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如何优化沥青砼配合比，节约工程成本

发表时间：2020/12/29 来源：《基层建设》2020年第24期作者：薛世禄

[导读] 摘要：沥青混凝土配合比合理与否直接影响路面性能及工程成本控制。

        中国葛洲坝集团第一工程有限公司湖北宜昌 443002
        摘要：沥青混凝土配合比合理与否直接影响路面性能及工程成本控制。下面以“枣潜高速公路”合同段为例分析总结如何通过优化沥青配合比来降低工程成本。
        关键词：沥青砼配合比、优化、降低成本
        1、沥青混凝土酡合比设计的相关因素
        1．1空隙率
        沥青配合比设计中一个主要设计参数是空隙率，密集配沥青混合
        料的空隙为2%~4%时可以有效避免水损害，但其作为表面层则抗滑性能差、安全性不好。抗滑表层、Ⅱ型沥青混凝土空隙率大易造成水分侵入沥青混合料内孔隙，造成沥青局部剥落，路面易产生坑槽、松散等水损害现象。
        沥青路面铺筑后的老化主要是空气水分进入结构内造成老化，经研究只要空隙率在5%以下，铺筑后就可有效防止沥青老化。
        1.2沥青与矿料的粘附性
        沥青与矿料的粘附性能直接影响沥青混凝土的水稳性，在沥青中添加抗剥离剂等表面活性剂及在矿粉中添加消石灰可增加沥青矿料粘附性。
        1.3沥青含量
        沥青含量主要影响混凝土的压实密度及抗疲劳性能，沥青用量越多，抗疲劳性能越好，但用量超过一定用量将造成混合料内沥青饱和度太大，自由沥青多，沥青路面高温稳定性降低，易产生车辙和泛油。沥青混凝土的沥青用量和孔隙率两个最重要的控制指标，两者间关系密切。沥青混凝土的孔隙主要由沥青和矿粉两种材料来填充，两种材料的用量差别直接影响到沥青混凝土的性能。
        1.4抗滑性能
        近年来，出于高速行车的安全性考虑，抗滑性能越来越受重视，目前的普通类型沥青混合料只能靠提高空隙率、采用开级配料、使用高磨光值石料等办法来提高抗滑能力，抗滑表层的大空隙率会使其水稳性不好。因此抗滑表层的设计趋势是采用改性沥青、在矿粉中添加20%的消石灰或用石灰浆处理石料。
        1.5地区特性
        沥青混凝土路面除了要求平整、抗滑、噪声小等使用性能外，还要求其本身的高温稳定性、低温抗裂性、抗水损害性、耐久性等内在性质能够适应本地区的地理、气候条件特点。因此，各地区在沥青路面设计中要根据本地区特点选择不同的沥青混凝土类型。沥青混凝土路面的配合比的优化必须在充分了解沥青混合料的各项性能和相互间关系的基础上，根据项目所在地区的地理、气候特点进行。
        2、配合比优化设计措施
        在施工准备和配合比设计方面，枣潜试验室重点从以下两方面入手，对沥青混凝土配合比设计进行优化。
        2.1调查材料供应调整级配曲线
        枣潜高速公路所用的碎石规格相对稳定，但供应数量因总工程量很大而易出现供料不平衡，造成施工后期缺料。所以配合比优化在满足技术规范要求的基础上，也要考虑各种料的大体供应比例，为以后施工带来方便。
        结合以往施工经验，试验室在所有的沥青混凝土级配设计中，对各种规格材料掺配比例进行调整，粗集料与细集料少用，中间集料多用，调整后的合成级配基本呈“S”型。设计出的路面经施工后，混合料较均匀，抗滑性能好。
        2.2减少沥青用量
        试验室专题讨论沥青配合比的体积设计法，进行系统分析。一致认为，优化要从两个方面入手：碎石用量与沥青的用量。碎石材料的单价为综合价140元/方，上面层所用的改性沥青的市场价为3700元/吨，是普通交通基质沥青的1.6倍。由于材料的设计级配已定，各种材料比例可调范围较小，因此优化配合比从碎石方面节约十分有限，而且材料使用量受料场生产碎石数量影响较大。根据工程院沙庆林博士的沥青混凝土路面性能理论，沥青混合料的温缩系数与沥青用量成正比，沥青用量越大沥青路面的温缩系数越大。在恶劣的气候条件作用下，更加会引起路面开裂现象发生。上面层改性沥青单价很高，节约沥青有可观的效益，优化配合比的重点放在减少沥青含量上。
        3、优化配合比具体实施
        业主审批了该项目试验室的上面层沥青的目标配合比，各种材料统一供应，目标配合比见表-1：
        表-1

实施过程中料场已基本没有2.36~4.75mm此种料，必须以0~2.36mm料代替。做配合比设计时，项目部已根据料场情况，考虑代用配合比，提前对料源调整有了准备措施。沥青混凝土级配设计中，对各种规格材料掺配比例进行调整，将调整后的合成级配基本呈“s”型级配。此级配已接近美国superpave级配，试验结果如表-2所示：
表-2

        此试验结果表明：此级配增强了沥青混凝土的高温稳定性、马歇尔稳定度，提高了混合料的抗车辙能力、抗滑性能，其它各项指标均满足了技术规范要求。因粗集料用量偏少，有效地抑制了摊铺离析现象的发生。
        试验室在沥青混凝土配合比设计时，将矿粉的用量由要求的7，5%降低到6.0%，沥青用量按接近下限控制，下调0.2%即沥青含量为5.1%。沥青含量影响的主要技术指标有：饱和度、试件密度。因降低沥青用量会造成试件密度低，从而饱和度低于规范要求。因此，如何保证沥青含量低限时的密度及饱和度将是优化配合比的关键。
        为此，试验室在通常的沥青生产配合比设计步骤中加入了不同的
        击实温度一项工作，以保证击实试件的密度，从而保证了饱和度。根据各种资料表明，通常改性沥青混合料的击实温度为155℃-165℃，该试验室将其中一组温度比通常的高限提高5℃，试验结果（表-2）表明该调整是成功的。由此，配合比的优化设计已完成。
        4 根据设计原则进行施工控制
        4.1 控制目标
        配合比从理论上解决了沥青混凝土的拌和、摊铺、碾压问题，但还要在施工实践中加以运用。
        为防止泛油，车辙现象发生，该试验室在沥青混凝土施工控制中，将矿粉的用量由要求的7.5%降低到6.0%，沥青用量按接近下限控制，下调0.2%，即沥青含量为5.1%。根据规范要求，按照目标配合比调节各冷料仓的出料口的流量，测定供料级配、供料数量，以满足目标配合比设计，使各热料仓材料供需大致均衡。以此指导施工，提高生产效率。并结合热料仓的实际供料，反复进行比例调整，经实测试拌，确定最终生产配合比。
        由于体积设计法上面层的沥青含量是由160℃时击实试件的空隙率确定的，因此上报的配合比的沥青含量为5.3%，但从表2得出的结果，在实际生产中可将沥青含量控制在5.1%，但是出料温度要提高到180℃-190℃，混合料碾压时的温度才能保证在160℃-170℃左右，将不会造成质量下降的问题。
        4.2保证措施
        因规范要求的沥青拌和楼沥青含量波动下限要控制在5.0%，为保证沥青含量符合规范要求及保证配合比设计的施工工艺，我们采取了以下保证措施：
        4.2.1 沥青拌和楼经省计量监督局标定，准备专用砝码，每周标定骨料秤及沥青秤。
        4.2.2 试验室加强抽检力度，每天抽检两次，及时报告沥青含量情况。沥青拌和楼设专人监控出料温度，前场设专人测量料车温度。
        4.2.3 现场技术员通过外观及时向后场反馈。
        5 优化控制结果
        枣潜高速公路通过优化配合比、施工控制等措施，沥青中、下面层节约沥青800多吨，上面层节约改性沥青300余吨，降低施工成本300多万元。
        结论
        在满足技术规范要求的各项指标的前提下，通过优化沥青混凝土配合比，可从材料上大大节约工程施工成本，创造效益。
        主要参考文献：
        [1] 沈金安等编著沥青路面配方比例人民交通出版社 2010.4
        [2] 沈金安等编著沥青路面技术参数人民交通出版社 2010.4
        [3] 李彦伟著温拌沥青路面施工技术中国建筑工业出版社 2011.8
        [4] 规划设计院主编公路沥青路面设计规范人民交通出版社 2006.12
        [5] 郭忠印，李立寒主编沥青路面施工技术人民交通出版社 2003