沥青混合料的材料组成设计主要包含矿料级配设计和更佳油石比设计两部分，而对于原材料及矿料级配已选定的沥青混合料，其更佳沥青用量是决定沥青混合料能否具有优良路用性能的关键影响因素。因此，本文对比分析了现有沥青混合料更佳油石比设计的四种确定 *** :马歇尔试验设计法、Superpave设计法、GTM设计 *** 和力学指标设计法，在此基础上，提出了以满足项目使用要求为目标的更佳油石比优化设计 *** ，并优化设计了某工程ATB-25沥青混合料的油石比。

设计级配

本项目依托某高速公路工程，施工图设计推荐路面下面层为8cmATB-25密级配沥青稳定碎石混合料，层位功能要求以高温抗车辙性能、抗疲劳性能为主，同时应兼有良好的水稳定性和低温防开裂性能，本文在其矿料设计级配已经确定的基础上，对更佳沥青用量展开优化设计。

更佳油石比优化设计 ***

通过对现有沥青混合料更佳油石比设计 *** 进行对比分析，确定适合项目使用要求的更佳油石比优化设计 *** 。

更佳油石比设计 *** 对比分析

目前，国内外沥青混合料更佳油石比的设计 *** 主要有马歇尔试验设计法、Superpave设计法、GTM设计法和力学指标设计法四种，对各设计 *** 的特点进行对比分析如下:

(1)马歇尔试验 *** 侧重中于体积指标(毛体积密度、空隙率和沥青饱和度)的确定，是一种基于混合料体积参数确定更佳油石比的配合比试验 *** ，虽然对稳定度和流值有相应标准要求，但现有研究已证实其与沥青混合料的路用性能关系不够明显，但其试验设备价格低廉、易于操作、方便上手;

(2)Superpave设计 *** 也是典型的体积设计法，以沥青混合料的体积指标作为确定更佳油石比的参数，采用旋转压实法成型试件，但更佳油石比确定过程中仅对水敏感性进行了试验，不能完全体现沥青混合料的路用性能，且其试验设备价格较高、不易维修，试验数据受试验仪器的影响较大，且试验要求难以实现;

(3)GTM设计法实质上是一种保证沥青混合料高温性能的设计 *** ，但其并没有考虑到路面的其他路用性能，不能防止沥青混凝土路面的裂缝、水损等病害。另外，GTM设计法对于混合料的体积指标并不明确，而且该 *** 还存在成本高、技术要求高和维修困难等问题，不适合我国的现有国情;

(4)力学指标设计法依据混合料的强度形成理论以材料摩阻力和粘聚力为力学指标，重点考虑了抗变形性能和抗疲劳性能，并结合混合料体积指标综合确定沥青混合料的更佳油石比，试验简单方便，可在常规的抗压和劈裂强度下完成试验设计。

更佳油石比优化设计 ***

以沥青混凝土的路用性能可满足项目使用要求为设计目标，需要将现有沥青混合料基于材料性能的设计 *** 转变为基于路用性能的设计 *** ，但仍离不开对沥青混合料体积性能的分析和设计。因此，结合我国现有国情，并根据上节对现有常用更佳油石比设计 *** 的分析对比，对于选定的原材料及混合料矿料级配，推荐沥青混合料更佳油石比优化设计 *** 为基于马歇尔试验的力学指标优化设计法。具体步骤如下所示:

(1)采用马歇尔击实仪成型试件，测定不同油石比下的试件毛体积密度、空隙率等体积指标，初定更佳油石比;

(2)按照我国现行规范规定的试验 *** 进行抗压强度和劈裂强度试验，得出不同油石比下的抗压强度值R和抗拉强度值r;

(3)绘制R×r与油石比关系曲线图，确定更佳油石比范围;

(4)基于项目路用性能使用要求，综合考虑空隙率、矿料间隙率、抗压和抗拉强度等体积及力学指标，优化确定更佳油石比。

ATB-25混合料更佳油石比优化设计

采用上文基于马歇尔试验的力学指标优化设计 *** ，依据项目ATB-25沥青混合料的路用性能使用要求进行更佳油石比设计。

马歇尔试验设计法

采用上述ATB-25优选的矿料设计级配，按照我国现行规范中的马歇尔标准击实试验 *** ，以油石比为3.0%、3.4%、3.8%、4.2%和4.6%，双面各击实75次，分别成型直径101.6mm、高度63.5mm的圆柱体试件进行试验。

按照我国现行规范中确定油石比的 *** ，分别绘制毛体积相对密度、空隙率、矿料间隙率、饱和度、稳定度、流值与油石比的关系图。

依据我国现行规范JTGF40—2004，取稳定度更大值、密度更大值、空隙率中值、饱和度范围中值分别对应的油石比a1、、a3、a4的平均值作为OAC1，但当密度或稳定度未出更大值时，可采用空隙率中值4.7%对应的油石比作为OAC1，OAC2为符合全部沥青混合料技术标准(除VMA)的OACmin和OACmax的中值，更佳沥青用量OAC取OAC1和OAC2的平均值。

因此，可知，OAC1取空隙率中值所对应的油石比3.9%，OAC2取马歇尔参数共同范围所对应油石比的最小值和更大值的平均值，即3.2%与4.3%的平均值3.75%，故更佳油石比OAC为3.825%。

力学指标设计法

采用上述ATB-25混合料的矿料设计级配，抗压强度试验按静压法进行，劈裂试验按照我国现行规范中的马歇尔试验 *** 进行。

采用混合料粘聚力更大时的油石比作为更佳油石比，确定本文ATB-25沥青混合料的更佳油石比为3.8%。

ATB-25更佳油石比的评价优选

本文ATB-25沥青混合料的层位功能以高温抗车辙性能、抗疲劳性能为主，同时应兼有良好的水稳定性和低温防开裂性能。由我国现行规范可知由马歇尔试验设计法确定更佳油石比的沥青混合料具有各项体积指标优良的特性;力学指标法综合考虑了沥青混合料的抗变形、抗疲劳和防开裂性能，故由力学指标法确定更佳油石比的沥青混合料具有抗车辙性能、抗疲劳性能及防开裂更佳的特性。

因此，为保证ATB-25沥青混合料的路用性能，同时均衡马歇尔体积指标，综合马歇尔试验法及力学指标法，确定ATB-25混合料的更佳油石比为3.8%。

ATB-25混合料路用性能评价

对优化更佳油石比下的ATB-25混合料进行路用性能评价，重点评价其抗车辙性能及抗疲劳性能，并附加低温性能及水稳定性能指标。

高温性能评价

按照我国现行规范对ATB-25沥青稳定碎石混合料进行高温性能评价。

试验结果可以看出，采用本项目ATB-25沥青稳定碎石混合料优化的油石比可满足高温性能的要求。

低温性能评价

按照我国现行规范对ATB-25沥青稳定碎石混合料进行低温性能评价。

参考我国现行规范及前文对本项目温度场的分析，以低温弯曲试验破坏应变不小于2000进行控制，由试验结果可以看出，ATB-25混合料优化的油石比，可满足低温性能的要求。

水稳定性能评价

按照我国现行规范对ATB-25沥青稳定碎石混合料进行水稳定性能评价。

由试验结果可知，ATB-25混合料优化的油石比可满足水稳定性能的要求。

疲劳性能评价

采用我国现行规范中的间接拉伸疲劳试验即劈裂试验对ATB-25混合料的疲劳性能进行评价。由本文更佳油石比优化设计的力学指标法可知，ATB-25沥青混合料在优化油石比条件下的劈裂强度更大，由结构层疲劳寿命与混合料的劈裂强度和结构层拉应力的关系可知，当结构层拉应力一定时，沥青混合料的疲劳寿命与劈裂强度成正比，劈裂强度越大则抗疲劳能力越强。因此，可以认为ATB-25优化油石比在其他路用性能较优的情况下，疲劳性能同样优良。

结语

(1)系统对比分析了现有4种沥青混合料更佳油石比设计 *** 的特点，提出了基于马歇尔试验的力学指标优化设计法。

(2)优化设计了ATB-25混合料更佳油石比，确定了满足项目路用性能使用要求的更佳油石比为3.8%。

(3)更佳油石比条件下ATB-25沥青混合料各项路用性能优良，均能满足项目使用要求，验证了该更佳油石比优化设计 *** 的科学性。

关键词： 油石比设计 沥青混凝土的路用性能 力学指标 马歇尔试验设计法