國內(nèi)外確定最佳瀝青用量(OAC)的方法與研究

1、國內(nèi)外確定(qudng)瀝青混合料最佳瀝青用量（OAC）的方法與研究精品資料一、概述二、國內(nèi)外幾種確定瀝青混合(hnh)料最佳瀝青 用量方法的比較研究三、結(jié)論四、參考文獻(xiàn)精品資料一、概述隨著公路事業(yè)的發(fā)展，公路里程在不斷迅速增長(zhǎng)，瀝青路面由于其自身的抗滑性、舒適性和易修復(fù)性等優(yōu)點(diǎn)在路面中占有相當(dāng)大的比例。瀝青路面的主要材料是瀝青混合料，瀝青混合料中瀝青的用量對(duì)瀝青路面的使用性能有著非常重大的影響。當(dāng)瀝青用量過少時(shí)，集料表面瀝青膜過薄，混合料呈干枯狀而缺乏足夠的粘結(jié)力，不能形成高的強(qiáng)度，穩(wěn)定度不高，耐久性差，如水破壞、瀝青老化等；隨著瀝青用量的增加，混合料粘結(jié)力逐漸增強(qiáng)，穩(wěn)定度隨之提高。然而隨著

2、瀝青用量的進(jìn)一步增加，集料表面瀝青薄膜增厚，自由瀝青增多，自由瀝青就如集料顆粒之間的潤(rùn)滑劑，使顆粒在荷載作用下容易產(chǎn)生滑動(dòng)位移，從而降低穩(wěn)定度，產(chǎn)生泛油、壅包和車轍現(xiàn)象，影響行車安全(nqun)和美觀，并對(duì)路面產(chǎn)生一定程度的破壞。精品資料因此，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（即最佳瀝青用量）就顯得尤為關(guān)鍵。在1984年的MS-2及其說明中指出，按照“最佳”定義，最佳瀝青用量應(yīng)該是在此含量下所有設(shè)計(jì)指標(biāo)（空隙率、穩(wěn)定度、密度、流值、礦料間隙率VMA 和瀝青飽和度VFA等）都是最優(yōu)的或是滿意的。而瀝青用量本身不是一個(gè)混合料設(shè)計(jì)指標(biāo)，一般是采用各種混合料類型以最少瀝青用量和

3、最大瀝青用量的形式采用一個(gè)限制范圍。但是設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的容許范圍必須足夠適應(yīng)(shyng)不同密度的集料組成的混合料，所以都有一個(gè)容許的變化幅度。精品資料二、國內(nèi)外幾種確定瀝青混合料最佳瀝青 用量方法的比較研究1、國內(nèi)外有代表性的5種最佳瀝青用量確定方法2、Superpave法與馬歇爾法確定最佳瀝青用量的 對(duì)比(dub)分析3、GTM法確定最佳瀝青用量精品資料1、國內(nèi)外有代表性的5種最佳瀝青用量確定方法我國現(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（我國以前規(guī)范的方法）：采用各項(xiàng)馬歇爾試驗(yàn)指標(biāo)(zhbio)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OA

4、C；美國MS-2原來的方法：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)于我國規(guī)范的OAC1）作為OAC；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)(zhbio)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)(zhbio)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；美國Superpave方法：由空隙率4%確定最佳瀝青用量；精品資料2、Superpave法與馬歇爾法確定最佳瀝青用量 的對(duì)比(dub)分析（1）馬歇爾法（2）Superpave法（3）Superpave法與馬歇爾法的對(duì)比(du

5、b)（4）小結(jié)精品資料我國規(guī)范確定瀝青(lqng)混合料最佳瀝青(lqng)用量OAC的方法有一個(gè)變化過程。在以前的規(guī)范中，我國歷來采用日本的方法，即求出全部滿足設(shè)計(jì)技術(shù)要求的瀝青(lqng)用量范圍，以其中值為最佳瀝青(lqng)用量。按此方法使用發(fā)現(xiàn)了一些問題，主要是針對(duì)高速公路和一級(jí)公路，由于采用了高質(zhì)量的瀝青(lqng)后，在估算瀝青(lqng)用量時(shí)，盡管上下變化了5個(gè)不同的瀝青(lqng)用量，變化范圍達(dá)2.0%，穩(wěn)定度值一般都能滿足要求，流值也大都滿足要求，但穩(wěn)定度、密度有時(shí)連峰值都未出現(xiàn)，最后決定最佳瀝青(lqng)用量的往往只剩下空隙率一個(gè)指標(biāo)，而且能共同滿足要求的瀝青(lq

6、ng)用量范圍往往很窄。所以實(shí)際上其相當(dāng)于現(xiàn)在美國的4%空隙率決定最佳瀝青(lqng)用量的方法，不過設(shè)計(jì)空隙率范圍為3%6%，中值是4.5%。另外，空隙率的計(jì)算過程，除包括最大相對(duì)密度、試件密度、瀝青(lqng)被集料吸收等有所不同外，空隙率基本上是唯一指標(biāo)的體積設(shè)計(jì)方法?，F(xiàn)行規(guī)范的方法是馬歇爾試驗(yàn)加上經(jīng)驗(yàn)，即綜合以往的方法及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)論證決定最佳瀝青(lqng)用量的方法。精品資料（1）馬歇爾法馬歇爾試驗(yàn)分3個(gè)程序：確定混合料密度、測(cè)定混合料的馬歇爾穩(wěn)定度和流值、分析(fnx)試件的空隙率。為掌握每組試件中各單個(gè)試件的特性，需要把馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果在圖紙上繪制成特性曲線。在分析(fnx)特性曲線

7、時(shí)，以瀝青用量為橫坐標(biāo)，以測(cè)定的各項(xiàng)指標(biāo)為縱坐標(biāo)，分別將試驗(yàn)結(jié)果點(diǎn)入圖中，連成圓滑的曲線（要求使密度及穩(wěn)定度曲線出現(xiàn)峰值）。從圖中求取相應(yīng)于密度最大值的瀝青用量為a1，相應(yīng)于穩(wěn)定度最大值的瀝青用量a2，及相應(yīng)于規(guī)定空隙率范圍的中值（或要求的目標(biāo)空隙率）的瀝青用量a3，求取三者的平均值作為最佳瀝青用量的初始值OAC1。同時(shí)求出各項(xiàng)指標(biāo)均符合瀝青混合料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的瀝青用量范圍OACminOACmax的中值OAC2。精品資料當(dāng)OAC1 相應(yīng)的各項(xiàng)指標(biāo)值均符合規(guī)范規(guī)定的馬歇爾設(shè)計(jì)配合比技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，由OAC1及OAC2，綜合確定最佳瀝青用量OAC。當(dāng)不能符合規(guī)定時(shí)，應(yīng)調(diào)整級(jí)配，重新進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，直至各項(xiàng)

8、指標(biāo)均能符合要求為止。規(guī)范非常明確地規(guī)定在確定最佳瀝青用量OAC時(shí)，應(yīng)通過對(duì)瀝青路面的類型、工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、公路等級(jí)、交通特性、氣候(qhu)條件等諸多因素的綜合考慮分析后，加以確定。宜按下列步驟進(jìn)行：一般情況下，當(dāng)OAC1及OAC2的結(jié)果接近時(shí)，可取二者的平均值作為最佳瀝青用量OAC。當(dāng)OAC1及OAC2的結(jié)果有一定差距時(shí)，不能采用平均的方法確定最終的OAC，而是分別通過隨后的水穩(wěn)定性試驗(yàn)和高溫穩(wěn)定性試驗(yàn), 綜合考察后決定。對(duì)炎熱地區(qū)公路及車輛渠化交通的高速公路、一級(jí)公路，預(yù)計(jì)有可能產(chǎn)生較大車轍時(shí)，可在OAC2與下限OACmin范圍內(nèi)決定，但不宜小于OAC2的0.5%。通常要比試驗(yàn)得到的減小0

9、.1%0.3%；精品資料對(duì)寒冷地區(qū)公路以及其他等級(jí)公路，最佳瀝青用量可以在OAC2與上限OACmax范圍內(nèi)決定，但不宜大于OAC2的0.3%。值得注意的是：在實(shí)踐過程中，往往只根據(jù)馬歇爾試驗(yàn)得出OAC1及OAC2求出中值(zhn zh)就作為最佳瀝青用量OAC了，根據(jù)氣候、交通條件，參照實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)調(diào)整OAC 的工作大都沒有進(jìn)行。精品資料（2）Superpave法Superpave瀝青混合料設(shè)計(jì)方法是美國SHRP研究的代表性成果，主要體現(xiàn)了瀝青混合料按體積設(shè)計(jì)的原則，以混合料體積組成為控制指標(biāo)來確定最佳瀝青用量。所謂體積設(shè)計(jì)是根據(jù)瀝青混合料的空隙率、VMA、瀝青填隙率等體積特性進(jìn)行(jnxng)熱

10、拌瀝青混合料的設(shè)計(jì)；瀝青混合料體積設(shè)計(jì)過程主要由四部分組成：材料選擇；集料級(jí)配選擇；確定瀝青混合料的瀝青含量；瀝青混合料驗(yàn)證，包括體積特性和水敏感性。精品資料Superpave瀝青混合料確定(qudng)最佳瀝青用量流程如圖所示：精品資料用于瀝青混合料體積設(shè)計(jì)的主要設(shè)備為Superpave旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀（SGC）。SGC能較好的模擬行車的碾壓，能容納最大集料尺寸為50mm（最大公稱尺寸為37.5mm）的集料，并可用于現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制和質(zhì)量保證。SGC是在德克薩斯旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀的基礎(chǔ)上改進(jìn)設(shè)計(jì)的，在壓實(shí)過程中主要對(duì)壓實(shí)的軸向壓力、旋轉(zhuǎn)角度和旋轉(zhuǎn)速度3個(gè)方面進(jìn)行控制，并且實(shí)現(xiàn)了壓實(shí)過程的監(jiān)控，進(jìn)而可以進(jìn)一步將

11、混合料的壓實(shí)性能與混合料性能建立起一定的關(guān)系，更好地模擬了現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)的情況。SGC旋轉(zhuǎn)壓實(shí)方法與馬歇爾擊實(shí)方法相比主要具有以下優(yōu)點(diǎn)：將壓實(shí)條件和交通量建立起更加密切的關(guān)系（設(shè)計(jì)壓實(shí)次數(shù)由交通量來確定）；壓實(shí)過程更接近于實(shí)際路面的搓揉壓實(shí)效果，減少(jinsho)了集料在壓實(shí)過程中的破碎。精品資料（3）Superpave法與馬歇爾法的對(duì)比馬歇爾設(shè)計(jì)法的優(yōu)點(diǎn)是試驗(yàn)方法簡(jiǎn)單，費(fèi)用較低；考慮到了高溫流變特性，強(qiáng)調(diào)了混合料必須保持一定的空隙率并重視密度。但是大量實(shí)踐證明，傳統(tǒng)馬歇爾設(shè)計(jì)法的整個(gè)指標(biāo)體系與混合料的路用性能不存在必然的聯(lián)系，對(duì)路面結(jié)構(gòu)的各種破壞現(xiàn)象不能起到有針對(duì)性的防治作用。以經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)并局限

12、在一定溫度范圍內(nèi)的馬歇爾設(shè)計(jì)法，不能準(zhǔn)確地反映和控制瀝青路面在較大溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出的黏彈性力學(xué)性能。針對(duì)同一種級(jí)配采用Superpave和馬歇爾2種設(shè)計(jì)方法來確定最佳瀝青用量，通過對(duì)比分析2種結(jié)果得出：Superpave法比馬歇爾法確定的最佳瀝青用量低。馬歇爾法由于擊實(shí)功有限，不能很好模擬路面的實(shí)際(shj)受力狀況。所測(cè)試件的毛體積密度偏低，試件的空隙率偏大，所確定的瀝青最佳用量高。而Superpave法能更好地模擬路面實(shí)際(shj)受力狀況，確定的最佳瀝青用量更加合理。精品資料2種設(shè)計(jì)方法(fngf)相比，Superpave設(shè)計(jì)方法(fngf)主要有以下特點(diǎn)：Superpave采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)

13、方法(fngf)，提高了壓實(shí)功和壓實(shí)效果，使設(shè)計(jì)的混合料試件礦料間更加密實(shí)，從而使許多原來滿足馬歇爾方法(fngf)的一些級(jí)配不能滿足Superpave的體積指標(biāo)要求；Superpave采用四相體系（空氣、吸收瀝青、有效瀝青和集料）進(jìn)行混合料的體積關(guān)系分析，與馬歇爾設(shè)計(jì)方法(fngf)相比，考慮了短期老化、集料吸入瀝青的實(shí)際情況，使壓實(shí)和空隙率的計(jì)算更符合實(shí)際；Superpave旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀將壓實(shí)過程作為設(shè)計(jì)控制的一個(gè)重要組成部分， 增加了集料結(jié)構(gòu)選擇過程，使得結(jié)構(gòu)組成更加合理。精品資料（4）小結(jié)對(duì)于同一種級(jí)配的瀝青混合料，從2種方法確定的最佳瀝青用量來看， Superpave方法比馬歇爾方法確

14、定的最佳油量大幅度減小。造成2種方法確定的最佳瀝青用量偏差較大的原因在于：當(dāng)采用Superpave旋轉(zhuǎn)100次成型混合料試件的壓實(shí)功明顯大于馬歇爾雙面擊實(shí)75次成型的混合料試件，導(dǎo)致Superpave成型的混合料的毛體積密度明顯大于馬歇爾成型的混合料的毛體積密度，相應(yīng)的空隙率比馬歇爾成型試件的空隙率要小，最佳瀝青用量減少。馬歇爾方法擊實(shí)功有限，所確定的瀝青混合料最佳油量往往偏大，而Superpave法采用揉搓式成型試件能更好的模擬路面(lmin)的實(shí)際受力狀態(tài)，更接近于路面(lmin)實(shí)際情況。精品資料3、GTM法確定(qudng)最佳瀝青用量（1）GTM法的試驗(yàn)步驟（2）GTM試驗(yàn)與路用性能

15、的相關(guān)性（3）最佳油石比的確定(qudng)（4）小結(jié)精品資料GTM設(shè)計(jì)方法是利用GTM實(shí)驗(yàn)機(jī)模擬行車作用成型試件，通過旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試件，使其密度達(dá)到汽車輪胎實(shí)際作用于路面時(shí)所產(chǎn)生的最終密度，即通過對(duì)試件施加垂直壓力，該壓力通過實(shí)際測(cè)試汽車輪胎對(duì)路面的實(shí)際壓強(qiáng)確定，試件在該壓力作用下，被旋轉(zhuǎn)壓實(shí)到平衡狀態(tài)（所謂平衡狀態(tài)，是指每旋轉(zhuǎn)100次試件密度變化為0.016g/cm3），并測(cè)試分析試樣被壓實(shí)到平衡狀態(tài)過程中剪切強(qiáng)度和最終塑性形變的大小，以判斷混合料組成是否合理。在混合料被壓實(shí)到平衡狀態(tài)過程中，若機(jī)器(j q)角上升，滾輪壓力下降，說明混合料的抗剪強(qiáng)度降低，變形增加，呈現(xiàn)出了塑性狀態(tài)，即表明瀝青

16、混合料的瀝青用量過大。試件的最終塑性形變大小是用旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定系數(shù)來表示的。旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定系數(shù)（GSI）是試驗(yàn)結(jié)束時(shí)的機(jī)器(j q)角與壓實(shí)過程中的最小機(jī)器(j q)角的比值，是表征試件受剪應(yīng)力作用的變形穩(wěn)定程度的參數(shù)。精品資料（1）GTM法的試驗(yàn)步驟GTM試驗(yàn)壓強(qiáng)一般根據(jù)汽車輪胎對(duì)路面的壓強(qiáng)確定。GTM法的試驗(yàn)步驟如下：第一步： 瀝青混凝土的設(shè)計(jì)密度。即選用5個(gè)不同瀝青用量的混合料在規(guī)定(gudng)的溫度下旋轉(zhuǎn)成型至平衡狀態(tài)，測(cè)得試件密度。第二步：根據(jù)第一步測(cè)得密度按路面要求壓實(shí)數(shù)成型試件，再放置至室溫，然后在60條件下養(yǎng)護(hù)6h以上，再壓實(shí)到平衡狀態(tài)測(cè)定試件的應(yīng)變比和抗剪強(qiáng)度。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，繪出瀝青用

17、量和密度、應(yīng)變比（GSI）、抗剪安全系數(shù)三者的關(guān)系曲線，要求應(yīng)變比小于或等于1.05，抗剪安全系數(shù)大于1.0，考慮空隙率、密度，確定出最佳瀝青用量。精品資料（2）GTM試驗(yàn)與路用性能的相關(guān)性GTM試驗(yàn)應(yīng)用推理的方法，采用應(yīng)力-應(yīng)變?cè)磉M(jìn)行設(shè)計(jì)，以試驗(yàn)結(jié)束時(shí)的GSI作為確定最佳瀝青用量的參數(shù)，使得最佳油石比的確定與混合料力學(xué)性能相聯(lián)系，相比馬歇爾方法，設(shè)計(jì)思想更為先進(jìn)。GTM試驗(yàn)采用旋轉(zhuǎn)成型方式，精確模擬現(xiàn)場(chǎng)碾壓工況，能夠得到與現(xiàn)場(chǎng)混合料結(jié)構(gòu)基本相同的室內(nèi)試件，從而(cng r)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)與控制現(xiàn)場(chǎng)工程質(zhì)量。利用GTM設(shè)計(jì)瀝青混凝土?xí)r，充分考慮行車荷載的實(shí)際狀況，選擇不同的設(shè)計(jì)壓強(qiáng)，從而(cng

18、r)使設(shè)計(jì)方法更為合理。與Superpave成型方式不同，GTM不固定壓實(shí)功，而是以極限平衡狀態(tài)作為旋轉(zhuǎn)結(jié)束條件，以避免路面出現(xiàn)因交通荷載作用產(chǎn)生的二次追密。精品資料（3）最佳油石比的確定(qudng)首先確定(qudng)試驗(yàn)材料，之后分別對(duì)兩種級(jí)配選取5種油石比進(jìn)行拌合，每種油石比進(jìn)行7次試驗(yàn)，GTM試驗(yàn)的溫度為140 145 ，工作參數(shù)模擬重載交通，取垂直壓力為1.0 MPa；將旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型試件（達(dá)到極限平衡狀態(tài)）制成7組，將GSI與油石比的變化繪制成曲線。由兩種級(jí)配的GSI試驗(yàn)結(jié)果顯示，所有試驗(yàn)的GSI隨油石比的變化均表現(xiàn)出相同的特點(diǎn)，即當(dāng)油石比較小時(shí)，GSI變化不大，所擬合曲線比較平

19、坦，曲率半徑較大；當(dāng)油石比達(dá)到某個(gè)值（即瀝青混合料開始出現(xiàn)塑性變形）時(shí)，由于GSI急劇增加，曲線曲率在此點(diǎn)處變大，即曲率半徑最?。划?dāng)油石比繼續(xù)增加，曲線的曲率半徑又開始變大，即油石比增大，瀝青混合料抗變形能力降低（GSI逐漸增大）。精品資料但它們均有一個(gè)值得關(guān)注的現(xiàn)象，即對(duì)于不同試驗(yàn)的瀝青混合料，隨著油石比的增大，GSI普遍存在一個(gè)擬合曲線的曲率半徑最小的突變點(diǎn)。這個(gè)突變點(diǎn)的存在，標(biāo)志著油石比一旦大于此值，瀝青混合料抗變形能力迅速下降(xijing)，故而可以將該突變點(diǎn)作為瀝青混合料最佳油石比的判據(jù)。由圖1可知，級(jí)配Sup-13的最佳油石比為4.8%；由圖2可知，級(jí)配Sup-16的最佳油石比為

20、4.9%。精品資料（4）小結(jié)由于馬歇爾試驗(yàn)確定的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)與瀝青混合料路用性能沒有內(nèi)在聯(lián)系，在瀝青混合料路用成型原理的基礎(chǔ)上，分析了GTM試件旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型可以模擬混合料路用成型的合理性。通過對(duì)典型級(jí)配不同油石比下的GTM試件成型時(shí)的GSI數(shù)據(jù)分析，GSI值普遍存在一個(gè)擬合曲線的曲率半徑最小的突變點(diǎn)，它的存在標(biāo)志著油石比一旦大于此值，瀝青混合料抗變形能力便迅速下降，故而可以將該突變點(diǎn)作為瀝青混合料最佳油石比的判斷依據(jù)。通過室內(nèi)路面加速加載破壞試驗(yàn)和室外路段試驗(yàn)，分別對(duì)GTM成型和馬歇爾成型確定的最佳瀝青用量對(duì)比試驗(yàn)路段的路面長(zhǎng)期路用性能的觀測(cè)數(shù)據(jù)的分析，證實(shí)了通過GSI突變點(diǎn)確定的最佳瀝青含量(h

21、nling)是合理的，從而找到了一種與路用性能相聯(lián)系的瀝青混合料最佳瀝青用量的確定方法。精品資料三、結(jié)論1、我國現(xiàn)行OAC方法和美國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。2、Superpave法比馬歇爾法在混合料的壓實(shí)功上更合理，所確定的最佳瀝青用量也相應(yīng)減少。但無視不同公路等級(jí)、不同交通量和軸載比例、不同氣候條件，不管是高速公路還是其他道路都采用4%同樣的空隙率，這是不可取的。3、應(yīng)用GTM法確定的最佳油石比下的馬歇爾試驗(yàn)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。但是，GTM法經(jīng)濟(jì)性不好，并且GTM實(shí)質(zhì)上提供了一個(gè)不易發(fā)生車轍的柔性路面(lmin)設(shè)計(jì)方法，但是對(duì)路面(lmin)結(jié)構(gòu)的耐久性、抗老化能力、抗疲勞開裂能力等未考慮，故不能得到廣泛應(yīng)用。精品資料4、在實(shí)踐過程中，經(jīng)常會(huì)遇到一個(gè)問題，即對(duì)同樣級(jí)配的瀝青混合料的最佳油石比曾經(jīng)有過充分的、成功的經(jīng)驗(yàn)，換了一個(gè)工程以后，試驗(yàn)設(shè)計(jì)得到的最佳瀝青用量卻有不小的差別。這就嚴(yán)重妨礙了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的應(yīng)用(yngyng)。實(shí)踐中該如何考慮這一影響？精品資料四、參考文獻(xiàn)1 陳志一，等.SGC方法與馬歇爾方法確定不同級(jí)配最佳瀝青用量的比較研究. HIGHWAY,Sep. 2007,No. 9.2 JTG F40-2004,公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范S.3 游宏,等.