沥青路面的配合比设计探讨
作者：陈爱华
来源：《新农村》2011年第05期
摘 要：笔者对沥青路面的配合比设计进行了比较细致的探讨，对C-ETM 半柔性基层材料从配合比角度进行分析，为C-ETM 半柔性基层材料推广及沥青路面等的应用提供了宝贵的经验。
关键词：C-ETM 配合比设计
长期以来，中国高等级公路沥青路面结构中90％以上采用的是半刚性基层。这是因为半刚性基层具有刚度大、板体性好、抗变形能力强、造价低等优点。但是在大量的使用过程中发现。半刚性基层也存在着难以解决的弊端，其中最为突出的是由温度收缩和干燥收缩引起的沥青面层的反射裂缝。而由水泥、乳化沥青、碎石等材料制备的C —ETM 半柔性基层材料既具备了类似于半刚性材料的高承载性能，又具有类似于热拌沥青混合料的柔性特点。能够有效地减少或延缓半刚性基层中出现的反射裂缝。延长路面的使用寿命。施工采用冷作业，降低了工程成本。
目前，C —ETM 半柔性基层沥青路面在中国应用于城市道路工程的实例不少，有的城市根据道路交通量及区域气候特点，结合半柔性基层沥青路面的相关研究成果以及国内外的相关技术规范。进行了半柔性基层材料配合比及路面结构的设计。
一、设计指标与矿料级配
传统的沥青混合料配合比设计通常将马歇尔稳定度、流值、密度等作为设计指标，以确定最佳沥青用量。而沥青混合料的劈裂强度能够反映破坏时的间接抗拉强度。从沥青与矿料的结合机理分析，当混合料中的沥青含量增加使得矿料逐渐被沥青裹覆时，矿料之间逐渐被沥青黏结起来，并形成整体强度。当混合料中的沥青达到最佳含量时，混合料的抗拉、抗剪等强度也达到最佳；当混合料中的沥青含量再次增加时，混合料中的自由沥青逐渐增多，混合料的抗拉、抗剪等强度开始降低。因此，可以把引入劈裂强度作为混合料最佳级配的评定指标之一。 传统的沥青混合料的级配组成是以干涉理论为基础的连续级配。其颗粒间的空隙应由次一级颗粒填充。所余空隙又由再次一级颗粒填充．填隙的颗粒尺寸不得大于其间隙的距离。但这种级配组成的沥青混合料的强度形成主要是靠矿料与沥青的黏结力形成。而C —ETM 半柔性基层材料的强度主要是由水泥水化产物所形成的水泥石和乳化沥青破乳后的沥青黏结作用而形成的。其中涉及2个重要的过程，即水泥的水化和乳化沥青的破乳。这2个过程相辅相成，共同形成C —ETM 半柔性基层材料的最终强度。在实际应中中结合各城市特点与相关研究成果。
二、最佳流体含量与沥青含量的确定
在进行乳化沥青混合料配合比设计时，往往将乳化沥青与水作为2个独立的部分。而在工程中将C —ETM 半柔性基层材料中的乳化沥青和水的总量视为流体含量，即总的流体含量。在破乳之前乳化沥青的黏度与水接近，因而加入一定量的乳化沥青就相当于加入了相同质量的流体。若混合料中总的流体含量超过了最佳流体含量。则在压实过程中材料中的液压越来越大。最终出现弹簧现象，从而无法将材料压实。若混合料中总的流体含量没有达到最佳流体含量。则混合料中的集料也不能很好地黏结，同样不能将材料压实。确定最佳流体含量的思路是配置相同级配、水泥含量、沥青含量而用水量不同(即不同流体含量) 的标准马歇尔试件。通过比较混合料的干密度，将取得最大干密度时混合料的流体含量作为混合料的最佳流体含量。 实践证明，随着沥青含量的增大，混合料空隙率逐渐减小，劈裂强度逐渐增大。当沥青含量为3%时，各方面性能均有了较大的提高，劈裂强度达到0．6 MPa，达到了规范中对于基层强度要求的上限, 很好地满足了工程对于基层的要求。综合以上结果与工程成本因素，以及相关的研究理论成果建议采用3%的沥青用量。
三、最佳的水泥用量确定与性能检测
实践与相关数据显示，当水泥用量从1.5%增加到2.0%时，抗压强度增加了8%~48%，劈裂强度增加了60%~118%。但是，水泥用量的增加会缩短C —ETM 半柔性基层的疲劳寿命，增加基层开裂的可能性。综合试验结果和已有的研究成果，工程可以参考德国维特根公司《冷再生技术手册》中建议的水泥用量高限，取水泥用量为2.0%。
根据选定的矿料级配以及确定的最佳流体含量、沥青用量和水泥用量进行混合料性能检验，结果显示：C —ETM 半柔性基层材料的抗压回弹模量达到了827 MPa。弯拉应变接近于普通沥青混合料，而抗压强度却与半刚性基层材料相当。这说明C —ETM 半柔性基层材料既具备了半刚性材料同等的强度，又具有沥青材料的柔性；作为主要评价指标的劈裂强度，也已达到规范中基层要求的上限，冻融劈裂强度比甚至远远大于规范的要求。充分表明了C —ETM 半柔性基层材料良好的变形能力和应力松弛能力。适合做沥青路面的基层，能够在很大程度上改善半刚性基层路面常见的反射裂缝、早期水损坏严重等病害：马歇尔稳定度和车辙动稳定度等指标远高于规范中对高等级公路沥青混合料材料的要求，则证明了C —ETM 半柔性基层材料良好的高温稳定性。
根据以上的配比设计分析，笔者提出以下观点：
1.采用普通乳化沥青、普通硅酸盐水泥、石灰岩碎石等制备了性能优良的C —ETM 半柔性基层材料，并成功应用于城市道路改建工程。
2.在配合比设计中，将混合料中的乳化沥青与水的总量看作流体含量。通过击实试验确定了最佳流体含量。