高速公路下面层AC-25型沥青混合料目标配合比设计方案

1 高速公路下面层 沥青混合料目标配合比设计方案 （二）设计内容 1. 按公路工程集料试验规程 (42公路工程沥青及沥青混合料试验规程 (原材料的各项物理力学指标进行试验并判断材料的性能； 2. 按集料的筛分结果，并按公路沥青路面施工技术规范 (40对其进行矿料组成设计，提出三个设计方案； 3. 按公路沥青路面施工技术规范 (40公路工程沥青及沥青混合料试验规程 (规定，分别对 沥青混凝土三个设计方案进行马歇尔试验，并确定出最佳用油量； 4. 依据确定的最佳沥青用量，分别对 5. 依据确定的最佳沥青用量，分别对 6. 依据确定的最佳沥青用量，分别对 （三）试验过程 受基质沥青质量的影响，建设单位提出采用掺加低剂量 改性沥青，针对该情况，我部在前期已完成的下面层原基质沥 青混合料目标配合比设计的基础上，对其进行了优化及配合比试验，通过检验沥青混合料的高温稳定性、水稳定性和渗水系数，最终提出本项目下面层目标配合比设计的优选方案。 （四）原材料选用 本项目下面层 料粒径规格分别为 0 25 0 20 15 5矿粉由石灰岩磨细制成；水泥采用 “ 粤花 ” 牌 泥；第一阶段沥青为壳牌新粤 (佛山 )沥青有限公司生产的 交通道路石油沥 青 二阶段沥青为壳牌新粤（佛山）沥青有限公司生产的低剂量 性沥青。 沥青混 2 凝土目标配合比设计 （一）原材料试验 1. 沥青试验 沥青试验严格按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程（ 52要求和方法进行，基质沥青性能指标试验结果见表 1所列。 壳牌新粤 (佛山 )重交通道路石油沥青 验结果 表 1 项 目 试验结果 设计要求 试验依据 针入度 (10， 100g， 5s， 16 - 入度 (15， 100g， 5s， 22 - 针入度 (20， 100g， 5s， 36 - 针入度 (25， 100g， 5s， 66 60 80 针入度 (30， 100g， 5s， 112 - 针入度指数 度 (5cm/10， 脆断 15 度 (5cm/15， 100 100 软化点 ( ) 7 54 力粘度 (60， - 180 240 动粘度 (135， 测 动粘度 (165， 测 闪点 ( ) 260 260 蜡量 (蒸馏法 )( ) 解度 ( ) 度 (15 ) 测 转薄膜加热试验 (163 ， 5h) 量损失 ( ) 残留针入度比 ( ) 61 6 1 留延 度 (5cm/10， 10 6 留延度 (5cm/15 ， 50 注：试验结果显示，软化点和残留针入度接近低值，将影响沥青的抗高温变形能力和抗老化性能。 根据表 1 中所测定不同温度的运动粘度，绘制粘温曲线，以确定适宜的沥青混合料拌和及压实温度，如图 1所示，拌和温度宜为 153 158，压实温度宜为 143 147 。 3 10 120 130 140 150 160 170 180 190 200温度（）粘度（Pas） 粘温曲线 改用掺加 2和 3 性剂的低剂量改性沥青后，严格按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程（ 52要求和方法对低剂量改性沥青进行了相关试验，改性沥青性能指标试验结果见表 2 所列。鉴于低剂量 性沥青已具有改性沥青的特点，对其指标要求应高于基质沥青，但个别指标略低于 性沥青的要求，结合 3 剂量改性沥青的指标检测结果，提出了表 2中的指标检测内容和要求范围，作为本项目下面层施工过程中进场沥青的质量评价标准。 壳牌新粤 (佛山 )试验结果 表 2 项 目 试验结果 施工要求 试验依据 掺 2 性剂 掺 3 性剂 针入度 (15， 100g， 5s， 入度 (25， 100g， 5s， 65 针入度 (30， 100g， 5s， 针入度指数 度 (5cm/ 5， 25 软化点 ( ) 5 5 动粘度 (135， 3 动粘度 (175， 测 闪点 ( ) - - 260 解度 ( ) - - 性恢复 (25， ) 75 84 75 度 (15 ) - 测 转薄膜加热试验 (163 ， 5h) 量损失 ( ) - - 残留针入度比 ( ) - 75 6 5 留延度 (5cm/5 ， - 22 10 4 2. 沥青与集料的粘附性试验 本试验采用 的水煮法，沥青与粗集料粘附性试验结果见表 3、表 4所列。 基质沥青与集料粘附性试验结果 表 3 基质沥青与集料粘附性 试验后石料表面上沥青膜剥落情况 粘附性等级 沥青膜有少部分为水所移动，剥离面积百分率少于 10 4 备注 所用石料为石灰岩 低剂量 性沥青与集料粘附性试验结果 表 4 低剂量改性沥青与集料粘附性 试验后石料表面上沥青膜剥落情况 粘附性等级 掺 2 性剂 掺 3 性剂 沥青膜有少部分为水所移动，剥离面积百分率少于 10 4 4 备注 所用石料为石灰岩 3. 集料 试验 集料试验 严格按照公路工程集料试验规程 (42要求和方法进行 ，粗、细集料试验结果分别见表 5、表 6所列。 粗集料试验结果 表 5 试验项目 单位 试验结果 规范标准 试验依据 洛杉矶磨耗损失 - 30 2005 压碎值 25 2005 粘附性 级 4 4 1993 表观相对密度 10 25石 - 2005 10 20石 15石 水率 10 25石 2005 10 20石 15石 5 坚固性 - 12 2000 冲击值 - 28 2000 软石含量 - 5 2000 针片状颗粒含量 (混合料 ) 其中粒径大于 中粒径小于 18 15 20 2005 水洗法 粒含量 10 25石 1 2005 10 20石 15石 种集料的毛体 积相对密度 10 25石 - 2005 10 20石 15石 种集料的松装密度 10 25石 t/ 2005 10 20石 15石 种集料的干捣密度 10 25石 t/ 10 20石 15石 集料试验结果 表 6 试验项目 单位 试验结果 规范标准 试验依据 表观相对密度 - 2005 毛体积相对密度 - - - 2005 紧装密度 g/ 1994 砂当量 61 60 2005 坚固性 - 12 2005 亚甲蓝值 g/ 25 2005 棱角性 (流动时间 ) s - 30 2005 注： 1)石屑的砂当量值偏低，应加强碎石生产过程中的除尘效果，减少已开采碎石被山体泥土污染，此外， 对矿料的一些指标要求缺乏相应的检测，不利于对面层矿料的质量控 制，应按要求频率进行检测。 6 4. 矿粉及水泥试验 矿粉及水泥试验结果见表 7所列。 矿粉及水泥技术指标 表 7 试验项目 单位 试验结果 规范标准 试验依据 表观相对密度 矿粉 t/泥 矿粉亲水系数 - 1 水量 1 性指数 - 2 4 度范围 100(100) 00) 100 90 100 75 100 ：括号内数值为水泥粒度范围。 7 （二） 沥青混凝土目标配合比设计 在目标配合比设计推荐的优选级配方案及最佳油石比 基础上，方案 采用掺加 2和 3 性剂的低剂量改性沥青，对 个油量进行马歇尔试验，方案 采用掺加 3 性剂的低剂量改性沥青，对 个油量进行马歇尔试验。 1. 掺 2 性剂的改性沥青目标配合比试验（方案 ） 1)原材料筛分及合成级配 沥青混凝土合成矿料级配组成 (方案 ) 表 8 筛孔 尺寸 (原材料级配通过百分率 ( ) 合成级配( ) 规范推荐范围( ) 10 25石 10 20石 5 15石 0 5屑 矿粉 水泥 00 00 0 100 5 90 5 83 7 76 5 65 4 52 6 42 2 33 24 17 13 7 掺配比例 ( ) / 8 2)方案矿料合成级配曲线如图 2所示。 m m )通过百分率(%)下限 上限 中值 A C - 2 5 目标配合比图 2 (方案 )矿料合成级配曲线图 3） 马歇尔试验结果及最佳沥青用量确定 马歇尔试验结果见表 9。 沥青混合料马歇尔试验结果 表 9 试件 组号 油石比( ) 试件相对密度 空隙率( ) 矿料间隙率( ) 沥青饱和度( ) 稳定度(流值 (实际 理论 1 术 要求 - - - 3 6 8+设计空隙率 55 70 5 40 注： 1)沥青加热温度控制在 160，上下浮动 5；矿料加热温度为 170 180；混合料拌和温度为 160，上下浮动 5；击实温度为 148；混合料废弃温度 195； 2)沥青混合料理论最大相对密度采用计算法得出。 最佳沥青用量确定 由表 9得出的油石比与各项测定指标的关系曲线如图 3所示。 9 图 3 ）稳定度（）空隙率（%）流值（）饱和度（%）矿料间隙率（%）)稳定度(隙率(%)饱和度(%)流值(共范围 10 根据曲线图，由于稳定度没有出现峰值，所以采用目标空隙率 应的油石比作为 以得到： ， 各项指标均符合沥青混合料技术要求的沥青油石比范围为 最佳油石比的初始值 此范围内。 根据 结合省内类似工程的沥青用量和使用效果、本项目公路等级和交通情况以及所在结构层位受力要求，综合 确定 且 于 形曲线最小值的贫油一侧， 当 ，空隙率为 为 ，满足设计要求。 4)最佳油石比马歇尔试验 佳油石比马歇尔试验结果 表 10 试件 组号 油石比( ) 试件相对密度 空隙率( ) 矿料间隙率( ) 沥青饱和度( ) 稳定度(流值 (实际 理论 1 术 要求 - - - 3 6 8+设计空隙率 55 70 5 40 注： 1)沥青加热温度控制在 160，上下浮动 5；矿料加热温度为 170 180；混合料拌和温度为 160，上下浮动 5；击实温度为 148；混合料废弃温度 195； 2)沥青混合料理论最大相对密度是采用计算法得出。 5)浸水马歇尔试验 留稳定度试验结果 表 11 油石比 ( ) 浸水时间 稳定度 (残留稳定度 ( ) 试验结果 平均值 08h 11 6)冻融劈裂试验 融劈裂试验结果 表 12 油石比 ( ) 试验条件 稳定度 (劈裂抗拉强度(冻融劈裂强度比 ( ) 经受冻融循环 受冻融循环 )车辙试验 辙试验结果 表 13 车辙板尺寸： 300 300 50 拌和温度： 160 碾压温度： 140 行走距离： 23 1 轮压： 验编号 试验温度 ( ) 动稳定度 (次 /平均值 (次 / 60 5625 5673 5727 5667 8)渗水试验 水试验结果 表 14 试验编号 初始读数时间 (s) 初始读数 (终读数时间 (s) 终读数 (渗水系数 (ml/ 0 100 180 340 80 0 100 180 330 87 0 100 180 360 77 12 2. 掺 3 性剂的改性沥青目标配合比试验（方案 ） 1） 马歇尔试验结果及最佳沥青用量确定 马歇尔试验结果见表 15。 沥青混合料马歇尔试验结果 表 15 试件 组号 油石比( ) 试件相对密度 空隙率( ) 矿料间隙率( ) 沥青饱和度( ) 稳定度(流值 (实际 理论 1 术 要求 - - - 3 6 8+设计空隙率 55 70 5 40 注： 1)沥青加热温度控制在 160，上下浮动 5；矿料加热温度为 170 180；混合料拌和温度为 160，上下浮动 5；击实温度为 148；混合料废弃温度 195； 2)沥青混合料理论最大相对密度采用计算法得出。 最佳沥青用量 确定 由表 15得出的油石比与各项测定指标的关系曲线如图 4所示。 根据曲线图，由于稳定度没有出现峰值，所以采用目标空隙率 应的油石比作为 以得到： ， 各项指标均符合沥青混合料技术要求的沥青油石比范围为 最佳油石比的初始值 此范围内。 根据 结合省内类似工程的沥青用量和使用效果、本项目公路等级和交通情况以及所在结构层位受力要求， 综合确定 当 时，空隙率为 为 ，满足设计要求。 13 % ） % ）稳定度（ % ）空隙率（%） % ）流值（ % ）饱和度（%） % ）矿料间隙率（%）)稳定度(隙率(%)饱和度(%)流值(共范围图 4 标配合比确定沥青用量图 14 2)最佳油石比马歇尔试验 表 16 试件 组号 油石比( ) 试件相对密度 空隙率( ) 矿料间隙率( ) 沥青饱和度( ) 稳定度(流值 (实际 理论 1 术 要求 - - - 3 6 8+设计空隙率 55 70 5 40 注： 1)沥青加热温度控制在 160，上下浮动 5；矿料加热温度为 170 180；混合料拌和温度为 160，上下浮动 5；击实温度为 148；混合料废弃温度 195； 2)沥青混合料理论最大相对密度是采用计算法得出。 3)浸水马歇尔试验 留稳定度试验结果 表 17 油石比 ( ) 浸水时间 稳定度 (残留稳定度 ( ) 试验结果 平均值 048h 4)冻融劈裂试验 融劈裂试验结果 表 18 油石比 ( ) 试验条件 稳定度 (劈裂抗拉强度(冻融劈裂强度比 ( ) 经受冻融循环 受冻融循环 15 5)车辙试验 辙试验结果 表 19 车辙板尺寸： 300 300 50 拌和温度： 160 碾压温度： 140 行走距离： 23 1 轮压： 验编号 试验温度 ( ) 动稳定度 (次 /平均值 (次 / 60 7079 7138 6923 7412 6)渗水试验 水试验结果 表 20 试验编号 初始读数时间 (s) 初始读数 (终读数时间 (s) 终读数 (渗水系数 (ml/ 0 100 180 354 85 0 100 180 200 33 0 100 180 252 51 3. 掺 3 性剂的改性沥青目标配合比试验（方案 ） 1)原材料筛分及合成级配 沥青混凝土合成矿料级配组成 (方案 ) 表 21 筛孔 尺寸 (原材料级配通过百分率 ( ) 合成级配( ) 规范推荐范围( ) 10 25 石 10 20石 5 15石 0 5屑 矿粉 水泥 00 00 0 100 5 90 5 83 7 76 5 65 4 52 6 42 2 33 24 16 17 13 7 掺配比例 ( ) / 2)方案 矿料合成级配曲线如图 5所示。 图 5 (方案 )矿料合成级配曲线图 3） 马歇尔试验结果及最佳沥青用量确定 马歇尔试验结果见表 22。 沥青混合料马歇尔试验结果 表 22 试件 组号 油石比( ) 试件相对密度 空隙率( ) 矿料间隙率( ) 沥青饱和度( ) 稳定度(流值 (实际 理论 1 术 要求 - - - 3 6 8+设计空隙率 55 70 5 40 注： 1)沥青加热温度控制在 160，上下浮动 5；矿料加热温度为 170 180；混合料拌和温度为 160，上下浮动 5；击实温度为 148；混合料废弃温度 195； 2)沥青混合料理论最大相对密度采用计算法得出。 m m )通过百分率(%)下限 上限 中值 A C - 2 5 目标配合比 17 最佳沥青用量确定 由表 22得出的油石比与各项测定 指标的关系曲线如图 6所示。 图 6 ）稳定度（）空隙率（%）流值（）饱和度（%）矿料间隙率（%）% )稳定度(隙率(%)饱和度(%)流值(共范围 18 根据曲线图，由于稳定度没有出现峰值，所以采用目标空隙率 应的油石比作为 以得到： ， 各项指标均符合沥青混合料技术要求的沥青油石比范围为 最佳油石比的初始值 此范围内。 根据 结合省内类似工程的沥青用量和使用效果、本项目公路等级和交通情况以及所在结构层位受力要求， 综合确定 当 ，空隙率为 为 ，满足设计要求。 4)最佳油石比马歇尔试验 佳油石比马歇尔试验结果 表 23 试件 组号 油石比( ) 试件相对密度 空隙率( ) 矿料间隙率( ) 沥青饱和度( ) 稳定度(流值 (实际 理论 1 术 要求 - - - 3 6 8+设计空隙率 55 70 5 40 注： 1)沥青加热温度控制在 160，上下浮动 5；矿料加热温度为 170 180；混合料拌和温度为 160，上下浮动 5；击实温度为 148；混合料废弃温度 195； 2)沥青混合料理论最大相对密度是采用计算法得出。 5)浸水马歇尔试验 留稳定度试验结果 表 24 油石比 ( ) 浸水时间 稳定度 (残留稳定度 ( ) 试验结果 平均值 048h 19 6)冻融劈裂试验 融劈裂试验结果 表 25 油石比 ( ) 试验条件 稳定度 (劈裂抗拉强度(冻融劈裂 强度比 ( ) 经受冻融循环 受冻融循环 )车辙试验 辙试验结果 表 26 车辙板尺寸： 300 300 50 拌和温度： 160 碾压温度： 140 行走距离： 23 1 轮压： 验编号 试验温度 ( ) 动稳定度 (次 /平均值 (次 / 60 7159 7473 8181 7079 8)渗水试验 水试验结果 表 27 试验编号 初始读数时间 (s) 初始读数 (终读数时间 (s) 终读数 (渗水系数 (ml/ 0 100 180 26