周勇 李善强 伍宇 严超
广东华路交通科技有限公司 广东广州 510420
摘要：沥青路面施工过程中应用级配偏差值法可直观的判别沥青混合料离析程度，方法易于掌握且适用于AC-25、AC-20、AC-16型沥青混合料；首次应用空隙率法则监控沥青混合料集料材质变异，效果良好；级配偏差值法、空隙率法则对混合料离析判别结果一致且相互补充，证明两种方法是沥青路面施工质量监控的有力工具；贝雷法摆脱了依靠经验判断混合料是否形成骨架及填充程度的局限性，亦可验证级配是否合理，但采用统一的FAc、FAf值范围判断不同类型、粒径的混合料级配合理性不符合工程实际。
关键词：沥青混合料级配；空隙率法则；贝雷法；级配偏差值；应用研究
0前言
多年的工程实践经验让路面工作者认识到了沥青混合料级配离析对路面性能的影响，许多道路工作者在沥青路面配合比设计、离析指标分析方法等方面做了大量的研究，以期解决施工中混合料的离析问题[1-6]，亦进行了专项的级配离析对沥青混合料体积参数的试验研究，也针对性的研发了测量和评价大粒径沥青混合料级配离析的方法，并引进了国外先进的理念[7-10]。文献[11]给出了沥青路面施工质量动态管理方法，以期望控制混合料级配离析，但实际施工中执行的并不多见。这些研究主要针对配合比、离析对体积参数的影响及离析评价指标进行研究，但在施工过程的质量监控中，采用有效方法分析、评价沥青混合料级配离析却是一片空白，而在施工过程中对沥青混合料级配离析进行定量分析，从而有针对性的采取措施是控制沥青路面施工质量的关键环节。因此本文以广东省在建的某高速公路项目为依托，综合运用空隙率法则、贝雷法及级配偏差值对沥青混合料级配进行了统计分析，以指导、控制沥青路面施工质量，并为沥青路面施工质量监控提供参考。
1混合料级配监控方法应用
1.1级配偏差值法
根据文献4的定义，级配偏差值法指当混合料级配发生离析时，离析混合料级配曲线将偏离标准混合料级配曲线，两条级配曲线之间所包围面积的大小反映了混合料的离析程度，该面积越大，表明级配离析程度越大。2组混合料级配曲线所包围的面积以级配偏差值S表示，分为无离析、轻度离析、中度离析和严重离析四种程度，评定标准分别为：＜10%，10%～20%，20%～35%，＞35%。用公式表示即：
式中： 为离析混合料筛孔j的通过百分率； 为标准混合料筛孔的通过百分率。
以此为标准，则可以在沥青混合料施工过程中，定量的评价混合料的离析程度。以广东省在建的某高速公路项目施工质量监控中采集的上、下面层沥青混合料级配为基础，采用级配偏差值法、空隙率法及贝雷法综合分析混合料级配离析情况。上、下面层混合料级配离析分析参数见表1、表2。
表1 沥青下面层级配监控分析表
级配偏差值法分析表明，下面层混合料S值基本在10%～20%间，普遍存在轻度离析现象，部分施工时段混合料存在中度离析。上面层混合料S值主要存在＜10%，10%～20%两个区间，即混合料级配无离析或轻度离析。在沥青混合料路面施工质量监控过程中，以此方法分析混合料是否离析，比《公路沥青路面施工技术规范》中规定各关键筛孔通过率允许偏范围更直观，更容易让人接受。当然，施工中也必须考虑关键筛孔通过率是否满足施工技术规范要求，综合判断混合料是离析还是不合格。级配偏差值法是针对AC-20型沥青混合料提出来的，从采用本文所述其他方法的分析结果判断，对AC-25、AC-16型沥青混合料同样适用。级配偏差值法判断标准是否能涵盖所有类型混合料，目前还没有明确的研究结果，因此，进一步采取其他方法来分析沥青混合料是否离析。
1.2空隙率法则
空隙率法则[1]是梁锡三教授发现的指导沥青混合料配合比设计的有效方法，使沥青路面工程技术领域长期存在的若干疑难问题得到了正确的解答。可归纳为一种给定级配的混合料的空隙率，在沥青用量不变的条件下，随着其所用集料密度的增大而减小；用密度已知的任意集料，为离开级配中值曲线不同距离的级配曲线设计的混合料，在油石比相同的条件下，混合料的空隙率将随着级配曲线离开级配中值曲线的距离的增大而增大。反过来说，在沥青混凝土施工质量监控过程中，在油石比相同的情况下，根据混合料的离析程度，如混合料离析较大而空隙率较小，则混合料所用集料密度较配合比设计时所用集料密度大，如混合料无离析或者仅轻微离析而混合料空隙率较大，则混合料所用集料密度较小，即在沥青混合料施工过程中，可采用空隙率法则判断集料材质是否发生明显变异。
空隙率法则用于施工质量监控过程中沥青混合料级配离析、材料变异的分析，尚未见于文献，本文属于第一次提出这种观点。以表1、表2中的数据分析，以上、下面层沥青混合料生产配合比油石比、空隙率为基准，应用空隙率法则分析混合料原材料变异情况如图1、图2所示。
图2 沥青上面层混合料原材料变异分析图
以沥青下面层生产配合比混合料油石比、级配及空隙率为基准，即设定其级配离析率为0，对应图1中点（0，4.1），则在油石比皆为4.1%，混合料级配无离析、或轻度离析时，其空隙率皆大于4.8%，说明混合料原材料已经产生了较大的变异，即使用了比生产配合比所用材料密度小的集料，亦即施工过程中更换或者混掺了密度小的集料。同样，混合料中度离析时，其空隙率比基准大，比一部分无离析或轻度离析的混合料空隙率小，说明中度离析的混合料同样更换或混掺了密度小的集料，只是其掺加的量相对要小一些。下面层生产配合比时混合料密度为2.412 g/cm3，而施工过程中混合料密度皆小于2.400 g/cm3，且基本符合密度越小空隙越大这个规律，这证明在施工过程中应用空隙率法则判断材料是否变异是准确的。
以沥青上面层生产配合比混合料油石比、级配及空隙率为基准，即设定其级配离析率为0，对应图2中点（0，4.8），则在油石比皆为4.8%，混合料无离析时，部分混合料空隙率小于设计空隙率，即小于4.8%，部分混合料空隙率大于4.8%，说明空隙率小的混合料所用石料密度比生产配合比所用石料密度大，反之则小。从抽提实验后混合料的颜色来看，空隙率小的混合料中密度较小的石料较少，而空隙率较大的混合料中密度较小的石料较多。上面层生产配合比时混合料密度为2.440g/cm3，空隙率小于4.8%的混合料密度基本都大于2.440 g/cm3，空隙率大于4.8%的混合料密度都小于2.440 g/cm3，同样符合空隙率法则。
沥青上、下面层混合料空隙率法则分析结果表明，空隙率法则能很好的用于沥青路面施工过程中原材料变异情况的检测，即可用于判别沥青混合料是否人为更换或者混掺了非生产配合比时所用的材料，亦可预估其变异程度，是施工质量监控过程中监控材料变异有效手段。同时，也从另一方面验证了用级配偏差值法差别混合料级配是否离析是正确的，可以用于施工过程中质量监控。
1.3贝雷法
贝雷法是一种评价和判断集料级配是否嵌挤的方法，用贝雷法设计的混合料级配特征是粗、细集料的粒径尺寸和用量有较严格的范围和数量限制，粗一级集料形成的空隙决定了细一级集料的用量，形成多级嵌挤密实结构。贝雷法提出的一系列参数直接和VMA、空隙率和压实性能相关，为评价合成级配提供了相应的技术指标[2，6]。各项参数定义如下：
根据公称最大粒径选择贝雷参数范围，AC-25型混合料CA值建议范围为0.4～0.8，AC-16型混合料CA值建议范围为0.55～0.7，FAc、FAf值建议范围统一为0.35～0.50。
下面层级配检测结果表明，在不同的油石比条件下，贝雷参数CA值基本在0.8～1.06之间，大于AC-25型混合料CA值的上限，即粗集料中的细料较多甚至多于粗料，细料增多对混合料级配产生干涉，骨料不能形成骨架结构，而沥青下面层作为承重结构层，如果混合料不能形成骨架结构，则其抵抗高温结构变形即车辙的能力将大大减弱，因此从这个角度来说，沥青下面层集料级配是存在问题的。同时，CA比大于建议范围上限，也容易导致混合料在施工时推移，增加施工碾压难度。
FAc反映了细集料中粗料部分与细料部分的嵌挤情况，下面层混合料集料贝雷参数FAc值基本在0.40～0.50间，处于建议范围之内，这既保证了细集料形成紧密的结构，保证了混合料的空隙率和矿料间隙率，又不至于损失混合料的强度及抵抗变形的能力。细集料中的FAf值用来评价细集料中的细料成分的填充特性，下面层混合料集料贝雷参数FAf值基本在0.55～0.65间，已经大于建议范围的上限，即细料过量的填充了粗料形成的空隙。从下面层混合料的贝雷参数FAc、FAf的分析结果看，沥青混合料细集料形成了紧密的结构且细集料中粗料形成的空隙被过量的填充了，混合料的空隙率应该偏小或至少满足设计要求，路面渗水状况良好。
但是，从工后检测的结果来看，在路面压实度满足设计要求时，沥青下面层路面普通空隙率偏大，路面渗水严重，与用贝雷法分析的情况大相径庭。
上面层沥青混合料级配检测结果表明，在不同油石比条件下，其集料级配贝雷参数CA值基本在0.55～0.70范围内，表明上面层混合料粗集料中粗料部分和细料部分形成了很好的嵌挤结构，骨架结构明显。上面层混合料集料贝雷参数FAc值基本在0.55～0.65间，FAf值基本在0.50～0.60间，按照贝雷参数FAc、FAf建议值推断，沥青上面层混合料空隙率矿料间隙率应该偏小或不满足设计要求，综合CA值分析，在路面压实度满足施工规范要求时，此种混合料铺筑的沥青路面应该有良好的路面密水性，较差的高温稳定性。但从路面质量实测结果看，沥青上面层渗水较严重，路面芯样空隙率偏大，这与采用贝雷法分析的结果相矛盾。
贝雷法已经在美国取得成功的工程应用经验，说明其参数值应用于美国的工程建议是合理的。但从应用贝雷法分析沥青上、下面层混合料的结果看，FAf值的分析结果与路面工后检测的结果相互矛盾，即混合料中细集料的细料部分并没有较好的填充粗料部分，路面渗水较严重，而FAf值却已经超出了建议范围上限，说明FAf值取值范围存在不合理性。因此，FAf值以及FAc值不分混合料类型，统一取值是不合理的，也应该根据混合料类型及公称最大粒径分别取值，如此才能反映实际情况，并更好地指导工程应用。
2 结论
（1）沥青混凝土路面施工质量监控过程中，级配偏差值法能直观的判别出混合料级配是否离析以及离析的程度，容易为工程技术人员所掌握，综合关键筛孔通过率允许偏差要求，可准确有效的监控沥青混合料级配。虽然目前级配偏差值法是针对AC-20型沥青混合料的，但应用于AC-25、AC-16型沥青混合料同样适用。
（2）根据混合料的离析程度，首次应用空隙率法则判别沥青混合料原材料材质是否产生变化及变化程度，可有效监控施工过程中是否人为更换或混掺非生产配合比时所用材料，是加强混合料质量控制的有力手段。
（3）在沥青混凝土施工质量监控过程中，贝雷法量化了沥青混合料是否形成骨架结构及填充程度，摆脱了此前仅依靠经验判断的局限性，同时可判断混合料级配组成是否合理。但采用统一的FAc、FAf值范围判断不同类型、粒径的混合料级配合理性是不符合工程实际的。
（4）级配偏差值法、空隙率法则在沥青混凝土施工质量监控过程中对混合料级配离析判别结果一致，并能相互补充，说明两种方法在质量监控中的应用是准确可行的，为保证沥青混凝土路面质量提供了有效工具。
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作者简介：
周勇（1980-），男，硕士研究生，路桥工程师，主要从事高速公路检测、咨询、科研工作。
论文作者:周勇,李善强,伍宇,严超
论文发表刊物:《基层建设》2015年23期供稿
论文发表时间:2016/3/28
标签：沥青论文; 空隙论文; 面层论文; 偏差论文; 密度论文; 路面论文; 油石论文; 《基层建设》2015年23期供稿论文;