金丽温高速公路丽青段AC-13C型沥青混合料目标配合比设计.doc

金丽温高速公路丽青段第 19 页 共 18 页金丽温高速公路丽青段AC-13C型沥青混合料目标配合比设计金丽温高速公路丽青段路面为密级配沥青混凝土路面，沥青混凝土面层厚18厘米。其中上面层为4厘米的AC-13C型密级配沥青混凝土，中、下面层分别采用厚6厘米的AC-20C型和厚8厘米的AC-25C型密级配沥青混凝土。受金丽温高速公路丽青段指挥部委托，由试验中心进行AC-13C型密级配沥青混凝土混合料配合比设计，并提出相应的建议。一、设计资料：1、AC-13C型沥青混凝土混合料矿料级配范围：通过下列方孔筛（mm）的质量百分率（%）16.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075100901006885386824501538102872051548其中分类的关键性筛孔2.36mm的通过率必须 40 %2、热拌密级配沥青混合料马歇尔试验技术标准技术标准沥青混合料试件尺寸（mm）击实次数（双面）（次）稳定度MS（kN）流值FL(mm)空隙率VV（%）矿料间隙率VMA（%）有效沥青饱和度VFA（%）改性沥青AC-13C101.663.57581.5446当VV=4%时146575当VV=5%时15当VV=6%时163、改性沥青混合料车辙动稳定度技术指标：2800次/mm。4、在规定的试验条件下，改性沥青混合料水稳定性检验的技术要求：浸水马歇尔试验残留稳定度必须不小于85%，同时冻融劈裂试验的残留稳定度比不小于80%。5、对该沥青混合料在温度 -10、加载速率50mm/min的条件下进行弯曲试验，测定破坏强度、破坏应变、破坏劲度模量，并根据应力应变曲线的形状，综合评价沥青混合料的低温抗裂性能。其中沥青混合料的破坏应变宜不小于2500 的技术要求。6、对该沥青混合料利用轮碾机成型车辙试验试件，脱模架起进行渗水试验，其渗水系数应满足不大于120ml/min的技术指标。7、对该沥青混合料利用轮碾机成型试件其表面构造深度TC必须不小于0.55mm，摆值Fb（BPN）不小于45。8、该类型沥青混合料的矿料中0.075mm通过率与有效沥青含量的比值，即粉胶比FB宜控制在0.81.2范围内。9、为了使路面有良好的使用性能，沥青混合料的平均沥青膜厚度应5m15m。10、采用的原材料质量必须符合现行的技术规范要求。二、配合比设计试验采用的规范和技术资料：1、公路沥青路面施工技术规范JTG F40-20042、公路工程沥青及沥青混合料试验规程JTJ052-20003、公路工程集料试验规程JTJ058-20004、公路土工试验规程JTJ 051-935、沥青及沥青混合料路用性能沈金安主编人民交通出版社6、Superpave混合料设计（sp-2）2001年版等等三、原材料供应情况：本次配合比试验所用的原材料，由金丽温高速公路丽青段路面二合同段和相应的驻地监理负责取样，送至我试验中心。材料名称规格或型号外观数量料源改性沥青SBS筒装，外加纸袋包装4筒（约60kg）中外合资宁波远大沥青有限公司粗集料9.513.2mm分类袋装，袋上标有集料规格4袋（约200kg）三合公司轧石厂4.759.5mm6袋（约300kg）细集料2.364.75mm分类袋装，袋上标有集料规格4袋（约200kg）02.36mm4袋（约200kg）填料0.075mm的矿粉袋装1袋（约50kg）建德三狮松涛水泥有限公司四、沥青混合料配合比设计步骤和检测结果1、原材料检验和评定：我试验中心本着对委托方负责，对样品严格遵循“科学、公正、准确、满意”的质量方针和相应的试验规程进行检测。所使用的检测仪器均在计量校验期限之内，同时为了试验的系统误差和偶然误差，对有关仪器进行了运行检查，还使用了高精度的进口检测设备。如：全自动针入度仪（见图1），布氏旋转粘度仪（见图2），同时环境温度进行控制等等。（1）沥青图1 自动沥青针入度仪 图2 Brookfield旋转粘度计该工程上面层AC-13C型沥青混凝土，所采用的沥青为改性沥青，对该改性沥青严格按照JTJ 052-2000规程操作和检测，其检测结果如下：检 测 项 目计量单位技术指标检测结果针入度（25，100g，5s）0.1mm406060针入度指数PI-00.12r =0.9999延度（5，5cm/min）cm2038软化点（TRB）6066运动粘度（135）Pas31.650闪点230290溶解度（三氯乙烯法）%9999.58弹性恢复（25）%7590贮存稳定性离析，48h软化点差%2.51.3相对密度（25/25）-实测记录1.027RTFOT后残留物质量损失%1.00.1加热后针入度比（25）%6568.3延度（5cm/min，5）cm1518.0从上述的检测结果看，采用的改性沥青技术指标均满足委托方的期望技术要求。（2）集料：本次配合比所采用的集料（粗集料、细集料）均由同一种岩石开采，加工而成，技术指标检测过程严格按JTJ 058-2000和JTJ 052-2000试验规程进行。如粗集料的针片状含量检测使用游标卡尺法。针片状颗粒系指用游标卡尺测定的粗集料颗粒的最小厚度（或直径）方向与最大长度（或宽度）方向的尺寸之比小于1：3的颗粒。粗集料质量检测结果检 测 项 目单位技术要求检 测 结 果4.75mm9.5mm规格碎石9.5mm16mm规格碎石岩性定名-玄武岩石料压碎值%2610.2洛杉矶磨耗损失%2813.3表观相对密度（25/25）-2.602.9122.911吸水率%2.00.770.50坚固性%124.28.3针片状颗粒含量，其中粒径大于 9.5mm粒径小于 9.5mm%12-11.5%1821.7-水洗法0.075mm颗粒含量%10.40.5软石含量%32.61.3石料磨光值PSV4245.0与沥青的粘附性等级55从上述检测结果看，实测技术指标除4.759.5mm规格碎石的针片状颗粒含量超过技术指标，其他均满足要求。细集料质量检测结果检测项目单位技术要求检测结果2.36mm4.75mm规格0mm2.36mm规格表观相对密度（25/25）-2.502.9432.8940.3mm部分）%120.40.9砂当量%6076棱角性%Superpave4547（3）填料矿粉：采用石灰岩经专业生产厂磨细得到，来样袋装，其质量检测结果如下：矿粉质量检测结果检测项目单位技术要求检测结果表观密度t /m32.502.740含水量%10.5粒度范围0.6mm%1001000.15mm%9010099.70.075mm%7510099.2外观-无团粒结块无团粒结块亲水系数-10.7塑性指数-2.36mm者（粗料）过多，会造成渗水和早期损坏。根据委托方的四种规格集料和矿粉，经过筛分级配分析，和多次掺配，推出下列三种级配：材料名称（规格或混合料掺配比例）通过下列方孔筛（mm）的质量百分率（%）16.013.29.54.752.361.180.60.30.150.0751#料（9.516.0mm）10088.722.00.50.50.50.50.50.50.52#料（4.759.5mm）10098.547.62.40.50.50.50.40.43#料（2.364.75mm）10099.947.620.610.78.06.65.04#料（02.36mm）*10099.372.740.721.89.40.05#料（矿粉）10099.799.21#级配（1#:2#:3#:4#:5#=35:30:10:21:4）10096.072.349.430.421.713.99.76.94.82#级配（1#:2#:3#:4#:5#=25:33:17:21:4）10097.280.057.833.723.114.710.27.35.13#级配（1#:2#:3#:4#:5#=20:35:20: 21:4）10097.783.961.735.123.715.010.57.55.2*注：考虑到沥青混合料在拌和楼要经过除尘处理，对02.36mm规格集料经过0.075mm筛水洗处理。以上三种级配既符合superpave原则又与部标接轨。见矿料级配曲线分析示图。2#级配规范级配上限AC-13C型关键筛孔控制区1#级配规范级配下限3#级配Superpave级配通过限制区3、确定沥青混合料的最佳沥青用量热拌沥青混合料的配合比设计采用马歇尔试验设计方法，AC-13C型改性沥青混合料，其矿料级配按设计级配的级配1、级配2和级配3等三种规格。掺配后的级配沥青用量分别为3.5%、4.0%、4.5%、5.0%和5.5%。沥青混合料的拌和和压实：集料预热和混合料拌和温度为170，击实温度为140170。粗、细集料按每个设计级配要求称其质量，在金属盘中混合均匀，置于170烘箱预热2小时倒入预热170的拌和机内加入定量的沥青（165）拌和1.5min加入矿粉再拌和1.5min，试件双面各击75次，试件高度控制在63.5mm1.3mm范围内。沥青混合料的理论最大相对密度计算，按照JTG F40-2004规范要求，矿料用有效相对密度（25/25），改性沥青采用沥青与水的相对密度（25/25）。各种矿料相对密度汇总表材料名称表观相对密度毛体积相对密度吸水率（%）1#料（9.516.0mm）2.9112.8690.502#料（4.759.5mm）2.9122.8480.773#料（2.364.75mm）2.9432.8201.484#料（02.36mm）2.8942.6150.90矿粉2.748-沥青混合料马歇尔试件密度采用表干法，测定试件的毛体积相对密度f。按下列公式计算沥青混合料试件的空隙率VV、矿料间隙率VMA、有效沥青的饱和度VFA等体积指标，取1位小数，进行体积组成分析。VV=（1-f/t ）100 %VMA=（1-t/s b Ps ）100 %VFA=（1-VV/VMA）100 %式中： f试件的毛体积相对密度t 试件相应的最大理论相对密度s b矿料混合料的合成毛体积相对密度Ps 各种矿料占沥青混合料总质量的百分率沥青混合料马歇尔试件进行马歇尔试验：先将试件和马歇尔试验仪的上、下压头置于601的恒温水槽中保温30min 40min，然后拿出试件和马歇尔试验的上、下压头，迅速安装好试件，对中装在加载设备上，以505mm/min加载速率测定马歇尔稳定度及流值等物理力学性能，同时从恒温水槽中取出试件到测出最大荷载的时间，控制不超过30s。现将三种级配马歇尔试验的体积组成、稳定度和流值的检测结果与沥青用量的关系曲线图汇总如下：金丽温高速公路丽青段AC-13C型沥青混合料（级配1#）沥青用量（%）试件毛体积相对密度毛体积理论最大相对密度空隙率（%）间隙率（%）有效沥青饱和度（%）稳定度（kN）流值 (mm)3.52.4512.6939.115.641.512.132.454.02.4692.6717.515.350.612.252.884.52.4982.6495.714.761.515.043.065.02.5162.6274.214.671.115.843.425.52.5102.6053.715.275.915.223.63金丽温高速公路丽青段AC-13C型沥青混合料（级配2#）沥青用量（%）试件毛体积相对密度毛体积理论最大相对密度空隙率（%）间隙率（%）有效沥青饱和度（%）稳定度（kN）流值(mm)4.02.4392.6698.616.246.713.052.474.52.4542.6476.815.857.214.743.185.02.4912.6255.415.366.516.113.365.52.4732.6044.916.369.915.203.656.02.4702.5834.416.974.114.964.05金丽温高速公路丽青段AC-13C型沥青混合料（级配3#）沥青用量（%）试件毛体积相对密度毛体积理论最大相对密度空隙率（%）间隙率（%）有效沥青饱和度（%）稳定度（kN）流值 (mm)4.02.4472.6688.616.247.710.782.784.52.4572.6467.215.955.217.803.075.02.4732.6255.815.863.617.173.615.52.4972.6034.115.573.716.443.936.02.5162.5822.615.783.315.004.14根据沥青混合料马歇尔试件的体积组成，稳定度和流值等分析、同时考虑到道路所处的地区气候条件及车辆渠化交通等情况，拟定AC-13C型沥青混合料最佳沥青用量：级配1为4.91%，级配2为5.00%和级配3为5.34%。4、配合比设计检验（1）马歇尔和水稳定性检验：对上述已拟定级配的沥青混合料的最佳沥青用量，按前述的方法预热、拌和、击实成型马歇尔试件，测定其试件的毛体积相对密度、计算空隙率、矿料间隙率、有效沥青饱和度等体积组成，并且测定马歇尔稳定度及流值指标；同时进行浸水马歇尔试验（60，48h），测定其残留稳定度，还采用双面各击50次成型马歇尔试件，采用沥青混合料冻融劈裂试验方法测定冻融劈裂强度比，进一步检验其水稳定性能。检测结果如下：检 测 项 目单 位技术要求测定值级配1#级配2#级配3#沥青用量%-4.915.005.34马歇尔试件击实次数次双面各75双面各75毛体积相对密度-实测值2.5152.4922.495空隙率%464.45.14.4矿料间隙率%见设计资料14.515.215.4有效沥青饱和度%657569.766.871.4马歇尔试验稳定度kN816.4316.3916.76流值mm1.543.603.183.74水稳定性检验浸水马歇尔试验残留稳定度%8590.394.697.0冻融劈裂强度比%8095.198.394.3（2）检验最佳沥青用量时粉胶比和有效沥青膜厚度沥青混合料中矿粉起填料效应作用，在一定的粉胶比范围内矿粉使沥青的软化点提高，有利于改善抵抗永久变形能力，但当矿粉用量偏多，会在拌制沥青混合料时对沥青混合料中的沥青老化有不同程度的影响，从而会影响沥青混合料的耐久性，所以对常用的公称最大粒径为13.219.0mm的密级配沥青混合料，粉胶比宜控制在0.81.2范围内。沥青用量对沥青混合料的强度有很大的影响。当沥青用量较小时，沥青不足以形成薄膜粘结矿料颗粒。随着沥青用量的增多，结构沥青逐渐形成，沥青更为完满地粘附于矿料表面，使沥青与矿料之间的粘结力随着沥青用量的增多而增大。当沥青用量已形成薄膜并充分粘结矿料表面时，沥青混合料具有最大的粘聚力。随后，如沥青用量继续增多，过剩沥青将矿料颗粒“推开”，并成为矿料发生位移的润滑剂，导致沥青混合料的粘聚力随之降低。故平均沥青膜厚度通常为515m。现三个级配的最佳沥青用量时粉胶比和有效沥青膜厚度验算如下：矿料级配沥青用量Pb（%）矿料有效相对密度s e矿料合成毛体积相对密度s b有效沥青含量Pbe（%）粉胶比FB有效沥青膜厚度（m ）1#4.912.8612.7964.691.029.92#5.002.8592.7924.781.079.53#5.342.8582.7905.121.029.5（3）高温稳定性和渗水系数检验根据沥青混合料的级配和最佳沥青用量及对应的毛体积相对密度，用轮碾图3 车辙成型 图4 成型后的车辙试件 图5 车辙自动记录仪 图6 渗水系数检验成型法制车辙试验试块（见图3和图4），其尺寸为300mm30050mm，每组6块，其中三块脱模架空，依据JTJ 052-2000方法，测定试件的渗水系数（见图6）。别的三块连同试模一起在常温条件下放置48小时，使聚合物改性沥青充分固化后，再置于已达到温度601的恒温室中，保温5小时，试验轮压压强为0.7MPa0.05MPa，其行走方向与试件碾压方向一致，开动车辙变形自动记录仪（见图5），启动试验机使试验轮往返行走1小时，根据试验记录变形曲线，读数取45min和60min时的车辙变形，计算沥青混合料的动稳定度。现三个级配的最佳沥青用量时沥青混合料车辙检测结果如下矿料级配动稳定度（次 / mm）渗水系数（ml / min）技术指标测定值技术指标测定值级配12800772212030级配2870922级配3875510AC-13C型沥青混合料（1#级配）车辙试验位移与时间关系曲线图：1-0145分钟时位移：0.806mm60分钟时位移：0.889mm位移差:0.083mm动稳定度DS1=7590次/mm：1-0245分钟时位移：0.782mm60分钟时位移：0.860位移差:0.078mm动稳定度DS2=8077次/mm：1-0345分钟时位移：1.127mm60分钟时位移：1.211mm位移差:0.084mm动稳定度DS3=7500次/mmAC-13C型沥青混合料（2#级配）车辙试验位移与时间关系曲线图：2-0345分钟时位移：0.990mm60分钟时位移：1.065mm位移差:0.075mm动稳定度DS3=8400次/mm：2-0245分钟时位移：0.751mm60分钟时位移：0.817mm位移差:0.066mm动稳定度DS2=9545次/mm：2-0145分钟时位移：0.876mm60分钟时位移：0.953mm位移差:0.077mm动稳定度DS1=8182次/mm AC-13C型沥青混合料（3#级配）车辙试验位移与时间关系曲线图：3-0345分钟时位移：0.806mm60分钟时位移：0.889mm位移差:0.083mm动稳定度DS3=7590次/mm：3-0245分钟时位移：0.815mm60分钟时位移：0.881mm位移差:0.066mm动稳定度DS2=9545次/mm：3-0145分钟时位移：0.880mm60分钟时位移：0.949mm位移差:0.069mm动稳定度DS1=9130次/mm （4）低温抗裂性能检验对AC-13C型沥青混合料，三种级配和相应的沥青用量，利用轮碾成型法制作300mm30050mm试件各三块，用切割法制棱柱体试件，试件尺寸控制在长250mm2mm，宽30mm2mm，高35mm2mm的要求，然后在环境温度-10条件下放置5小时，用加载速率50mm/min进行弯曲试验，测定破坏强度、破坏应变和破坏劲度模量。低温（-10）沥青混合料弯曲试验检验结果汇总表矿料级配抗弯拉强度弯拉应变破坏劲度模量平均值MPa标准差MPa变异系数%平均值标准差变异系数%平均值MPa标准差MPa变异系数%级配18.1940.0981.2034252407.0124802349.44级配28.4510.0971.1535122607.4023742088.77级配39.1520.99410.86372344612.0252529811.80（5）沥青混合料表面构造深度和摆值检验AC-13C型改性沥青混凝土位于高速公路上面层，根据设计要求和车辆行驶的安全，要求沥青混凝土路面的抗滑指标、抗滑深度Tc0.55mm，摆值Fb 45BPN。根据公路工程沥青及沥青混合料试验规程JTJ 052-2000，用轮碾法制作每级配的沥青混合料试件，试件尺寸为30cm30cm5cm，试件数量为三块，在每块试件上按规范量取砂，倒在试件表面上，用底面粘有橡胶片的推平板，由里向外重复作摊铺运动（见图7），稍稍用力效砂细心地尽可能地向外推成圆形，且不得在表面上留有浮动余砂。用钢板尺测量所构成圆的两个垂直方向的直径，取其平均值。参照公路路基路面现场测试规程JTJ 059-95中摆式仪测定路面抗滑值试验方法。室内模拟施工现场轮压法成型试件，试件尺寸为30cm30cm5cm，数量为3块。摆式仪的摆及摆的连接部分总质量为150030g，摆动中心至摆的重心距离为4105mm，测定时，摆在路面上滑动长度控制为1261mm，橡胶质量满足规范要求。将仪器置于试件测点上，并使摆的摆动方向与行车（轮碾）方向一致。转动底座上的调平螺栓，使水准泡居中，并且进行调零和校验滑动长度。用喷壶的水浇洒测试试件表面，并用橡胶刮板刮除表面尘浆，再次洒水，按下释放开关，使摆在试件表面滑过，指针即可指出试件表面的摆值（见图8）。第一次测定不记录，重复操作测定5次，5次数值中最大值与