沥青混合料最佳沥青用量确定方法研究

1、沥青混合料最佳沥青用量确定方法研究曹先扬1 胡钊芳1 邵腊庚2（1 江西省公路管理局 南昌 330006）（2 长沙理工大学公路工程学院 长沙 410076）摘 要：对25种沥青混合料，采用5种方法确定最佳沥青用量，试验数据统计表明：我国现行OAC方法和美国Superpave方法确定的沥青用量对应的体积指标均满足工程要求。两种方法确定的沥青用量差值平均仅为0.0368%，说明我国现行规范规定的沥青混合料最佳沥青用量确定方法是适合的。关键词：道路工程；沥青混合料；沥青用量；方法0 前言沥青混合料中沥青的用量对沥青混合料的使用性能有重要的影响。沥青用量太大易导致泛油和车辙，沥青用量太小易出现耐久性

2、问题，如水破坏、沥青老化等。因此，寻找一种合理的沥青用量确定方法，使得所确定的沥青用量适中就显得尤为关键。为了寻找一种合理的最佳沥青用量确定方法，结合交通部沥青路面施工技术规范修订工作，参照目前国内外有代表性的五种最佳沥青用量确定方法进行比较。五种最佳沥青用量确定方法如下：我国现行规范的方法：采用OAC1与OAC2的平均值，称为OAC；日本的方法（我国以前规范的方法）：采用各项马歇尔试验指标都符合规范要求的沥青用量范围的中值（相当于现在的OAC2）作为OAC(统一暂称为OAC2)；美国MS-2原来的方法：求取密度及稳定度最大值及空隙率中值（相当于4%）相对应的3个沥青用量的平均值（相当于我国规

3、范的OAC1）作为OAC（统一暂称为OAC1）；MS-2 1995年版的方法：按空隙率4%确定沥青用量，由此沥青用量检验各项指标是否符合要求，如不符合要求，则采用各项马歇尔试验指标都符合规范要求的沥青用量范围的中值（相当于现在的OAC2）作为OAC（统一暂称为OAC4）；美国Superpave方法：由空隙率4%确定最佳沥青用量（统一暂称为OACsup）1；本文主要是引用大量数据对这五种方案进行比较论证，以确定哪种方案较为合理，为了比较的方便，第种方法不单独比较。1 试验数据及统计分析选取近年来7条新建或改建的高等级公路（河南商丘开封高速公路、京珠段耒阳宜章高速公路等沥青面层混合料室内马歇尔试验

4、数据。对每次配合比分别采用OAC1、OAC2、OAC、OACsup四种方法确定沥青用量（各指标要求见表1），并计算各种方法所得沥青用量对应的混合料空隙率、沥青饱和度值，结果见表2。指标要求 表1指标空隙率（%）饱和度（%）稳定度（KN）流值（0.1mm）要求3565757.52040现行规范要求空隙率3%6%，实际上若设计空隙率为6%的话，假设现场压实度达到97%，那么现场空隙率将达到9%（有研究证明，空隙率小于8%路面不渗水，而大于8%的话路面将会出现大量渗水），再考虑施工中出现的沥青混合料摊铺的不均匀性，局部地方空隙率会更大，空隙率过大，极易出现耐久性问题，如水破坏、沥青老化、疲劳破坏等等

5、，所以规范空隙率要求值应降低，空隙率在3%5%范围内是合适的。规范要求饱和度70%85%，这是针对8090年代交通量较小提出的要求，随着近年来交通量的日益增大，且重载、超载、超限已非常普遍，为避免沥青用量过多而产生泛油和车辙，有必要降低沥青饱和度的取值，参考国外情况（如SHRP规定沥青饱和度范围65%75%）并结合近几年修建高速公路的实际经验，将沥青饱和度规定为65%75%是合适的。各种方法所得沥青用量及其对应的空隙率、饱和度值比较 表2序号级配类型OAC1OAC2OACOACsup 推荐用量%OAC1（%）Va（%）VFA（%）OAC2（%）Va（%）VFA（%）OAC（%）Va（%）VFA

6、（%）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-30I3.83.770.23.853.671.03.833.65

7、70.73.767.73.87AC-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-16G5.33.775.65.04.172.85.153.974

8、.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-13I5.552.583.35.04.571.25.33.477.7

9、5.1574.55.319AC-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-20J24.63.276.64.254.170.54.423.7

10、73.34.371.34.325AC-20J14.62.580.24.23.771.24.43.0576.14.168.84.2注：1 推荐用量指的是当时实际选取的沥青用量； 2 AC-10L、AC-20L、AC-20J1、AC-20J2、AC-16G均为当时根据实际情况所采用的级配，和规范级配有所不同。为比较不同方法所得沥青用量之间的差别，将各配合比OAC1、OAC2、OAC、OACsup两两相减，结果见表3。各配合比不同方法所得沥青用量差异 表3项 目OAC1-OAC2（%）OAC1OACsup（%）OAC2OACsup（%）OACOACsup（%）1SAC-1600.050.050.05

11、2SAC-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-16I0.80.5

12、-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对表3进行数据整理，为求OAC1与OAC2的平均差值（其它OAC1OACsup、OAC2OACsup、O

13、ACOACsup亦类似），综合各配比OAC1与OAC2的差值，若所有配比OAC1与OAC2差值数据服从正态分布的话，则可取期望作为OAC1与OAC2的平均差值。问题相当于要检验，其中，参数、都未知。先求正态分布未知参数、的极大似然估计，由数理统计学知识可知、的极大似然估计分别是样本均值，样本标准差，所以有=0.248，0.24作分点0.200.20.40.60.8，把的取值分成7个区间。总体落在各个区间（中的概率估计值，可由下式求出：=数据代入，可得计算结果如下：计算结果 表4（）（，0.2）（0.2，0）（0，0.2）（0.2，0.4）（0.4，0.6）（0.6，0.8）（0.8，05864

14、200.03070.12080.26920.3150.19350.06010.010723.3290对0.05，自由度，查2分布表，可得9.488，由于3.3299.488，因此接受，可以认为这些数据服从正态分布。所以可取各配比OAC1与OAC2差值的均值作为OAC1与OAC2的平均差值。检验得服从正态分布后，还可计算期望的水平为95%的置信区间。样本容量=25,样本均值=0.248，修正样本标准差0.24。对10.95，0.05，20.025，120.975，自由度，查t分部表可得2.0639。2.06390.099，=0.2480.099=0.149,=0.248+0.099=0.347。

15、则的水平为95%的置信区间为0.149，0.347。对其它OAC1OACsup、OAC2OACsup、OACOACsup也一样，各配比差值数据均服从正态分布，不再一一赘述。表3中不同方法所得沥青用量差值对各配比情况取均值，结果见表5。不同方法所得沥青用量差值 表5OAC1-OAC2OAC1OACsupOAC2OACsupOACOACsup 均值(%)0.2480.16-0.0880.0368从表5中结果可看出，OAC1方法求得的沥青用量最大，较OAC2方法沥青用量一般要高出0.25%，较OACsup方法沥青用量要高出0.16%，OAC方法与OACsup方法沥青用量相差不大，OAC2方法求得的沥

16、青用量最小。出现上述情况可能是由于以下原因：OAC1方法求设计沥青用量时，空隙率指标要求（35%）较规范要求（36%）减小了，空隙率中值也减小，空隙率中值对应的沥青用量偏大，因此，OAC1方法求得的沥青用量偏大了。OAC2方法求设计沥青用量时，饱和度指标要求（6575%）较规范要求（7085%）减小了，这就使得OACmax值减小，以致OACmax与OACmin的均值（即OAC2）也减小。各配合比不同方法所得沥青用量对应的空隙率、沥青饱和度值见表2。不同方法时所得沥青用量对应的空隙率、沥青饱和度值（对所有配合比求均值）见表6。不同方法时所得沥青用量对应的空隙率和沥青饱和度值 表6空 隙 率（%）

17、沥青饱和度（%）均值标准差均值标准差OAC13.580.7275.634.42OAC24.220.3571.361.04OAC3.910.4273.442.08OACsup4.072.642.64观察表2中数据，OAC1方法得到的沥青用量对应的沥青饱和度明显偏大，25个配合比有14个配合比的沥青饱和度值大于75%，占56%，再从表6知其均值为75.63%，已超过饱和度上限75%；空隙率值明显偏小，其中有5个配合比空隙率小于3%。OAC1方法得到的沥青用量偏大，若以OAC1方法确定最佳沥青用量，沥青路面将易出现泛油及高温车辙。 OAC2方法求得的沥青用量，因其是马歇尔试验各项指标都符合规范要求的

18、沥青用量范围的中值，所以空隙率和饱和度值总是满足规范的要求的，但由表6可知其空隙率均值（4.22%）较空隙率中值4%略大。 OAC方法（取OAC1与OAC2的均值）得到的沥青用量对应的空隙率值较好，从表2中可看到，空隙率都在规定的范围内（3%5%），沥青饱和度也基本上在规范规定的范围内，只有少数略大于75%；再从表4知空隙率均值为3.9%，适中，沥青饱和度均值为73.4%，沥青饱和度值也满足要求。 OACsup（4%空隙率对应的沥青用量）方法得到的沥青用量对应的沥青饱和度值几乎全部满足要求，从表6可知沥青饱和度均值为72.6%，合适。2 结论 OAC1方法求得的沥青用量偏大，OAC2方法求得的沥青用量偏小，不能作为最佳沥青用量确定方法。我国现行规范采用OAC1与OAC2取均值的方法确定的最佳沥青用量与美国