甘肃科技纵横
建筑设计
2017 年（第 46 卷）第 8 期
DOI 10.3969/j.issn.1672-6375.2017.08.017
沥青混合料不同配合比设计方法比较分析
陶建国
（甘肃省交通工程建设监理有限公司，甘肃 兰州 730030）
摘 要：受社会经济发展的影响，建筑行业在现阶段的市场中占据了重要地位，并且对国民经济发挥了关键性的作用。为了保证建筑工程安全，沥青混合料配比非常重要。尤其是在公路工程施工时，沥青混合料配合比设计合理性对于保证工程质量非常重要，则需要相关技术人员高度重视。施工人员合理地进行沥青混合料配合比设计，一方面有利于提高建筑工程牢固性，另一方面对于施工人员本身也是丰富经验的过程。但是对于当前阶段的建筑工程而言，依然存在配合比不合理的现象。鉴于此，本论述针对甘肃省道路沥青混合料的不同配合比设计进行分析，从Superpave 法、贝雷法、马歇尔法、GTM 法四个方面，提出了几点建议，并且分析了这几种方法的利弊、选材以及使用原理，希望能够为相关人员提供参考。
关键词：沥青混合料；配合比设计；比较分析
中图分类号：V414 文献标识码：A
当前阶段，不管是国内还是国外，在建筑施工领域对于沥青混合料配合比的设计都十分重视。一些国外的国家，在设计沥青混合料配合比时，一般会使用多样化的方法，例如维姆法、马歇尔法、GTM 法等，然而在诸多方法中，马歇尔法是当前应用最为频繁的方法。在对马歇尔法进行应用时，要以实际规定为准，进行沥青混合料配合比试验，将不同设计方法所得结果以报告的形式呈现，最终选择一个最为合适的进行配比。但是通过对我国建筑施工配合比情况的分析发现，现阶段关于沥青混合料配合比设计效果依然不尽入人意， 在设计上有失规范性。本论述主要围绕几种设计方法，并对这几种方法进行了对比，以此了解不同方法的配合比设计方式，使今后实际施工设计过程中能够选择最为合适的配合比设计方法。
1 Superpave 法
1.1 材料级配与确定
所谓Superpave 法，即美国所研究的一种沥青混合料配合比设计方法，Superpave 的中文释义即高性能沥青路面，作为一种全新的设计法，Superpave 沥青混合料设计法中主要涵盖了沥青结合料规范、沥青混合料体
积设计方式以及计算机软件使用设施以及试验方式与标准等。Superpave 法进行沥青混合料配合比设计根据气候和交通量的不同，被划分为三个档次，即水平1、水平2、水平3，但是因为后两者的使用还不够成熟，所以应用最为普遍的还是第一种，也就是体积设计法。体积设计法在实际运用时，主要涵盖了材料选择、沥青用量设定、矿级级配设计以及沥青混合料性能检验几个基本步骤，那么接下来便对比较重要的几个步骤进行分析。
在诸多步骤中最为关键的一项便是确定集料，一般为了能够方便取材，一些国家对于资源特性要求较低，相反却在材料加工特性上比较重视，例如粗细集料和含泥量等［1］。选择沥青结合料是 Superpave 法的关键，按照PG 分级进行沥青标号的选择，从气候指标方面对保证率进行考虑，进而使混合料能够提升具备高温抗车辙这一性能。
1.2 确定集料结构
在确定了集料之后，要按照级配控制点以及实验结果，选择3 种粒径含量不同的实验集料，也就是细颗粒含量与要求的低限Ⅰ型细颗粒含量相接近。在确定了3 种实验集料级配之后，要在旋转压实仪SGC 的帮助
收稿日期：2017-04-15
作者简介：陶建国（1987-），男，汉族，甘肃张掖人，大学专科，助理工程师，主要从事公路监理工作。
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下，对不同体积特性进行明确，SGC 所执行的旋转压实次数要以实际交通水平为准，并且通过有效密度对沥青结合料的含量进行确定。将沥青加入集料中，从而制定多种含量的沥青试验混合料。
1.3 配合比设计
若混合料VMA、VFA 与要求相符，那么根据沥青含量要求以及有效沥青含量等要求进行成型试件，对压实次数进行设计时，孔隙率是4%的沥青混合料则可以被视为最优沥青含量，假若 VMA 以及 VFA 与规范相符，那么则代表设计成功。
2 贝雷法
所谓贝雷法是由美国发明的一种配合比设计方法，这种设计方法并不完全是沥青混合料配合比设计法，而很大程度负责的是矿料级配设计。使用贝雷法进行混合料设计，也可以再通过马歇尔法或Superpave 法对最优沥青用量进行明确［2］。
贝雷法的实质在于将已经成型的集料骨架当作混合料承载体，以此加强其抗车辙性，对粗细集料比例进行调整，从而保证VMA 的合理性，也对混合料设计的耐久性提高保障。贝雷法中包含了使用矿料性质方面的参数，且这些参数与孔隙率、VMA 以及压实性有直接的关系，能够更加深入地了解混合料以及集料级配之间的关系，同时也为评价合成级配提供了支持。
因为贝雷法并非完全是沥青混合料设计法，更大的作用是用于级配检验，同时也需要一些其他的方法才能够获得完美的配合比设计。所以，马歇尔法与贝雷法之间最大的不同主要体现在前者无法对级配骨架的密实度进行检验。
3 马歇尔法
3.1 基本原理
和贝雷法一样，马歇尔法也是由美国提出，并且于二战期间开始使用的一种设计方法。最早马歇尔法的基本原理为体积设计法，也就是在对沥青混合料性能进行分析时，将结合料和集料成分体积比当作计算根据，最终想要实现的指标及体积指标［3］。利用沥青混合料所构成材料体积不同而搭配的组合，通过沥青混合料拌合以及成型等操作，最终对试件体积参数进行测
试，以此明确沥青混合料不同构成材料最优比。
3.2 设计操作
使用马歇尔法进行沥青混合料配合比设计，可以按照目标、生产配合比设计以及生产配合比验证这三个步骤进行。这三个环节设计原理相同，都是以体积法为前提实施设计。具体设计步骤如下：（1）试验原材料。将所有材料的化学、力学以及物理性能等进行试验，保证材料能够与要求相符，进而保证使用质量；（2）明确混合料构成级配。根据相关要求，级配和不同集料筛分，确定各个级别集料比例，保证混合料能够与级配要求相符；（3）成型试件。按照以往工作经验，对沥青最佳用量进行预估，将这一数值作为中值，将步长设置为0.5 %，以此成型5 个油石比试件；（4）对试件力学以及体积指标进行测定与计算，绘制各个指标以及沥青用量关系曲线图，以此明确最优油石比；（5）检验之前所获得的最优油石比。不同粒径骨料见图1 所示。
图1 不同粒径骨料
4 GTM 法
4.1 设计方法原理
GTM 法，即旋转压实剪切试验机，同样是由美国发明最初应用于空军重型轰炸机跑道设计的一种技术。随着时间的推移，该方法也被广泛运用于高速公路车辆荷载增加时，道路可能会形成车辙、形变等问题的防治。该方法能够在柔性以及土基等多个路面中进行运用，尤其是沥青面层混合料。
4.2 设计方法用量确定
4.2.1 应变比
所谓应变比，即GSI，也就是沥青混合料稳定性度量，最终旋转角/中间稳定段旋转角即可获得，公式为
GSI=最终应变/混合料稳定时应变。如果GSI 与1.0 相接近，则代表是稳定混合料，而另外一些不稳定混合料
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旋转角则在压实期间加大，如果该数值超出1.1，则代表混合料不稳定［4］。
4.2.2 抗减安全系数
所谓抗减安全系数，即GSF，也就是沥青混合料在压实至接近平衡状态时，基于抗剪强度和行车荷载作用下所承受的剪应力比值［5］。 公式如下 ：GSF=
混合料抗剪强度 。应用GTM 进行沥青混合料设计时，
路面承受剪应力
能够通过对旋转次数以及试件高度混合料压实状态的控制，使其达到需要的密度［6］。一旦混合料压实至平衡状态，那么实际路面基于荷载作用下所体现的最终密度一致。所谓平衡状态也就是GTM 旋转次数到达100 时，试件密度变化小于0.016 g/cm3［7］。
4.2.3 GTM 法与马歇尔法区别
GTM 所运用的0.7 MPa 设计最优油石比相较于马歇尔法要低，约0.4 %左右。GTM 设计沥青混合料沥青用量的增加，那么其密度也会大于马歇尔法所体现的密度［8］。在孔隙率方面，GTM 孔隙率主要是0.24 %左右，这和实际路面最终孔隙率也比较相近。但是因为
GTM 设计方法其中融合了抗减强度，这便将沥青混凝土侧向流动减小，提升了密实度，所以这也为沥青混合料赋予了非常高的抗车辙性能［9］。
5 结束语
在建筑工程施工的过程中，为了保证其施工安全以及结构的可靠性，提升沥青混合料配比设计的合理性非常重要，然而在实践上却依然不尽如人意。对于
建筑工程而言，沥青混合料配合比设计工作，其重要性相当于建筑设计，只有保证配合比设计的合理性，才能真正为其使用质量提供保障。而在实际施工的过程中，使用不同配合比设计方法对沥青混合料进行设计， 能够达到不同的效果，并且通过不断实践对配合比设计方法进行优化，从而为我国公路行业发展提供支持， 也为今后公路沥青混合料配比合理性奠定了基础。
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（上接第15 页）越多的新技术、新模式应用到高速公路机电工程监控系统中来，能够使得机电工程监控系统的管理更加的合理化、科学化、标准化，能够进一步优化升级高速公路交通量、用电量等方面的监控以及管理，能够更加有效、准确地得知机电设备运行情况，能够采取更加有针对性的措施及时解决潜在问题，降低故障发生率，这对于促进我国高速公路建设具有非常重要的意义。
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