瀝青混合料最佳瀝青用量確定方法研究

1、瀝青混合料最佳瀝青用量確定方法研究曹先揚(yáng)1 胡釗芳1 邵臘庚2（1 江西省公路管理局 南昌 330006）（2 長(zhǎng)沙理工大學(xué)公路工程學(xué)院 長(zhǎng)沙 410076）摘 要：對(duì)25種瀝青混合料，采用5種方法確定最佳瀝青用量，試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明：我國(guó)現(xiàn)行OAC方法和美國(guó)Superpave方法確定的瀝青用量對(duì)應(yīng)的體積指標(biāo)均滿足工程要求。兩種方法確定的瀝青用量差值平均僅為0.0368%，說(shuō)明我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的瀝青混合料最佳瀝青用量確定方法是適合的。關(guān)鍵詞：道路工程；瀝青混合料；瀝青用量；方法40 前言瀝青混合料中瀝青的用量對(duì)瀝青混合料的使用性能有重要的影響。瀝青用量太大易導(dǎo)致泛油和車轍，瀝青用量太小易出現(xiàn)耐久

2、性問(wèn)題，如水破壞、瀝青老化等。因此，尋找一種合理的瀝青用量確定方法，使得所確定的瀝青用量適中就顯得尤為關(guān)鍵。為了尋找一種合理的最佳瀝青用量確定方法，結(jié)合交通部瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范修訂工作，參照目前國(guó)內(nèi)外有代表性的五種最佳瀝青用量確定方法進(jìn)行比較。五種最佳瀝青用量確定方法如下：我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范的方法：采用OAC1與OAC2的平均值，稱為OAC；日本的方法（我國(guó)以前規(guī)范的方法）：采用各項(xiàng)馬歇爾試驗(yàn)指標(biāo)都符合規(guī)范要求的瀝青用量范圍的中值（相當(dāng)于現(xiàn)在的OAC2）作為OAC(統(tǒng)一暫稱為OAC2)；美國(guó)MS-2原來(lái)的方法：求取密度及穩(wěn)定度最大值及空隙率中值（相當(dāng)于4%）相對(duì)應(yīng)的3個(gè)瀝青用量的平均值（相當(dāng)于我國(guó)

3、規(guī)范的OAC1）作為OAC（統(tǒng)一暫稱為OAC1）；MS-2 1995年版的方法：按空隙率4%確定瀝青用量，由此瀝青用量檢驗(yàn)各項(xiàng)指標(biāo)是否符合要求，如不符合要求，則采用各項(xiàng)馬歇爾試驗(yàn)指標(biāo)都符合規(guī)范要求的瀝青用量范圍的中值（相當(dāng)于現(xiàn)在的OAC2）作為OAC（統(tǒng)一暫稱為OAC4）；美國(guó)Superpave方法：由空隙率4%確定最佳瀝青用量（統(tǒng)一暫稱為OACsup）1；本文主要是引用大量數(shù)據(jù)對(duì)這五種方案進(jìn)行比較論證，以確定哪種方案較為合理，為了比較的方便，第種方法不單獨(dú)比較。1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)分析選取近年來(lái)7條新建或改建的高等級(jí)公路（河南商丘開(kāi)封高速公路、京珠段耒陽(yáng)宜章高速公路等瀝青面層混合料室內(nèi)馬歇爾試

4、驗(yàn)數(shù)據(jù)。對(duì)每次配合比分別采用OAC1、OAC2、OAC、OACsup四種方法確定瀝青用量（各指標(biāo)要求見(jiàn)表1），并計(jì)算各種方法所得瀝青用量對(duì)應(yīng)的混合料空隙率、瀝青飽和度值，結(jié)果見(jiàn)表2。指標(biāo)要求 表1指標(biāo)空隙率（%）飽和度（%）穩(wěn)定度（KN）流值（0.1mm）要求3565757.52040現(xiàn)行規(guī)范要求空隙率3%6%，實(shí)際上若設(shè)計(jì)空隙率為6%的話，假設(shè)現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度達(dá)到97%，那么現(xiàn)場(chǎng)空隙率將達(dá)到9%（有研究證明，空隙率小于8%路面不滲水，而大于8%的話路面將會(huì)出現(xiàn)大量滲水），再考慮施工中出現(xiàn)的瀝青混合料攤鋪的不均勻性，局部地方空隙率會(huì)更大，空隙率過(guò)大，極易出現(xiàn)耐久性問(wèn)題，如水破壞、瀝青老化、疲勞破壞等

5、等，所以規(guī)范空隙率要求值應(yīng)降低，空隙率在3%5%范圍內(nèi)是合適的。規(guī)范要求飽和度70%85%，這是針對(duì)8090年代交通量較小提出的要求，隨著近年來(lái)交通量的日益增大，且重載、超載、超限已非常普遍，為避免瀝青用量過(guò)多而產(chǎn)生泛油和車轍，有必要降低瀝青飽和度的取值，參考國(guó)外情況（如SHRP規(guī)定瀝青飽和度范圍65%75%）并結(jié)合近幾年修建高速公路的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，將瀝青飽和度規(guī)定為65%75%是合適的。各種方法所得瀝青用量及其對(duì)應(yīng)的空隙率、飽和度值比較 表2序號(hào)級(jí)配類型OAC1OAC2OACOACsup 推薦用量%OAC1（%）Va（%）VFA（%）OAC2（%）Va（%）VFA（%）OAC（%）Va（%）VF

6、A（%）OACsup （%）VFA（%）1SAC-164.53.873.24.53.873.24.53.873.24.4572.24.42SAC-135.73.677.85.24.4872.35.454.175.05.575.55.03SAC-134.84.373.24.74.671.74.754.4572.54.974.85.04AC-25I4.03.771.33.94.069.33.953.8570.33.969.34.05AC-25I3.854.267.74.03.969.93.954.069.23.9569.24.06AC-30I3.83.770.23.853.671.03.833.6

7、570.73.767.73.87AC-30I3.852.975.33.73.371.93.773.1573.53.4566.43.88AK-16A4.64.571.04.64.571.04.64.571.04.7573.74.69AK-135.03.677.44.84.472.94.94.075.14.975.15.110AC-20I4.653.575.94.44.271.14.523.8573.44.4572.14.7511AC-25I4.83.377.44.34.369.64.553.7174.14.471.74.7512AC-16G5.33.775.65.04.172.85.153.97

8、4.25.0573.35.113AC-25I4.83.575.24.44.170.34.63.7573.04.4571.25.114AC-16I5.152.582.34.54.171.64.823.476.34.5572.34.715AC-16I5.51.887.44.74.470.65.13.676.55.073.74.716AC-16I5.14.572.55.14.572.55.14.572.55.2575.65.117AC-16I5.04.472.74.854.671.04.924.571.85.174.94.918AC-13I5.552.583.35.04.571.25.33.477.

9、75.1574.55.319AC-10L5.254.3572.85.24.572.05.224.4372.35.475.15.420AC-20L4.754.1572.74.654.5370.44.74.3571.54.873.84.821AK-13A5.23.876.04.94.571.95.054.174.25.174.85.122AC-25I5.053.179.04.64.271.84.823.775.24.773.34.623AK-135.34.374.15.24.672.45.254.473.35.475.85.224AC-20J24.63.276.64.254.170.54.423.

10、773.34.371.34.325AC-20J14.62.580.24.23.771.24.43.0576.14.168.84.2注：1 推薦用量指的是當(dāng)時(shí)實(shí)際選取的瀝青用量； 2 AC-10L、AC-20L、AC-20J1、AC-20J2、AC-16G均為當(dāng)時(shí)根據(jù)實(shí)際情況所采用的級(jí)配，和規(guī)范級(jí)配有所不同。為比較不同方法所得瀝青用量之間的差別，將各配合比OAC1、OAC2、OAC、OACsup兩兩相減，結(jié)果見(jiàn)表3。各配合比不同方法所得瀝青用量差異 表3項(xiàng) 目OAC1-OAC2（%）OAC1OACsup（%）OAC2OACsup（%）OACOACsup（%）1SAC-1600.050.050.0

11、52SAC-130.50.2-0.3-0.053SAC-130.1-0.1-0.2-0.154AC-25I0.10.100.055AC-25I-0.15-0.10.0506AC-30I-0.050.10.150.137AC-30I0.150.40.250.328AK-16A0-0.15-0.15-0.159AK-130.20.1-0.1010AC-20I0.250.2-0.050.0711AC-25I0.50.4-0.10.1512AC-16G0.30.25-0.050.113AC-25I0.40.35-0.050.1514AC-16I0.650.6-0.050.2715AC-16I0.80.

12、5-0.30.116AC-16I0-0.15-0.15-0.1517AC-16I0.15-0.1-0.25-0.1818AC-13I0.550.4-0.150.1519AC-10L0.05-0.15-0.2-0.1820AC-20L0.1-0.05-0.15-0.121AK-13A0.30.1-0.2-0.0522AC-25I0.450.35-0.10.1223AK-130.1-0.1-0.2-0.1524AC-20J20.350.3-0.050.1225AC-20J10.40.50.10.3對(duì)表3進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，為求OAC1與OAC2的平均差值（其它OAC1OACsup、OAC2OACsup、

13、OACOACsup亦類似），綜合各配比OAC1與OAC2的差值，若所有配比OAC1與OAC2差值數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布的話，則可取期望作為OAC1與OAC2的平均差值。問(wèn)題相當(dāng)于要檢驗(yàn)，其中，參數(shù)、都未知。先求正態(tài)分布未知參數(shù)、的極大似然估計(jì)，由數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)知識(shí)可知、的極大似然估計(jì)分別是樣本均值，樣本標(biāo)準(zhǔn)差，所以有=0.248，0.24作分點(diǎn)0.200.20.40.60.8，把的取值分成7個(gè)區(qū)間?？傮w落在各個(gè)區(qū)間（中的概率估計(jì)值，可由下式求出：=數(shù)據(jù)代入，可得計(jì)算結(jié)果如下：計(jì)算結(jié)果 表4（）（，0.2）（0.2，0）（0，0.2）（0.2，0.4）（0.4，0.6）（0.6，0.8）（0.8，0586

14、4200.03070.12080.26920.3150.19350.06010.010723.3290對(duì)0.05，自由度，查2分布表，可得9.488，由于3.3299.488，因此接受，可以認(rèn)為這些數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布。所以可取各配比OAC1與OAC2差值的均值作為OAC1與OAC2的平均差值。檢驗(yàn)得服從正態(tài)分布后，還可計(jì)算期望的水平為95%的置信區(qū)間。樣本容量=25,樣本均值=0.248，修正樣本標(biāo)準(zhǔn)差0.24。對(duì)10.95，0.05，20.025，120.975，自由度，查t分部表可得2.0639。2.0639×0.099，=0.2480.099=0.149,=0.248+0.099

15、=0.347。則的水平為95%的置信區(qū)間為0.149，0.347。對(duì)其它OAC1OACsup、OAC2OACsup、OACOACsup也一樣，各配比差值數(shù)據(jù)均服從正態(tài)分布，不再一一贅述。表3中不同方法所得瀝青用量差值對(duì)各配比情況取均值，結(jié)果見(jiàn)表5。不同方法所得瀝青用量差值 表5OAC1-OAC2OAC1OACsupOAC2OACsupOACOACsup 均值(%)0.2480.16-0.0880.0368從表5中結(jié)果可看出，OAC1方法求得的瀝青用量最大，較OAC2方法瀝青用量一般要高出0.25%，較OACsup方法瀝青用量要高出0.16%，OAC方法與OACsup方法瀝青用量相差不大，OAC

16、2方法求得的瀝青用量最小。出現(xiàn)上述情況可能是由于以下原因：OAC1方法求設(shè)計(jì)瀝青用量時(shí)，空隙率指標(biāo)要求（35%）較規(guī)范要求（36%）減小了，空隙率中值也減小，空隙率中值對(duì)應(yīng)的瀝青用量偏大，因此，OAC1方法求得的瀝青用量偏大了。OAC2方法求設(shè)計(jì)瀝青用量時(shí)，飽和度指標(biāo)要求（6575%）較規(guī)范要求（7085%）減小了，這就使得OACmax值減小，以致OACmax與OACmin的均值（即OAC2）也減小。各配合比不同方法所得瀝青用量對(duì)應(yīng)的空隙率、瀝青飽和度值見(jiàn)表2。不同方法時(shí)所得瀝青用量對(duì)應(yīng)的空隙率、瀝青飽和度值（對(duì)所有配合比求均值）見(jiàn)表6。不同方法時(shí)所得瀝青用量對(duì)應(yīng)的空隙率和瀝青飽和度值 表6空

17、 隙 率（%）瀝青飽和度（%）均值標(biāo)準(zhǔn)差均值標(biāo)準(zhǔn)差OAC13.580.7275.634.42OAC24.220.3571.361.04OAC3.910.4273.442.08OACsup4.072.642.64觀察表2中數(shù)據(jù)，OAC1方法得到的瀝青用量對(duì)應(yīng)的瀝青飽和度明顯偏大，25個(gè)配合比有14個(gè)配合比的瀝青飽和度值大于75%，占56%，再?gòu)谋?知其均值為75.63%，已超過(guò)飽和度上限75%；空隙率值明顯偏小，其中有5個(gè)配合比空隙率小于3%。OAC1方法得到的瀝青用量偏大，若以O(shè)AC1方法確定最佳瀝青用量，瀝青路面將易出現(xiàn)泛油及高溫車轍。 OAC2方法求得的瀝青用量，因其是馬歇爾試驗(yàn)各項(xiàng)指標(biāo)都

18、符合規(guī)范要求的瀝青用量范圍的中值，所以空隙率和飽和度值總是滿足規(guī)范的要求的，但由表6可知其空隙率均值（4.22%）較空隙率中值4%略大。 OAC方法（取OAC1與OAC2的均值）得到的瀝青用量對(duì)應(yīng)的空隙率值較好，從表2中可看到，空隙率都在規(guī)定的范圍內(nèi)（3%5%），瀝青飽和度也基本上在規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi)，只有少數(shù)略大于75%；再?gòu)谋?知空隙率均值為3.9%，適中，瀝青飽和度均值為73.4%，瀝青飽和度值也滿足要求。 OACsup（4%空隙率對(duì)應(yīng)的瀝青用量）方法得到的瀝青用量對(duì)應(yīng)的瀝青飽和度值幾乎全部滿足要求，從表6可知瀝青飽和度均值為72.6%，合適。2 結(jié)論 OAC1方法求得的瀝青用量偏大，OAC2方法求得的瀝青用量偏小，不能作為最佳瀝青用量確定方法。我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范采用OAC1與OAC2取均值的方法確定的最佳瀝青用量與美國(guó)