关键词：沥青砼混合料、矿料组成、马歇尔试验
中图分类号：S611文献标识码：A
前言：近年来，随着我国国民经济的高速发展，我国交通运输业特别是公路运输业显现出突飞猛进的态势，我国高等级公路的通车总里程不断增加。沥青混凝土路面由于它平整性好，行车平稳舒适，噪音低，许多国家在建设高等级公路时都优先采用。而半刚性基层具有强度大，稳定性好及刚度大等特点，被广泛用于修建高等级公路沥青路面的基层或底基层。
一、浅谈沥青混合料组成设计理论
1.原材料在混合料中的作用及对混合料的影响
1.1沥青结合料
沥青材料按其获得方式可分为天然沥青、石油沥青和焦油沥青三大类，其中石油沥青是应用最多的一类，且道路建筑用沥青大多为石油沥青，故通常称这部分沥青为道路石油沥青。
1.2集料
长期以来，由于多方面原因，很多公路建设者往往对沥青混合料中沥青结合料的性能特别观注，而常常忽略了集料的性能。在典型的热拌沥青混合料中，集料约占94%，集料的性能对混合料的性能参数影响是显著的。比如集料的颗粒形状、棱角与表面纹理、针片状颗粒含量、硬度、抗磨耗性、耐候性和
集料在沥青混合料中主要起着骨架和填充的作用，包括粗集料、细集料和填料。粗集料是指经加工(轧碎、筛分)而成的粒径大于2.36mm的碎石、破碎砾石、筛选砾石、矿渣等，细集料是指天然形成或经加工(轧碎、筛分)而成的粒径小于2.36mm的天然砂、机制砂(或称人工砂)及石屑，而填料(俗称矿粉)则是指粒径小于0.075mm的矿物质粉末，可以是轧石和筛分物得到的石粉，也可以是沥青拌合厂干燥筒抽出的粉料。不同粒径的集料在沥青混合料中所起的作用各不相同。
粗集料的作用主要是通过集料颗粒的嵌挤作用提供稳定性以及通过其摩擦作用抵抗位移。一般适当增加混合料中粗集料用量可提高其高温稳定性和抗车辙能力，并增强沥青路面强度。同时，为了提高集料与沥青的粘附性及混合料的低温抗裂性，应尽可能采用100%轧制碎石集料。
细集料主要是起增加混合料颗粒间的锁紧作用，并减少粗集料间的孔隙，从而增强了混合料的稳定性。
2.沥青混合料设计理论
2.1浅谈沥青砼混合料组成设计理论
沥青砼混合料组成理论。沥青砼混合料在路面结构中产生破坏的情况，主要是发生在高温时由于抗剪强度不足或塑性变形过剩而产生推移、车辙、泛油等现象，低温时抗拉强度不足或变形能力较差而产生裂缝现象，以及沥青砼混合料配合比选用不当，空隙率过大而产生的路面结构渗水，在大量快速行车的作用下，反复作用的动水压力（孔隙水压力）使沥青从碎石表面剥落下来，造成沥青砼混合料路面坑洞、网裂、唧浆等破坏现象。
为了防止沥青混合料路面产生高温剪切破坏，我国柔性路面设计方法中，对沥青路面抗剪强度验算要求在沥青混合料路面面层破裂面上可能产生的剪应力τα应不大于沥青砼混合料的许用剪应力τR即τα≤τR。而沥青砼混合料的许用剪应力τR取决于沥青砼混合料的抗剪强度τ，沥青砼混合料的抗剪强度τ可通过三轴试验方法应用莫尔―库仑包络线按下式求得：
τ=C+σtgφ=f(C.σ.φ)
式中：τ―沥青混合料的抗剪强度（MPa）
σ―正应力（MPa）
C―沥青混合料的粘结力（MPa）
φ―沥青混合料的内摩擦角（rad）
从式中可知沥青砼混合料的抗剪强度和沥青砼混合料的粘结力及内摩擦角有关，和施工过程的碾压力（压实度）有关。所以沥青的品种（包括改性沥青）和矿料之间油膜厚度（沥青用量）及抗剥落剂的研究是解决如何提高沥青砼混合料粘结力C及高温稳定性的问题，沥青砼混合料矿料级配及密度的研究是解决如何提高沥青砼混合料内摩察角φ和抗渗水性问题，沥青砼混合料中掺加纤维类的研究是解决如何提高低温抗拉强度的问题。
2.2沥青砼混合料矿料级配原理浅析
（1）研究沥青混合料绝对空隙率VV就是解决沥青混合料路面渗水和路面泛油问题。通过大量数据证明沥青混合料的绝对空隙率小于7%就不渗水。但是沥青混合料绝对空隙率太小也会导致沥青混合料的热稳性下降和路面泛油，因为当高温季节随着温度的增高，沥青混合料的温度升高，沥青膨胀，如果没有一定的空隙，沥青就只能往上走而引起泛油。所以绝对空隙率最小值要满足沥青受热膨胀的要求，一般最小空隙率大于2%就能满足沥青受热膨胀的要求。
（2）混合料矿料级配变化和内摩擦角的关系。从理论上讲，粗集料的间隙率被小一级的集料填充，小一级的集料又被更小一级的集料填充，直至最小的矿料为止是最理想的级配，这时的内摩擦角φ接近最大，粘结力C也接近最大，抗渗性能也好。如果粗集料的间隙不能被小一级的集料完全填充，这就形成了骨架空隙结构,这种结构内摩察角φ最大，但粘结力C小，抗渗透性差。另一种结构就是悬浮式密集沥青混合料结构，即前级集料之间留出比次级集料稍大的空隙供次级集料排布，随着细集料比例的增大，内摩擦角φ减小。
3.确定最佳沥青用量（或油石比）
在以前我国采用日本的方法，即以全部满足规范要求的沥青用量范围中值为最佳沥青用量。按此方法能共同满足要求的沥青用量范围很窄，基本上只有空隙率一个指标。它与现在美国由空隙率决定最佳沥青用量一样，不过只要在设计范围内就行，不一定是4%。在《公路沥青路面施工技术规范》JTJ032―94中考虑空隙率不容易准确测定，参照了当时欧美许多国家的办法，把马歇尔稳定度、密度的影响考虑进来了，实际上是马歇尔试验加经验的方法。美国MS-2马歇尔法确定沥青最佳用量也是一个综合平衡的方法。1994年第六版后改变为以设计空隙率范围的中值作为初始沥青用量，检验其他各项指标是否都符合设计要求。如果符合，即作为沥青最佳用量；如果不能全部符合设计要求时，则找出全部符合设计范围内的中值，以此作为最佳沥青用量OAC。对两种方法进行了折中。在2000年美国热拌沥青混合料施工手册中，仍采用MS-2的方法。在《公路沥青路面施工技术规范》JTGF40―2004规范中，综合考虑了各个方面，对确定最佳沥青用量规定一个宽松的方法，强调必须特别重视当地的成功经验，在实用上有非常重要的意义。
二、沥青砼混合料组成设计
1.确定沥青混合料类型
根据道路等级、路面类型、所处的结构层位及设计要求，按规范及经验统计资料选定沥青混合料的类型及厚度，确定矿料最大粒径。同时要考虑当地气候、地质、交通状况等因素的影响；借鉴同种沥青混合料类型组成设计使用的成功经验。
2.原材料确定及准备
在对同类公路沥青混合料组成设计和使用情况调查研究的基础上，充分借鉴成功的经验，选用符合要求的原材料。按相关试验技术规定的取样方法，取足够数量的具有代表性沥青及矿料试样，按公路沥青路面施工技术规范材料质量的技术要求试验各项性质。
3.矿质混合料组成设计
确定矿质混合料的级配范围。沥青混合料的矿料级配应符合工程设计规定的级配范围。密集配沥青混合料以根据公路、气候及交通条件选择采用粗型或细型混合料。其他类型混合料宜直接以规范要求矿料级配范围作为工程设计级配范围。
矿质混合料组成比例计算。分别筛析组成材料，同时测出各组成材料的相对密度，以此结果计算组成材料配合比。合成的级配曲线宜尽量接近设计级配中限；对于高速公路、一级公路、城市快速路、主干路等交通量大、轴载重的道路，宜偏向级配范围的下限，相反一般道路、中小交通量或人行道路等宜偏向级配范围的上限。
4.确定沥青混合料的最佳沥青用量（或油石比）
沥青混合料的最佳沥青用量，可以通过各种理论计算的方法求得。但是由于实际材料性质的差异，按理论计算得到的最佳沥青用量，仍然要通过试验方法修正，因此理论法只能得到一个供试验参考的数据。采用试验方法确定沥青最佳用量目前最常用的方法有：F.N.维姆煤油当量法和马歇尔法。我国现行国标规定的方法是在马歇尔法和美国沥青学会方法的基础上，结合我国多年研究成果和生产实践总结发展起来更为完善的方法。该法确定沥青最佳用量，首先制备试样，再测定试样的物理、力学指标，最后通过马歇尔试验结果分析决定沥青最佳用量。
根据实践经验、公路等级、气候条件和交通特性调整最佳沥青用量。调查当地各项条件相接近的工程的沥青用量及使用效果，论证适宜的最佳沥青用量。检查计算得到的最佳沥青用量是否相近，如果相差甚远应查明原因，必要时重新调整级配进行配合比设计。对炎热地区公路以及高速公路、一级公路的重载交通路段，山区公路的长大坡度路段，预计有可能产生较大车辙时，宜在空隙率符合要求的范围内将计算的最佳沥青用量减小0.1%～0.5%作为设计沥青用量。
【关键词】沥青混凝土路面施工；病害；防治
1.引言
沥青混凝土路面因其平整度好，行车平稳舒适、噪音低、易维护而在城市道路建设中得到广泛应用。但是，在已建成的城市道路沥青路面中，过早出现裂缝、水破坏、松散、泛油、推移等病害严重影响使用性能的路段也为数不少，这些病害的出现严重影响了行车速度、行车安全，加大了汽车磨损，缩短了沥青路面使用寿命，也越来越引起业内人士的普遍关注。
2.沥青混凝土路面常见病害类型
2.1裂缝。沥青路面建成后，都会产生各种形式的裂缝。初期产生的裂缝对沥青路面的使用性能基本上影响不大，但随着表面雨水的侵入，导致路面强度下降，在大量行车荷载作用下，使沥青路面产生结构性破坏。沥青路面裂缝的形式是多种多样的，裂缝从表现形式可分为横向裂缝、纵向裂缝和网状裂缝三种。
2.2水破坏。沥青路面在存在水分的条件下，经常受到交通荷载和温度涨缩的反复作用，一方面水分逐步入侵到沥青与混合料的界面上，在水动力的作用下，沥青表面的膜逐渐地从混合料表面剥离，进而导致混合料丧失粘结力而发生沥青路面破坏。沥青路面产生水侵害的原因主要有沥青及沥青混合料的性质、基层材料的性质、气候条件、设计和施工、土基和地基层、超载的车辆等等原因。
2.3车辙。车辙变形车辙是在行车载荷重复作用下，路面产生累积永久性的带状凹槽，表现为沿行车带出现横向高差，主要是由于沥青混合料级配设计不合理、稳定性差或由于基层及面层施工时压实度不足，使轮迹带处的面层和基层材料在行车荷载反复作用下出现固结变形和侧向剪切位移引起；另外，重载或超载车辆过多也是产生车辙的重要原因。
2.4松散。青路面松散是直接影响行车安全的路面重要病害，松散可能出现在整个沥青路面表面，也可能在局部区域出现。其产生的主要原因有以下几种：①局部路基和基层的不均匀沉降引起路面遭受破坏；②碎石中含有部分化石颗粒，路面水分入侵后引起沥青分离；③沥青使用时间长后，沥青结合料本身的粘结性能降低，促使面层与车轮接触部分的沥青磨损，造成沥青含量减少，细集料流失。
3.沥青混凝土路面出现病害的原因分析
3.1路面结构设计。设计规范中该的设计车辆荷载于实际车辆荷载不相符，按照规范进行设计的沥青混凝土路面难以承受当前交通运输重车多、超载严重的交通状况。我国高速公路建设现仍出在一个快速发展时期，对高速公路许多方面认识也在逐步加深，一些标准和规范仍停留在多年前的水平就不能满足发展的需要，加上外界因素的影响，甚至出现了所谓“合理的病害”。
3.2材料选择。目前我国各省高速公路建设部门非常注重沥青的选择，大部分选用优质进口沥青，上面层采用改性沥青，但是，有些高速公路建设部门为了确保沥青的质量，在进行招标时将指标值定得过高，以至于有些沥青供应商为了迎合主管部门的需要，在沥青中加入某种成分以提高指标值，严重影响了沥青路面的寿命。除此之外，砂石料质量的参差不齐也造成了高速公路建设质量的下降。
3.3施工配合比的控制。在实际生产中，许多地方多年来形成了一种习惯，那就是严格按照实验室配合比中的骨料用量应用于实际生产。但这种方法生产的混合料往往不到设计要求，有的甚至出现较大偏差，出现了“目标配合比设计”与“生产配合比设计”不相符的情况，其原因就在于骨料的吸水性上。我国现行的沥青混凝土路面设计方法中，集料密度采用的是视密度，而在实际生产过程中，因为自然条件、环境因素的影响，使生产配合比与实验室配合比出入很大。
4.沥青混凝土路面常见病害的防治措施
4.1路面施工前做好勘察工作。对地形复杂地段做好地质调查工作。要特别注意加固地基，防止因地基软弱而出现不均匀沉降，使用合格填料填筑路基，或对填料进行处理后再填筑路基，确保路基有足够的强度和稳定性，以保证路面具有稳定的基础：选用抗冲刷性能好、干缩系数和温缩系数小及抗拉强度高的半刚性材料做基层：选用优质沥青做沥青面层；在稳定度满足要求的前提下，应该选用针入度较大的沥青做沥青面层。
4.2合理设计路面结构。尽可能减薄沥青面层厚度。主要有以下四方面原因，高速公路路面厚度可酌情减薄，控制在9-12cm之内。第一是半刚性基层沥青路面结构的承载能力可由半刚性材料层（基层和底基层）来承担，无需用增厚面层来提高承载能力。第二是提高沥青路面使用性能不是用厚的沥青面层，而是用优质沥青。第三是沥青面层的裂缝不只是反射裂缝，在正常施工情况下，大部分是沥青面层本身的温缩裂缝。第四是一般来说厚的沥青面层易导致车辙的产生。
4.3严格控制沥青混合料的质量。沥青的选用十分关键，要挑选符合规范各项要求的沥青，特别是沥青针入度，延度指标必须严格把关。沥青的选取选用具有良好的高低温性能、抗老化性能、含蜡量低、高粘度的优质国产或进口沥青。在条件许可的情况下，可在沥青中掺加各种类型的改性剂，以提高基性能指标。集料的选用骨料应选用表面粗糙、石质坚硬、耐磨性强、嵌挤作用好、与沥青粘附性能好的集料。如果骨料呈酸性则应添加一业数量的抗剥落剂或石灰粉，确保混合料的抗剥落性能，同时应尽量降低骨料的含水量。
4.4严格控制施工质量。沥青路面施工必须按全面质量管理的要求，建立健全有效的质量保证体系，实行目标管理、工序管理，明确责任，对施工全过程，每道工序的质量要进行严格的检查、控制、评定，以保证其达到质量标准。
选择先进施工工艺和机械设备，制定完善的施工方案，确保压实度达到规范要求，严格按设计要求进行软基处理，提高软基处理的施工质量，严格控制半刚性基层施工碾压时的含水量，混合料的含水量不能超过压实需要的最佳含水量或控制在施工规范容许的范围内；半刚性基层碾压完成后要及时养生，防止其产生裂缝反射到表面层，保护混合料的含水量不受损失；养生结束后，应立即喷洒透层油，并尽快铺筑沥青面层。
在摊铺混合料时，运距不能过远，摊铺温度应控制在130℃～150℃为宜，摊铺厚度均匀，压实设备数量应配套，速度控制在2m/min左右，碾压遍数不能太少，以免混合料孔隙过大；一般不能进行补料，尤其是下面层；基层雨后潮湿未干，不得摊铺，更不得冒雨摊铺；纵向、横向接缝应紧密、平顺，各幅之间重叠的混合料应用人工铲走。
【关键词】沥青路面常见病害防治
一、路面病害出现的原因分析
沥青路面病害出现的原因，我个人认为无外乎下列几个方面。
1.沥青质量问题
由于近几年交通作为国家基础设施重点投资，全国各地二级公路、一级公路、高速公路、城市道路等开工项目很多而建设资金又有限，因此，在道路结构层的厚度设计、材料的采用都本着经济适应的原则，而对交通量的变化，使用年限并没有重点研究，沥青能达到规范要求的厂家不多，而且数量十分有限，不能满足国内建设规模的需要。这就使一部分劣质沥青混入公路建设市场，给路面留下了隐患。
2.透层油、粘层油对路面的影响
为了使沥青路面与路面基层以及沥青砼本身层与层之间具有良好的结合性，洒一定数量的透层油和粘层油是十分必要的，然而，在施工当中透层油一般按1.2kg/m2，由于目前高等级道路大部分采用二灰碎石或水泥稳定级配碎石，渗透性能均比较差，加上局部挤压平整度稍差，经常有透层油窝积现象。
3.气候的影响
近年来，由于温室效应影响全球，在我国也不例外气温普遍提高气候反常，北方气候发生显著变化，冬季气候变暖夏天持续高温时间增长，这种气候条件是否持续下去有待时间的检验，由于气温的提高，而导致沥青软化点的不适宜是否应降低标号，值得考虑。
4.沥青砼配合比设计存在的问题
沥青砼配合比设计按规范要求应经过四个阶段，即目标配合比设计阶段，生产配合比设计阶段，生产配合比验证阶段和试拌试铺阶段，各阶段要达到的目的都有明确的要求。在施工时，有的单位压缩两至三个阶段，有的干脆凭经验进行施工，因此，从理论和实践来讲存在较大的偏差，从而导致沥青砼内在质量存在先天不足，另一方面，由于目前国家现状所致，高速公路工期较短加上标价偏低，碎石料场不规范，大多地材都由个体企业承担，料场分散，设备落后，材料的均质性，稳定性均有较大的差别，虽然大部分单位在开工前都取样做了筛分分析符合要求，在施工过程中也检测并予调整配合比，但由于变化大，差异性大不可能做到十分准确，油石比级配都在变化，这是导致路面出现一些常见病害的原因之一。
5.沥青砼拌合温度的控制
沥青砼拌合温度的控制，从规范角度控制比较严格对石油沥青拌合出厂温度要求在120℃～165℃，而实际上有些施工单位在拌合温度控制方面不是那么严格，时高时低很不稳定，有的沥青砼拉到工地量测将近180℃，而有时不足110℃，温度过高可能导致沥青变质，没有粘性使沥青砼松散，温度过低，沥青混合料拌合不匀，影响级配，这些也是导致沥青路面有时局部松散或其他病害的一个原因。
6.沥青砼的摊铺
沥青砼的摊铺目前国内问题比较大，总的来说走两个极端，一方面，高速公路摊铺要求全断面摊铺设备如ABG或费格勒2000型，另一方面，个别地市交通部门用的还是过去20世纪60至70年代的摊铺设备，面过窄，没有自动找平系统，完全凭经验凭操作人员的感觉进行施工，事实上高速公路有些监理工程师对双向四车道的高速公路要求全断面摊铺，只考虑到了横坡容易掌握和消除了纵向接缝，所带来的弊端却是显而易见的。首先，由于摊铺断面宽，沥青混合料从中间通过铰轮输送到两侧由于距离大必然产生离析，这种离析改变了沥青砼生产配合比。其次，由于烫平板从机心向两侧悬臂较长，随着摊铺次数的增加产生变形，对路面横坡的控制也有较大影响，此外，由于全断面摊铺需要较大拌合能力，当拌合站较小时，容易造成摊铺机时开时停使路面控制。落后摊铺机对路面影响也较大，纵横接缝处理问题也较多，特别是碾压受到限制，不容易控制在规范要求的碾压温度内完成全部碾压工序，沥青砼压实度难以达到。
二、路面病害的根治
沥青路面常见病害的根治应从设计、施工和路面维护三个方面着手，只解决一个方面的问题是不够的。
1.政府行为的不科学性
由于目前我国正处于社会主义初级阶段，由计划经济过渡到市场经济，因此，本来属于企业行为的东西政府也进行干涉，高速公路的修建、规模大、投资多、影响也大。因此，部分省市领导将这些工程建设看成本届政府的业绩或者是为民办几件实事之一，施工工期一再缩短，到了严重违备科学规律办事的程度。不按科学规律办事，有的工程要求一年半甚至一年之内通车，事实上桥梁构造物可以增加人员设备投入，冬雨季也可安排施工抢进度，而路基、路面施工则受到时间和气候的限制，不是简单的增加投入就能解决技术质量问题，特别是不良地质路段，更需要时间稳定路基。我们常见的路面沉陷就是因为路基不均匀沉降所引起的。因此，说要修一条高质量的路政府行为也起到很关键的作用。
2.施工质量控制
(1)优秀的设计，合理的工期是修筑高质量的基础，而科学施工则是高质量的保证。
(2)材料的选配，特别是集料场应固定，选择1家～2家能保证施工进度的厂家供料，使材料级配始终处于受控状态，不能偏离级配中线太远。
(3)沥青的选用十分关键，要挑选符合规范各项要求的沥青，特别是沥青针入度，延度指标必须严格把关，在北方施工由于近些年的气候偏暖，因此，沥青标号宜选择在规定范围内低标号沥青，此外，透层油，粘层油沥青应采用与沥青砼用同一种沥青，特别是油石比的选择应考虑粘层油透层油返油时对其影响。
(4)在沥青混合料配合比设计上要特别重视。除了常规的几组马歇尔试验外，还应增加抗车辙的动稳定度试验，并衡量是否满足规范要求的一个条件，由于我国目前也引进这一指标值，虽然国内有关科研院校在搞这方面的研究，并出了一些成果，而作为施工企业现在采用并不普及，因此，作为交通行业标准，从立法角度来讲，应尽快推广执行。
(5)沥青混合料拌合时间、出厂温度、摊铺温度、碾压成型等温度控制必须严格按规范要求进行，合理安排工期，避开不利天气施工。
三、结束语