沥青混凝土混合料组成设计.ppt

沥青混凝土混合料组成设计方法,内 容 提 要,一、沥青混凝土设计总论,沥青混凝土设计的目标是确定可用于生产、铺筑沥青路面的沥青混凝土各组成材料的配合比，由此配合比形成的混合料，其各种技术性能指标能满足规范指标要求、具有良好的工作性、可用摊铺设备均匀地铺筑。,沥青混凝土配合比设计三阶段,目标配合比设计阶段,生产配合比设计阶段,生产配合比验证阶段,二、混合料组成设计马歇尔法,1. 矿料级配理论 2. 马歇尔设计法设计原理 3. 马歇尔设计步骤 4. 设计综合示例,矿料级配理论,最大密度理论：认为“矿料的颗粒级配曲线愈接近抛物线, 其密度愈大”, 主要描述了连续级配的粒径分布, 用于计算连续级配。 粒子干涉理论：可用于计算连续级配、间断级配和折断级配。 分形理论：是近年来随着材料学的发展, 将分形几何理论应用于路面材料集料级配研究而出现的一种新方法, 目前研究很少。,马歇尔设计法设计原理,混合料的主要技术指标是通过马歇尔试验测定，将测定的技术指标值与规范所规定的马歇尔技术指标要求值进行对比，通过对材料品种、配合比例的反复调整，使所设计的沥青混合料的各项马歇尔技术指标满足规范的要求值。,采用技术标准,1、公路沥青路面施工技术规范 （JTG F40-2004） 2、公路工程集料试验规程 （JTG E42-2005） 3、公路工程沥青及沥青混合料试验规程 （JTJ052-2000）,马歇尔设计步骤,目标配合比设计主要步骤 1、材料准备 2、矿质混合料的配合比组成设计 确定沥青混合料类型 确定矿料的最大粒径 确定矿质混合料的级配范围 矿质混合料配合比例计算,3、通过马歇尔试验确定沥青混合料最佳沥青用量 制备试样 根据推荐的沥青用量范围，估计适宜的油石比，然后按0.5沥青量间隔增减变化沥青用量，制备不少于5种沥青用量的马歇尔试件，每组马歇尔试件不少于4个； 每个试件均分别分级备料、分别拌和，拌和、击实试件温度严格按照规范要求；,测定计算物理、力学指标 压实沥青混合料试件视密度、最大理论密度、残留空隙率、矿质骨架间隙率、饱和度等指标； 马歇尔试件的稳定度、流值；,分析马歇尔试验结果确定最佳沥青用量 绘制沥青用量与物理、力学指标关系图，以沥青用量为横坐标，以视密度、空隙率、饱和度、稳定度、流值为纵坐标。,确定最佳沥青用量的初始值OACl和OAC2 OACl = (1+2+3)3 OAC2 = (OACmin+OACmax)2 综合确定最佳沥青用量OAC OAC=（ OACl + OAC2）/ 2 式中：l 稳定度最大值的沥青用量 2 最大密度的沥青用量 3 空隙率范围中值的沥青用量 OACminOACmax ：各项指标对应的沥青用量公共范围,进行水稳性与高温抗车辙能力检验 水稳定性检验 制作马歇尔试件进行浸水马歇尔试验 ，沥青混凝土残留稳定度不低于75。 高温抗车辙能力检验 用于上、下面层的沥青混凝土，在60下车辙试验的动稳定度：对高速公路、城市快速路不小于800次mm；对一级公路及城市主干路宜不小于600次mm。,配合比设计综合示例,1、配合比设计第一阶段：目标配合比的设计 材料选择和原材料试验 沥青选择标号为AH90 粗集料检测各项指标均符合要求；1030mm碎石的表观密度为2.8181g/cm3、1020mm碎石的表观密度为2.8364 g/cm3,不同规格原粗集料的筛分结果 细集料采用某地河砂，细度模数3.02，属中砂偏粗，表观密度为2.6227g/cm3,填料采用当地石灰石矿粉 矿质混合料的配合比组成设计 进行矿料级配计算得到的各材料的配合比结果： 1030m碎石：1020mm碎石：35mm石屑：砂：矿粉30：20：15：28：7,马歇尔指标测定 最佳油石比如下： OACl=4.54% OAC2=4.31% 最佳油石比OAC=4.4% 相应的最佳沥青用量：4.2%,高温稳定性检验 测得的动稳定度为3150次mm，符合规范“不小于800次mm”的规定要求。 水稳定性检验 残留稳定为100.1，符合规范规定不得小于75的要求。,2、配合比设计第二阶段：生产配合比的设计 该工程采用的振动筛为32mm、20mm、10mm、4mm四级，筛分后在热料仓取样。,计算合成级配均符合规定设计范围的要求。设计的矿料配合比为：4号仓(2030)：3号仓(1020)：2号仓(410)：1号仓(04)：矿粉= 24：28：16：26：6,经计算得：OACl 4.63%、OAC24.95%；此结果与目标配合比设计结果相差0.4%，基本吻合，结合以往经验，征求各方意见，决定采用平均值即油石4.6%(沥青用量4.4%) 作为生产配合比的建议油石比供试拌试铺使用 。,拌和机每一锅拌和能力为1600kg，故各料仓的用量为： 4号仓(2030)： 1600 (14.4%) 24% 367(kg) 3号仓(1020)： 1600 (14.4%) 28% 428(kg) 2号仓(410)： 1600 (14.4%) 16% 245(kg) 1号仓(04)： 1600 (14.4%) 26% 398(kg) 矿粉： 1600 (14.4%) 6% 92(kg) 沥青： 1600 4.4% 70(kg),3、配合比设计第三阶段：生产配合比的验证 该工程按上述配合比及4.6%油石比试拌试铺时，级配及油石比均认为符合经验认识。比较正常，取样测定马歇尔指标为： 稳定度11.1kN，流值3.5mm，空隙率3.7%，沥青饱和度78.5%，实际油石比4.55%。,浸水马歇尔试验和车辙试验进行验证 试验结果表明：高温及水稳均符合规范要求。由此，可以认为，生产配合比经验证是可行的,最后试验室编写配合比设计报告及试拌试铺总结。经监量业主批准、下达施工单位的标准配合比如下： 料仓材料配合比例： 4号仓(2032) ：3号仓(1020) ：2号仓(410) ：1号仓(04) ：矿粉24 ：28 ：16 ：26 ：6 (%) 设计油石比：4.6%，相应的沥青用量4.4%，施工容许误差不得超过0.3% 至此，整个配合比设计均已完成，可以开始正常生产。,三、混合料组成设计旋转压实法,1.旋转压实法的设计原理 2.旋转压实法的设计步骤 3.Superpave混合料体积设计特点,旋转压实法的设计原理,旋转压实仪是用于Superpave 沥青混合料设计的核心仪器, 它用于制备测定热拌沥青混合料力学和体积性质的试件。 试件的压实成型过程模拟了压路机的现场碾压状态, 成型后的试件与实际路面在密度、集料排列和结构特性等方面比较接近。试件成型的输出结果可以用于监测试件制备过程中的压实混合料密度与混合料的压实特性, 也可用于沥青混合料生产过程中的现场控制。,旋转压实法的设计步骤,1、原材料试验 原材料的各种相对密度 集料的筛分 材质性能试验 胶结料的性能指标试验 矿粉性能试验,2、设计集料级配选择 根据0.45次方图、控制点和限制区准备3或4个试验级配 计算每个试验级配的初始沥青（每种级配4%空隙率2个用量试件，共6或8个试件） 评价压实试验级配，选者一个设计级配，估计设计沥青用量,其中旋转压实设计参数(初始压实次数、设计压实次数与最大压实次数) 的选择，如下表。,Superpave 混合料体积设计指标的选择按下表。,3、沥青用量选择 在估计沥青含量周围4个沥青用量下压实试件（每个沥青用量2个试件，共8个试件），选择沥青用量 4、验证 用AASHTO283验证设计级配设计沥青用量的水敏感性（6个试件，7%空隙率，3干3湿） 对选择和选择设计沥青用量进行验证，使满足体积设计标准，即设计、最大、初始压实次数时的体积标准以及VMA 5、最终生产用混合料配合比 6、现场混合料控制试验,Superpave混合料体积设计特点,与马歇尔设计方法相比， Superpave混合料体积设计有几个不同之处 旋转压实机更接近现场压实过程，其性质更接近于现场