铜汤路面中面层目标配合比设计.doc

铜黄高速公路 铜汤三标 铜黄高速公路 铜汤三标 中面层沥青混合料 AC 20C 目标配合比设计及路用性能研究 东南大学交通学院东南大学交通学院 二二 OO 七年三月七年三月 铜黄高速公路 铜汤三标 中面层沥青混合料目标配合比设计及路用性能研究 目目 录录 1 研究背景 1 2 原材料性能测试 1 2 1 沥青 1 2 2 集料 2 2 3 矿粉 3 3 级配的选择 3 4 沥青混合料试验研究 4 4 1 马歇尔试验 4 4 2 SGC 旋转压实验证试验 9 4 3 水稳定性试验 10 4 3 1 浸水马歇尔试验 10 4 3 2 真空饱水冻融循环劈裂强度试验 11 4 4 劈裂强度试验 12 4 5 车辙试验 12 4 6 试验小结 13 参考文献 14 铜黄高速公路 铜汤三标 中面层沥青混合料目标配合比设计及路用性能研究 1 沥青混凝土配合比设计及路用性能研究沥青混凝土配合比设计及路用性能研究 1 研究背景研究背景 最近几年 我国高速公路飞速发展 高速公路总里程已仅次于美国居世界 第二位 在高速公路中 沥青路面以其良好的行车舒适性 优异的使用性能 建设速度快和维修方便等特点受到世界众多国家的青睐 在我国也得到了广泛 的应用 占已建成高等级路面中的绝大部分 有资料表明 国内近期在建 重 建的高速公路有 90 以上采用沥青路面 鉴于高等级公路在国民经济中的重要 地位 沥青路面的路用性能具有举足轻重的意义 随着新型面层材料 级配的 问世和工程实践的进一步深化 道路工程界开展了有关材料组成设计 材料性 能等方面的研究 经过近二十年的努力 我国在沥青路面的结构设计 材料 施工和检测方面积累了大量的经验 取得了许多理论上的重大进展 并形成了 一套完整的技术体系 虽然如此 国民经济的高速发展带来的交通量迅速增长 车辆大型化 严 重超载等现象使沥青路面面临着严峻的考验 许多沥青路面高速公路建成后不 久就不能适应交通的需要 早期破坏的情况时有发生 沥青路面早期破坏现象 主要有两种 其一为雨季出现的水损害 其二为高温季节出现的车辙 前者更 为常见 沥青路面发生早期破坏 除了施工工艺与质量控制方面的原因之外 沥青混合料设计不当 或者缺乏一个比较规范的混合料设计方法也是主要原因 之一 影响沥青混合料路用性能的因素主要有沥青的性质 集料性能 集料级配 集料与沥青间的粘附性以及沥青用量等 在沥青和集料等原材料确定的情况下 要设计路用性能优越的沥青混合料就必须根据所设沥青混合料面层的受力特性 和功能要求通过设计合理的级配和选择合适的沥青用量以满足设计要求 本研 究就是在这一指导思想下 在选择优质的材料使其技术指标均满足 公路沥青 路面施工技术规范 JTG F40 2004 的基础上 对铜黄高速公路中面层沥青混 凝土进行配合比优化设计 从而使设计的沥青路面具有良好的路用性能 2 原材料性能测试原材料性能测试 近年来 我国公路沥青路面的建设规模逐步扩大 质量也有很大的提高 原材料质量是影响路面质量 使用寿命的重要因素 优质的原材料是保证沥青 混合料具有优良路用性能的先决条件 为了满足气候环境与交通对路用性能的 要求 必须做好原材料的选择 本研究通过测试沥青 粗集料 细集料和矿粉 等材料的性能和技术指标来检测材料是否满足规范要求 从而完成原材料的选 择 铜黄高速公路 铜汤三标 中面层沥青混合料目标配合比设计及路用性能研究 2 2 1 沥青沥青 拌制沥青混合料所用的沥青材料其技术要求随气候条件 交通情况 沥青 混合料的类型和施工条件等因素而异 铜黄高速公路 铜汤三标 中面层沥青 混凝土使用 SBS 改性沥青 其技术指标基本满足 JTG F40 2004 公路沥青路面 施工技术规范 也满足铜黄高速的招标文件 实测技术指标见表 1 表 1 改性沥青的试验指标与技术改性沥青的试验指标与技术要求 沥青沥青 AASHTO M320 03 检测结果检测结果 技 术 性 质试 验 结 果试验方法 原样胶结料 闪点 克利夫兰开口杯法 320T 4 8 粘度 布氏旋转粘度 135 Pa S 2 3T316 动态剪切 G sin 10rad s 76 2 2T315 旋转薄膜烘箱 RTFOT 163 85min 质量变化 0 01T240 动态剪切 G sin 10rad s 76 2 2T315 压力老化容器残留物 R28 PAV 老化温度 100 动态剪切 G sin 10rad s 31 1026T315 蠕变劲度 试验温度 60S 12 S 136MPaM 0 345T313 试验结论 PG76 22 检验项目试验指标技术要求检测方法 针入度 25 100g 5S 0 1mm 51 50 70 针入度指数 PI 0 29 0 2 T0604 延度 5cm min 5 cm 35 30T0605 软化点 环球法 89 70T0606 运动粘度 135 Pa s 2 4 3T0625 闪点 320 230T0611 溶解度 三氯乙烯 99 84 99T0607 弹性恢复 25 97 75T0662 贮存稳定性离析 48h 软化点差 1 0 2 0T0661 质量损失 0 01 0 8T0609 针入度比 25 86 65T0604 旋转薄膜加 热试验 163 5h延度 5 cm 231 030 15T0605 密度 15 g cm3 1 0T0603 动力粘度 60 Pa s 17727 5000T0620 铜黄高速公路 铜汤三标 中面层沥青混合料目标配合比设计及路用性能研究 3 2 2 集料集料 集料是沥青混合料的关键材料之一 其力学性能是决定混合料强度特性的 最重要因素 它的颗粒形状不仅影响混合料的构架 也直接关系到混合料的抗 车辙能力与抗疲劳性能等材料特性 此外 集料与沥青的粘附等级对混合料强 度的形成也起关键作用 因此选择优质的集料是沥青混合料具有优良路用性能 的重要保证 粗 细集料的试验指标分别见表 2 表 3 表 2 石灰岩粗集料的试验指标与技术要求 试验项目试验指标技术要求试验方法 压碎值 25 1 26T0316 2000 洛杉矶磨耗损失 19 9 26T0317 2000 视密度 g cm3 2 726 2 60 吸水率 0 13 2 0 T0308 2000 与沥青的粘附性 级 4 4T0616 1993 针片状含量 9 6 15T0312 2000 坚固性1 7 12T0314 2000 软石含量2 9 3T0320 2000 水洗法 0 075mm 0 90 1 0T0302 2000 表 3 石灰岩细集料的试验指标与技术要求 试验项目试验指标技术要求试验方法 视密度 g cm3 2 711 2 60T0330 2000 坚固性3 7 12T0334 1994 砂当量 77 0 75T0340 1994 2 3 矿粉矿粉 沥青混合料的填料宜采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等石料经磨细得 到的矿粉 铜黄高速公路所采用的石灰石矿粉技术指标均满足规范的技术要求 实测试验指标见表 4 表 4 矿粉的试验指标与技术要求 试验项目试验指标技术要求试验方法 视密度 g cm3 2 668 2 50T0352 2000 含水量 0 2 1 0T0332 1994 0 6mm 100100 0 15mm 95 190 100 粒度 范围 85 2 沥青混合料的冻融劈裂强度大于规范要求 80 3 沥青混合料的水稳定性较好 试验指标均满足规范的要求 4 4 劈裂强度试验劈裂强度试验 劈裂试验是对规定尺寸的圆柱体试件通过一定宽度的圆弧形压条施加荷载 将试件劈裂直至破坏 测定其劈裂抗拉强度和破坏劲度模量 1 沥青混合料采用最佳油石比成型标准马歇尔试件 试验条件符合 沥青 及沥青混合料试验规程 JTJ052 2000 的要求 劈裂强度试验结果见下表 表 11 沥青混合料劈裂强度试验结果 15 铜黄高速公路 铜汤三标 中面层沥青混合料目标配合比设计及路用性能研究 13 沥青混合料类型 破坏荷载 kN 劈裂强度 MPa 破坏拉伸应变 劲度模量 MPa AC 20C119 02 276359498 AC 20C219 42 486277502 2 试验结果分析 本次研究中沥青混合料的水平变形在 1mm 以下 劈裂强度 劲度模量均比 较高 4 5 车辙试验车辙试验 为了模拟沥青路面在车轮的反复作用下产生车辙的情况 在试验室采用一 个小型车轮在沥青混合料板块试件上进行往返行走试验 从而使板块试件形成 象实际沥青路面那样的辙槽 这种试验方法称为车辙试验 车辙试验是评价沥 青混合料抗车辙能力的较简单和有效的试验方法 该试验依据 公路工程沥青 及沥青混合料试验规程 JTJ052 2000 的要求并考虑到混合料均为粗粒式沥 青混合料将沥青混合料成型为 300mm 300mm 60mm 的板式试件 在同一轨道 上 60 温度下 以轮压为 0 7MPa 的实心橡胶轮作一定时间的反复碾压 形成 车槽 以辙槽深度 总变形量 RD 和动稳定度 DS 每产生 1mm 辙槽所需的 碾压次数 作为沥青混合料的抗车辙能力的评价指标 沥青混合料试件的动稳定度按下式计算 3 21 12 12 CC dd Ntt DS 式中 DS 沥青混合料的动稳定度 次 mm d1 对应时间 t1 的变形量 mm d2 对应时间 t2 的变形量 mm C1 试验机类型修正系数 C2 试件系数 N 试验轮往返碾压速度 通常为 42 次 min 1 沥青混合料采用试验室确定的最佳油石比成型试件 在 60 温度下进 行车辙试验 其试验结果见下表 表 12 车辙试验结果 沥青混合料类型动稳定度 次 mm AC 20C1 6000 AC 20C2 6000 2 试验结果分析 根据现行的 JTG F40 2004 公路沥青路面施工技术规范 的要求不小于 2800 次 mm 本次设计满足这一要求 铜黄高速公路 铜汤三标 中面层沥青混合料目标配合比设计及路用性能研究 14 4 6 试验小结试验小结 现将沥青混合料性能的试验结果和技术要求整理于下表 表 13 沥青混合料实测试验结果和技术要求 沥青混合料类型 指标和试验结果 AC 20C1AC 20C2技术要求试验方法 最佳油石比 4 354 3 空隙率 4 54 43 6T0705 矿料间隙率 13 9213 72 13 饱和度 67 5668 0465 75 稳定度 kN 14 3813 83 8T0709 流值 0 1mm 252815 40T0709 残留稳定度 89 286 7 85T0709 冻融劈裂试验强度比 85 688 7 80T0729 车辙试验动稳定度 次 mm 6000 6000 2800T0719 最初压实度 85 786 0 89 设计次数压实度 97 697 896 旋转压实 最大压实度 97 897 9 98 破坏拉伸应变 63596277实测T0716 劈裂强度 MPa 2 272 48实测T0716 劈裂 强度 试验 劲度模量 MPa 498502实测T0716 试验结果分析 1 铜黄高速公路 铜汤三标 中面层 AC 20C1沥青混凝土目标配合比确 定的最佳油石比为 4 35 AC 20C2沥青混凝土目标配合比确定的最佳油石比 为 4 3 研究过程中采用的性能试验的试验结果表明 在最佳油石比条件下成 型的沥青混合料各项路用性能指标都能很好的满足 JTG F40 2004 公路沥青 路面施工技术规范 的技术要求 2 采用旋转压实仪对设计的混合料进行了验证 结果表明 初始压实次 数下的压实度都小于 89 混合料不会因过于软弱而导致路面在交通荷载作用 下不稳定 而在最大压实次数下压实度小于 98 说明不会产生 过压 现象 相同油石比情况下 旋转压实方法的混合料空隙率较小 因此施工中的压实度 很可能出现超百现象 但空隙率不小于 2 5 均属正常 3 本报告供施工单位施工时参照使用 沥青混合料的透水性及施工和易 铜黄高速公路 铜汤三标 中面层沥青混合料目标配合比设计及路用性能研究 15 性应通过铺筑试验路做进一步评价 参考文献参考文献 1 沈金安 沥青及沥青混合料路用性能研究 M 北京 人民交通出版社 2001 2 沙庆林 高速公路沥青路面早期破坏现象及预防 M 北京 人民交通出版 社 2001 3 William R Vavrik William J Pine Samuel H Carpenter Aggregate Blending for Asphalt Mix Design The Bailey Method R Paper No TRB2002 3629 4 倪富健 尹应梅 聚酯玻纤布复合沥青混合料疲劳性能 J 交通运输工程 学报 2005 3 31 35 5 严家伋 道路建筑材料 M 北京 人民交通出版社 1996 6 倪富健 郭咏梅 刘斌 唐祖萍 城市道路交叉口沥青混合料路用性能试 验研究 J 东南大学学报 自然科学版 2003 6 777 781 7 沙庆林 高等级公路半刚性基层沥青路面 M 北京 人民交通出版社 1999 8 黄卫 钱振东 高等沥青路面设计理论与方法 M 北京 科学出版社 2001 9 于春江 王宏祥 杨新苏 倪富健 半刚性基层沥青路面下面层沥青混合 料配合比设计研究 J 重庆交通学院学报 2006 2 52 55 10 中华人民共和国行业标准 公路工程沥青及沥青混合料试验规程 JTJ052 2000 北京 人民交通出版社 2000 11 Freddy L Roberts prithwi S Kandh