沥青混凝土面层设计方法
近年来，沥青路面在公路面中占居主导地位。随着我国国民经济的迅速发展，公路交通量越来越大，轴载迅速增长，车速不断提高，沥青路面发生的质量问题也越来越多，有的前修后坏，有的使用周期达不到设计年限。这给沥青路面的使用品质提出了愈来愈高的要求，而影响沥青面层使用性能的重要因素是混合料的级配组成。本文对沥青混合料配合比设计作一探讨。
1 级配类型的选择
选择合适的沥青混合料级配类型是确保沥青凝土路面面层质量的前提。沥青混凝土面层的设计一般依据《公路沥青路面施工技术规范》（JTJ032—94）(以下简称《规范》)《公路沥青路面设计规范》（JTJ014—97）和《公路工程集试验规程》（JTJ058—2000）。我国现行规范规定，上面层沥青混合料的最大粒径不宜超过该层厚的1／2，中面层沥青混合料的集料最大粒径不宜超过该层厚的2／3；沥青路面结构层混合料的集料最大公称尺寸不宜超过该层厚的1／3，对于粗的混合料，这个比例还应减小。由此分析，厚度一定的沥青面层，若按《公路沥青路面施工技术规范》最低要求选择级配类型，则沥青混合料集料的粒径普遍偏大，何况还有0～5%的颗粒超过最大粒径，这样势必对沥青混凝土路面的施工带来难以解决的施工难度，如摊铺机的熨平板易拉动大粒径的骨料，尤其比最大粒径大0～5%的超粒径骨料；若采用细料弥补，易破坏沥青混凝土混合料的级配，使局部部位的面层压实度难以控制，或使沥青混凝土面层空隙率偏大，渗水严重等。濮阳市的沥青路面结构多年来一直采用的是4cm+3cm的厚度组合模式，这种组合模式对沥青混合料类型的选择有很大的局限性。4cm的下面层最大粒径一般不超过25mm，3cm上面层最大粒径一般不宜超过15mm；根据近年来濮阳地区路面所用材料的情况，经调查、试验、分析、比较可知，下面层的选择余地较宽，多采用AG-201级配类型。而上面层混合料型的选择非常困难。3cm厚的上面层，按照《沥青路面施工技术规范》的规定，选择AC-10I型较合适，AC-10I型公称最大粒径为13.2mm。最大粒径为15mm。这使我们在选材上有了很大的局限性，要实现这一配合比的合理选择，必须通过两种渠道来把关：一是尽量多的考察集料资源，二是拌和机的振动筛一定要根据不同级配类型要求的筛孔专门定做。
2 原材料的选择
要保证工程质量，必须对工程材料进行严格的选择和检验，这也是在沥青混合料配合比设计前必不可少的一个重要环节。选择、确定原材料应根据设计文件对路面结构和使用品质的要求，按照《规范》的相关规定，结合地材的供应情况，按照相关试验规程的要求进行检验，然后择优选材，使材料的各项技术指标都符合规定的技术要求。
2.1 选材原则
组成沥青混凝土的原材料主要有：不同规格的粗集料、细集料、填充料（矿粉）、胶结料（沥青）。选择原材料按以下原则：技术性好（满足技术指标要求），经济性好，结合环保就地取材。
2.2 沥青的选择
沥青是沥青混凝土的主要组成材料之一，是决定沥青混合料质量的主要因素。因此选择沥青时，除了要注意沥青自身品质的优劣以外，还要注意沥青标号对当地环境、气、气温的适应性，既要兼顾冬季的抗裂性，又要兼顾到夏季的抗塑变能力。近几年，濮阳市根据当地环境、气候条件及交通状况，选择了AH-90广泛应用于路网改造项目中，对提高沥青咱面的使用品质发挥了很大作用。
2.3 粗集料的选择
粗集料在沥青混凝土面层中的作用是通过颗粒间的嵌锁作用提供稳定性，通过其摩擦作用抵抗位移。其形状和表面纹理都影响沥青混凝土的稳定性，所以选择粗集料时，要严格按照粗集料的技术要求选择。即压碎值、磨光值、吸水率、粘附性、针偏状颗粒含量等均符合要求。结合本地区选用的粗集料多为石灰岩，这种耐磨性较差，但与沥青的粘结力非常好，是修筑较薄沥青路面的理想材料。主要规格有：20~40mm、10~20mm、5~10mm、3~6mm。
2.4 细集料的选择
细集料一般是指天然砂、人工砂、石屑等，在沥青混合料中增加颗粒间嵌锁作用，减少粗集料间的孔隙，从而增加混合料的稳定性。选择细集料时，除考虑应满足规范规定的技术指标外还应考虑级配情况，与沥青的粘结力以及耐磨性和对混合料的稳定性。
2.5 填料的选择
选择填料时一定要考虑能否满足亲水性和细度要求，能否改善沥青与集料的粘结力。根据集料的性质不同选择不同的填料，对于碱性集料，可选择磨细的石粉作填料；对于中性材料，可使用磨细的石灰石粉；另外，根据不同情况还可选用水泥消石灰等作填料。
3 沥青混合料配合比设计
《规范》规定对沥青混合料的配合比设计采用三阶段配合比设计法。这一方法的目的是为了使设计程序化和深入化，使设计结果更加符合生产实际，以充分起到指导施工的作用。
3.1 目标配合比设计
根据设计文件结构层的要求，选择相应的合格材料，先进行矿料级配比计算，找出最佳状态的配合比。一般情况下应使试配结果尽量靠近级配范围的中值。参照《规范》推荐，根据以往经验固定一个最佳沥青含量的范围，以0.5%间隔的不同油石比配置5~6组试件，分别进行马歇尔稳定度、孔隙率、试件密度、流值、沥青最佳沥青用量OAC，然后再按最佳沥青用量OAC制件，做水稳定性检验和高温稳定性检验。根据验证结果，若达不到相关规定则另选材料、调整级配或采取其他措施重做试验，直到符合要求，确定出较理想的目标配合比。
3.2 生产配合比设计
目标配合比确定以后，要使实际施工中所采用的沥青混合料拌和设备进行生产配合设计。试验前，首先根据路面结构的级配类型，选择适当尺寸的振动筛。选择时要遵循：
（1）动筛的最大筛孔应使超粒径的矿料排出，保证最大粒径筛孔的通过量在要求的级配范围内；
（2）振动分档应使各热料仓的材料保持均衡，以提高生产效率；
（3）应注意振动筛的孔径要与室内试验方孔筛尺寸的对应关系。试验时，矿料按目标配合比设计的比例由冷料仓取样进行各项指标试验，使其合成级配在要求范围内并大致接近中值，按此配比进行拌和，用热拌合料进行马歇尔试验，此试验的油石比采用目标配合比确定的油石比±0.3%进行试验。按照与目标配合比相同的试验方法确定最佳用油量，所得结果为生产配合比。据此结果根据拌和设备的拌和能力确定每盘料所需各热仓的矿料数量和沥青的数量。
3.3 生产配合比的验证
生产配合比的验证是通过实际施工对预期结果的验证，也是从感性的角度对沥青混合料配合比设计的评估，同时也是对施工单位制定的施工方案的检验，检验期拌和、运输、摊铺、碾压工艺等的可行性和设备的匹配情况。这可从混合料的颜色、拌和均匀度、离析情况、碾压后的表面状况等方面做出判断：同时可组织试验人员对拌和摊铺后的混合料及时取样，进行抽提如马歇尔试验，对碾压段进行钻芯取样等各种检验，并对生产的全过程监控，检查各种设备参数材料投放是否准确。整理出该阶段的所有数据，进行对比分析，若有指标不到规范要求，应对生产配合比或有关工艺做出调整，直至达到设计要求，据此写出总结报告，报监理及业主批准实施。
4 沥青混合料三阶配合比设计的意义
沥青混合料的配合比采用三阶段设计对施工具有非常大的指导意义，其真正使室内试验与施工生产联系在了一起。但是，在实际施工中还应注意以下几点：
（1）必须克服以往只对混合料配合比设计采用目标配合比，而忽视生产配合比和验证配合比；也不能碰到一些指标不合格或试验有困难就放弃。特别应注意在生产配合比设计阶段，要严格控制冷料仓和热料仓的配比；当材料发生变化时，要及时调整配合比。
（2）在进行配合比设计时，要具体问题具体分析，不能死搬硬套《规范》规定。在不脱离《规范》的情况下，根据不同的材料，灵活的进行配比设计。
（3）在配合比设计过程中，要和施工生产的实际情况相结合，不能脱离现有的技术条件；同时要严格施工管理，使混合料的生始终控制在设计的最佳状态。
（1）首先根据题目中已知，判断其干湿类型，然后根据路基土确定土基回弹模量设计值；
（2）根据题目中已知各车型的交通量判断累计标准轴次是多少年；
（3）设计轴载
换算方法有弯沉及沥青层拉应力指标、半刚性层拉应力指标
（4）设计方案
计算结构层厚度，并进行验算防冻厚度。
JTG D50-2017《公路沥青路面设计规范》较原JTG D50—2006的主要区别有：
1. 调整了交通荷载分级，增加了极重交通等级；采用累计当量轴载作用次数划分交通荷载等级应用不便，以货车交通量划分更为合适，新规范以路面设计期内累计交通量划分交通荷载等级；
2. 取消垫层的说法，沥青路面结构层自上而下可由面层。基层。底基层和必要的功能层组成。功能层包括防冻层、排水层、隔离层、粒层、透层等；
3. 路床顶面回弹模量要求与原规范有了较大的提高，约为原规范的2~3倍。原规范路床回弹模量采用压入承载板实验；新规范以三轴实验测试路基回弹模量来确定。原规范采用最不利季节路基的湿度，本规范采用路基平衡时的湿度；
4. 调整了路基湿度状况分类指标及标准，引入了温度调整系数和等效温度；
5. 原规范采用稠度来表征路基干湿状态，但稠度无法反映非粘性土的湿度状态和准确反映对回弹模量的影响。另外含水率变化同时引起土密实度变化，因而也是影响回弹模量的一项主要因素。而土的饱和度反映了含水率及密实度的影响。因此改用饱和度来表征；
6. 采用针对具体损坏的设计指标体系。增加了路基永久变形、沥青层永久变形和路面低温开裂设计指标，改进了沥青层和无机结合料层疲劳开裂预估模型，取消了路表弯沉值指标；
7. 改变了路面材料和路基的设计参数，调整了测试方法，规定了确定路面材料和路基设计参数的三个层次；
8. 规范了轴载谱及交通参数的调查分析方法；
9. 梳理了章节安排，突出了结构组合设计要求，规范了术语和符号
沥青的用途：
主要用途是作为基础建设材料、原料和燃料，应用范围如交通运输（道路、铁路、航空等）、建筑业、农业、水利工程、工业（采掘业、制造业）、民用等各部门。
简介：
沥青的类别：
1、煤焦沥青
煤焦沥青是炼焦的副产品，即焦油蒸馏后残留在蒸馏釜内的黑色物质。它与精制焦油只是物理性质有分别，没有明显的界限，一般的划分方法是规定软化点在26．7℃（立方块法）以下的为焦油，26．7℃以上的为沥青。煤焦沥青中主要含有难挥发的蒽、菲、芘等。这些物质具有毒性，由于这些成分的含量不同，煤焦沥青的性质也因而不同。温度的变化对煤焦沥青的影响很大，冬季容易脆裂，夏季容易软化。加热时有特殊气味；加热到260℃在5小时以后，其所含的蒽、菲、芘等成分就会挥发出来。
2、石油沥青
石油沥青是原油蒸馏后的残渣。根据提炼程度的不同，在常温下成液体、半固体或固体。石油沥青色黑而有光泽，具有较高的感温性。由于它在生产过程中曾经蒸馏至400℃以上，因而所含挥发成分甚少，但仍可能有高分子的碳氢化合物未经挥发出来，这些物质或多或少对人体健康是有害的。
3、天然沥青
天然沥青储藏在地下，有的形成矿层或在地壳表面堆积。这种沥青大都经过天然蒸发、氧化，一般已不含有任何毒素。
沥青材料分为地沥青和焦油沥青两大类。地沥青又分为天然沥青和石油沥青，天然沥青是石油渗出地表经长期暴露和蒸发后的残留物；石油沥青是将精制加工石油所残余的渣油，经适当的工艺处理后得到的产品。焦油沥青是煤、木材等有机物干馏加工所得的焦油经再加工后的产品。工程中采用的沥青绝大多数是石油沥青，石油沥青是复杂的碳氢化合物与其非金属衍生物组成的混合物。通常沥青闪点在240℃~330℃之间，燃点比闪点约高3℃~6℃度，因此施工温度应控制在闪点以下。
一、路面结构组成
1．沥青路的结构层可由面层、基层、底基层、垫层组成。
2．面层是直接承受车轮荷载反复作用和自然因素影响的结构层，可由一至三层组成。表面层应根据使用要求设置抗滑耐磨、密实稳定的沥青层；中面层、下面层应根据公路等级、沥青层厚度、气候条件等选择适当的沥青结构层。
3．基层是设置在面层之下，并与面层一起将车轮荷载的反复作用传布到底基层、垫层、土基，起主要承重作用的层次。基层材料的强度指标应有较高的要求。
4．底基层是设置在基层之下，并与面层、基层一起承受车轮荷载反复作用，起次要承重作用的层次。底基层材料的强度指标要求可比基层材料略低。
5．基层、底基层视公路等级或交通量的需要可设置一层或两层。当基层或底基层较厚需分两层施工时，可分别称为上基层、下基层，或上底基层、下底基层。
6．垫层是设置在底基层与土基之间的结构层，起排水、隔水、防冻、防污等作用。
二、设计步骤
1．根据设计任务书的要求，确定路面等级和面层类型、计算设计年限内一个车道的累计当量轴次和设计弯沉值。
2．按路基土类与干湿类型，将路基划分为若干路段(在一般情况下路段长度不宜小于500m，若为大规模机械化施工，不宜小于1km)，确定各路段土基回弹模量值。
3．可参考附录A推荐结构，拟定几种可能的路面结构组合与厚度方案，根据选用的材料进行配合比试验及测定各结构层材料的抗压回弹模量、抗拉强度，确定各结构层材料设计参数。
4．根据设计弯沉值让算路面厚度。对高速公路、一级公路、二级公路沥青混凝土面层和半刚性材料的基层、底基层，应验算拉应力是否满足容许拉应力的要求．如不满足要求，或调整路面结构层厚度，或变更路面结构组合，或调整材料配合比、提高极限抗拉强度，再重新计算．上述计算应采用多层弹性体系理论编制的专用设计程序进行．
（对于季节性冰冻地区的高级和次高级路面，尚应验算防冻厚度是否符合要求。）
