性工作，包括原材料试验、混合料组成设计试验和验证试验，在此基础上提出的配合比例称为目标配合比。
具体设计步骤：
（1）混合料类型与级配范围的确定
（2）原材料的选择与确定
（3）矿料级配选用
（4）进行马歇尔试验
（6）路用性能检验
（5）最佳沥青用量确定
2、生产配合比
生产配合比调整要结合拌和楼进行，目前生产中使用的拌和楼有两种类型，一类是连续式拌和楼，对于连续式拌和楼生产配合比调整只要调整到冷料仓的流量满足目标配合比要求，就可以加热拌料了，不需要进行生产配合比设计；另一类是间歇式拌和楼，要对集料进行加热、筛分，而后在各热料仓称重、回配，回配的比例，就是生产配合比。
由于各热料仓矿料的配合比例，与目标配合比各矿料的配合比例会有所不同，就需要通过试验确定各热料仓矿料的配合比例，现场称二次级配。
生产配合比调整的目的是在目标配合比的基础上，通过调整各冷料仓的流量使之符合设计合成级配要求，对间歇式拌和楼则还要确定出各热料仓矿料的配合比例。
具体设计步骤：
（1）冷料仓流量的调整
（2）确定各热料仓矿料配合比例
（3）确定沥青用量
3、生产配合比验证
目标配合比是在试验室完成的，生产配合比虽然启动了拌和楼，但没有正式拌料，生产标准配合比设计阶段需要正式拌料，并铺筑试验路。
同时对配合比作进一步的调整，并最终将配合比确定下来，作为生产控制和质量检验的依据，此配合比称为生产标准配合比。
生产标准配合比是主要解决两方面的问题：确定拌和温度和进行混合料材料、性能分析。