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【摘要】本文针对公路工程沥青混合料配比设计，以我国规范中的马歇尔配比设计法以及美国Superpave沥青混合料配比设计法为例，详细介绍了两种设计方法的试验技术以及路用性能验证试验，可以为沥青混合料配比设计的实施提供合理的技术参考。
【关键词】沥青混合料；配比设计；马歇尔；Superpave；
引言
沥青混合料配比设计作为公路工程沥青路面施工的首要环节，也是沥青路面路用性能的先决条件，对于沥青路面的使用性能以及耐久性能都有着直接的决定性作用。近年来，随着我国高等级公路沥青路面施工建设项目的不断增加，对于沥青路面的承载能力、使用寿命以及行车舒适性也提出了更高的要求，在这种形势下，就必须以优化沥青混合料的配比设计作为基础，提高沥青路面的各项性能，控制沥青路面的车辙、开裂、水损坏等早期病害问题的发生，延长沥青路面使用寿命，确保公路沥青路面的行车舒适安全。
一、马歇尔配比设计试验技术
马歇尔设计方法是纳入我国沥青路面设计规范的设计方法，也是我国公路工程沥青混合料配比设计的基本方法，其配比设计试验内容主要包括以下几方面：
（一）原材料试验
（1）沥青材料。对于沥青材料，主要是通过针入度试验、软化点试验、粘度试验、离析试验以及老化试验等几项试验，确保沥青胶结料基本性能满足技术规范中的相关要求。
（2）集料。粗集料的试验技术指标要求主要包括压碎值、磨耗损失、扁平颗粒含量、坚固性、软石含量、<0.075mm颗粒含量等指标；细集料的试验技术指标要求则主要包括坚固性、砂当量、含泥量等指标内容。
（3）矿粉。对于矿粉的性能试验，重点是确保矿粉的表观密度、含水量、亲水系数、粒度范围、塑性指数等技术要求满足施工规范中的相关规定。
（二）公路工程沥青混合料级配设计
对于公路工程沥青混合料级配的确定，应该根据我国现行的沥青路面施工技术规范中的级配范围进行初步选择，并根据项目所在区域的实际情况综合确定。现阶段在我国公路工程沥青路面施工中应用较多的沥青混合料类型（密级配与SMA）级配设计范围如下表所示：
（此处表格转至文章末尾）
（三）最佳油石比确定
确定沥青混合料的最佳油石比是马歇尔配比设计中最为关键的环节，主要是通过马歇尔试验来完成，具体的内容主要有以下几方面：
（1）马歇尔试验。即根据沥青混合料的级配曲线以及根据工程经验初步确定的几组油石比，双面击实75次，成型标准马歇尔试件。试件成型后待冷却至室温以后脱模，分别试验测定不同油石比条件下沥青混合料的毛体积相对密度、空隙率VV、沥青饱和度VFA以及矿料间隙率VMA等技术指标。同时测定不同沥青混合料对应的马歇尔稳定度及流值等力学技术指标。
（2）最佳沥青用量的确定。将上述试验测得的各项技术指标进行筛选，初步确定符合技术规范范围内的沥青用量范围OACmin-OACmax；之后选择对应于密度最大值、稳定度最大值、空隙率与沥青饱和度中值的沥青用量的平均值作为OAC1，对应于各项指标均符合技术标准的沥青用量范围OACmin-OACmax的中值作为OAC2。则最佳沥青用量OAC=（OAC1十OAC2）/2。
（3）最佳沥青用量的调整。对于确定的最佳沥青用量，还应该根据项目的公路等级、所处区域的气候条件、交通状况等进一步的调整。例如，对于炎热地区、高速公路以及一级公路等公路类型的重载路段，应当在空隙率满足要求范围内在最佳沥青用量的技术上降低0.1%-0.5%；对于寒区公路、旅游公路等则应当在最佳沥青用量基础上增加0.1%-0.3%，以提高行车舒适行。
二、Superpave沥青混合料配比设计法
Superpave沥青混合料配比设计法是美国SHRP计划研究成果，这种沥青混合料设计方法是基于沥青混合料路面服务性能的设计方法，更加突出于提高路面的服务功能，具体的设计试验内容如下所示：
（一）原材料性能试验要求
（1）沥青材料。对于Superpave沥青混合料配比设计中沥青的质量要求，一般需要按照项目所在区域的气候条件，确定沥青材料的高温性能与低温性能等级，即PG分级，根据分级选择沥青材料，同时还需要采用旋转薄膜RTFO或者是TFO进行沥青材料的短期老化模拟，采用PAV进行长期老化性能的模拟。
（2）集料。在粗集料的选择上，Superpave设计方法更加强调要求粗集料需要具有较好的棱角性，以保证集料能够具有较强的内摩阻力，提高沥青混合料的抗车辙性能。其他相关技术指标则与马歇尔设计中的相关要求一致。
（二）混合料的级配设计
对于Superpave设计法中混合料的级配设计，设置了控制点与限制区对级配控制，控制点要求级配设计中级配不能超过所在控制点的大小范围，限制区则是在最大密度线两侧区域，要求级配设计曲线不能通过的区域，认为通过限制区后容易影响沥青混合料的抗永久变性能力。
（三）级配的试拌评价
在Superpave设计法中，首先应该根据工程实践经验，初步估算沥青用量，并采用旋转压实仪成型试件，成型试件的标准尺寸为150mm×115mm。同时按照旋转压实次数规范中根据交通量水平的不同确定初始压实次数、设计压实次数以及最大压实次数等技术参数，压实成型试件后确定试拌合成级配的空隙率、矿料间隙率、%Gmm@Ni（对应压实次数下的最大理论相对密度百分率）等参数。
（四）最佳沥青用量的确定
在确定混合料的试拌级配以后，则根据AASHTO中的经验公式预估Superpave的沥青用量，之后按照确定的几组不同沥青用量再次通过旋转压实成型试件，并绘制不同沥青用量下的平均压实度曲线，汇总混合料试件的压实数据以及各自的体积特性，选择孔隙率、矿料间隙率、沥青饱和度、粉胶比以及%Gmm@Ni满足要求的沥青用量作为最佳沥青用量。之后，进行最大压实次数的验证，确保最大压实次数下试件的压实度不超过98%，以免后期出现较早的永久变形，同时保证耐久性的合格。
三、沥青混合料性能试验验证
按照我国公路沥青路面设计规范中的相关规定，对于沥青混合料路用性能的试验验证主要包括高温稳定性、水稳定性以及低温抗裂性的验证。
（1）高温稳定性的试验验证。高温稳定性主要是为了确保沥青混合料具有较好的抗永久变形能力，在外部荷载的持续作用下，不会出现严重的变形破坏。对于沥青混合料高温稳定性能的试验验证，主要有车辙试验、单轴高温蠕变试验、Superpave设计过程中的最大旋转压实次数下的空隙率等相关试验验证方法。其中应用最多的主要是车辙试验，其具体技术要求如下表所示：
（2）水稳定性能试验验证。水稳定性主要是为了提高沥青混合料的水稳定性。对于沥青混合料水稳定性的评估主要分为两个阶段，第一个阶段主要是评估沥青与集料之间的粘附性，主要是以水煮法与水浸法评估。在第二阶段的评估主要是通过浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验进行评估，其具体的技术指标要求如下表所示：
（3）低温抗裂性能试验验证。对沥青混合料进行低温抗裂性能试验验证，主要是为了评价沥青混合料的低温抗开裂能力，避免由于低温条件下混合料内部由于收缩应力出现开裂。评价的试验方法较多，例如低温弯曲蠕变试验、SHRP中的低温性能J-积分试验、混合料低温压缩试验以及低温弯曲试验等，其中应用最多的主要是以低温弯曲试验来评价，其具体技术指标要求如下表所示：
结语
不同的沥青混合料配比设计方法对于原材料、级配设计以及路用性能的验证也有着不同的要求，在公路工程沥青混合料的配比设计过程中，技术人员应但根据具体的配比设计方法，合理制定配比设计试验方案，以体积指标、力学性能指标以及路用性能指标控制作为关键，提高沥青混合料的配比设计质量，为提高公路工程沥青路面施工质量提供良好的基础。
参考文献
[1]冯雄辉，王捷.应用 Superpave 与马歇尔方法进行沥青混合料设计的比较分析[J].公路工程， 2011， 36（1）： 66-69.
[2]中华人民共和国交通运输部.交通运输"十二五"发展规划 www.moc.gov.cn， 2011-04-26.
沥青混合料矿料级配范围
级配类型
【关键词】沥青混合料；配比设计；马歇尔；Superpave；
引言
沥青混合料配比设计作为公路工程沥青路面施工的首要环节，也是沥青路面路用性能的先决条件，对于沥青路面的使用性能以及耐久性能都有着直接的决定性作用。近年来，随着我国高等级公路沥青路面施工建设项目的不断增加，对于沥青路面的承载能力、使用寿命以及行车舒适性也提出了更高的要求，在这种形势下，就必须以优化沥青混合料的配比设计作为基础，提高沥青路面的各项性能，控制沥青路面的车辙、开裂、水损坏等早期病害问题的发生，延长沥青路面使用寿命，确保公路沥青路面的行车舒适安全。
一、马歇尔配比设计试验技术
马歇尔设计方法是纳入我国沥青路面设计规范的设计方法，也是我国公路工程沥青混合料配比设计的基本方法，其配比设计试验内容主要包括以下几方面：
（一）原材料试验
（1）沥青材料。对于沥青材料，主要是通过针入度试验、软化点试验、粘度试验、离析试验以及老化试验等几项试验，确保沥青胶结料基本性能满足技术规范中的相关要求。
（2）集料。粗集料的试验技术指标要求主要包括压碎值、磨耗损失、扁平颗粒含量、坚固性、软石含量、<0.075mm颗粒含量等指标；细集料的试验技术指标要求则主要包括坚固性、砂当量、含泥量等指标内容。
（3）矿粉。对于矿粉的性能试验，重点是确保矿粉的表观密度、含水量、亲水系数、粒度范围、塑性指数等技术要求满足施工规范中的相关规定。
（二）公路工程沥青混合料级配设计
对于公路工程沥青混合料级配的确定，应该根据我国现行的沥青路面施工技术规范中的级配范围进行初步选择，并根据项目所在区域的实际情况综合确定。现阶段在我国公路工程沥青路面施工中应用较多的沥青混合料类型（密级配与SMA）级配设计范围如下表所示：
（此处表格转至文章末尾）
（三）最佳油石比确定
确定沥青混合料的最佳油石比是马歇尔配比设计中最为关键的环节，主要是通过马歇尔试验来完成，具体的内容主要有以下几方面：
（1）马歇尔试验。即根据沥青混合料的级配曲线以及根据工程经验初步确定的几组油石比，双面击实75次，成型标准马歇尔试件。试件成型后待冷却至室温以后脱模，分别试验测定不同油石比条件下沥青混合料的毛体积相对密度、空隙率VV、沥青饱和度VFA以及矿料间隙率VMA等技术指标。同时测定不同沥青混合料对应的马歇尔稳定度及流值等力学技术指标。
（2）最佳沥青用量的确定。将上述试验测得的各项技术指标进行筛选，初步确定符合技术规范范围内的沥青用量范围OACmin-OACmax；之后选择对应于密度最大值、稳定度最大值、空隙率与沥青饱和度中值的沥青用量的平均值作为OAC1，对应于各项指标均符合技术标准的沥青用量范围OACmin-OACmax的中值作为OAC2。则最佳沥青用量OAC=（OAC1十OAC2）/2。
（3）最佳沥青用量的调整。对于确定的最佳沥青用量，还应该根据项目的公路等级、所处区域的气候条件、交通状况等进一步的调整。例如，对于炎热地区、高速公路以及一级公路等公路类型的重载路段，应当在空隙率满足要求范围内在最佳沥青用量的技术上降低0.1%-0.5%；对于寒区公路、旅游公路等则应当在最佳沥青用量基础上增加0.1%-0.3%，以提高行车舒适行。
二、Superpave沥青混合料配比设计法
Superpave沥青混合料配比设计法是美国SHRP计划研究成果，这种沥青混合料设计方法是基于沥青混合料路面服务性能的设计方法，更加突出于提高路面的服务功能，具体的设计试验内容如下所示：
（一）原材料性能试验要求
（1）沥青材料。对于Superpave沥青混合料配比设计中沥青的质量要求，一般需要按照项目所在区域的气候条件，确定沥青材料的高温性能与低温性能等级，即PG分级，根据分级选择沥青材料，同时还需要采用旋转薄膜RTFO或者是TFO进行沥青材料的短期老化模拟，采用PAV进行长期老化性能的模拟。
（2）集料。在粗集料的选择上，Superpave设计方法更加强调要求粗集料需要具有较好的棱角性，以保证集料能够具有较强的内摩阻力，提高沥青混合料的抗车辙性能。其他相关技术指标则与马歇尔设计中的相关要求一致。
（二）混合料的级配设计
对于Superpave设计法中混合料的级配设计，设置了控制点与限制区对级配控制，控制点要求级配设计中级配不能超过所在控制点的大小范围，限制区则是在最大密度线两侧区域，要求级配设计曲线不能通过的区域，认为通过限制区后容易影响沥青混合料的抗永久变性能力。
（三）级配的试拌评价
在Superpave设计法中，首先应该根据工程实践经验，初步估算沥青用量，并采用旋转压实仪成型试件，成型试件的标准尺寸为150mm×115mm。同时按照旋转压实次数规范中根据交通量水平的不同确定初始压实次数、设计压实次数以及最大压实次数等技术参数，压实成型试件后确定试拌合成级配的空隙率、矿料间隙率、%Gmm@Ni（对应压实次数下的最大理论相对密度百分率）等参数。
（四）最佳沥青用量的确定
在确定混合料的试拌级配以后，则根据AASHTO中的经验公式预估Superpave的沥青用量，之后按照确定的几组不同沥青用量再次通过旋转压实成型试件，并绘制不同沥青用量下的平均压实度曲线，汇总混合料试件的压实数据以及各自的体积特性，选择孔隙率、矿料间隙率、沥青饱和度、粉胶比以及%Gmm@Ni满足要求的沥青用量作为最佳沥青用量。之后，进行最大压实次数的验证，确保最大压实次数下试件的压实度不超过98%，以免后期出现较早的永久变形，同时保证耐久性的合格。
三、沥青混合料性能试验验证
按照我国公路沥青路面设计规范中的相关规定，对于沥青混合料路用性能的试验验证主要包括高温稳定性、水稳定性以及低温抗裂性的验证。
（1）高温稳定性的试验验证。高温稳定性主要是为了确保沥青混合料具有较好的抗永久变形能力，在外部荷载的持续作用下，不会出现严重的变形破坏。对于沥青混合料高温稳定性能的试验验证，主要有车辙试验、单轴高温蠕变试验、Superpave设计过程中的最大旋转压实次数下的空隙率等相关试验验证方法。其中应用最多的主要是车辙试验，其具体技术要求如下表所示：
（2）水稳定性能试验验证。水稳定性主要是为了提高沥青混合料的水稳定性。对于沥青混合料水稳定性的评估主要分为两个阶段，第一个阶段主要是评估沥青与集料之间的粘附性，主要是以水煮法与水浸法评估。在第二阶段的评估主要是通过浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验进行评估，其具体的技术指标要求如下表所示：
（3）低温抗裂性能试验验证。对沥青混合料进行低温抗裂性能试验验证，主要是为了评价沥青混合料的低温抗开裂能力，避免由于低温条件下混合料内部由于收缩应力出现开裂。评价的试验方法较多，例如低温弯曲蠕变试验、SHRP中的低温性能J-积分试验、混合料低温压缩试验以及低温弯曲试验等，其中应用最多的主要是以低温弯曲试验来评价，其具体技术指标要求如下表所示：
结语
不同的沥青混合料配比设计方法对于原材料、级配设计以及路用性能的验证也有着不同的要求，在公路工程沥青混合料的配比设计过程中，技术人员应但根据具体的配比设计方法，合理制定配比设计试验方案，以体积指标、力学性能指标以及路用性能指标控制作为关键，提高沥青混合料的配比设计质量，为提高公路工程沥青路面施工质量提供良好的基础。
参考文献
[1]冯雄辉，王捷.应用 Superpave 与马歇尔方法进行沥青混合料设计的比较分析[J].公路工程， 2011， 36（1）： 66-69.
[2]中华人民共和国交通运输部.交通运输"十二五"发展规划 www.moc.gov.cn， 2011-04-26.
沥青混合料矿料级配范围
级配类型