ATB-25沥青稳定碎石配合比设计与优化调整

111217111 ATB 25 沥青稳定碎石配合比设计与优化调整 第一工程公司 摘 要 本文详细介绍了 ATB 25 密级配沥青碎石混合料的目标配合比及生产配合比 沥 青混合料试拌试铺的总结 以及 ATB 25 混合料配合比设计的进一步优化调整 对类似的 ATB 混合料配合比设计有一定的借鉴意义 关键词 ATB 25 配合比 设计 试拌试铺 优化调整 1 前言 我国高速公路沥青路面早期损坏一直就受到各方面的重视 目前仍处于摸索和探讨阶 段 而对沥青路面早期损坏争论的焦点 主要集中在半刚性基层设计的合理与否 在国内 多年来沥青路面基本上都遵循着 强基薄面 的设计理念 基层采用半刚性结构 沥青面 层厚度一般为 15 18cm 随着我国引进一些先进的路面结构技术 柔性基层结构路面逐步 被一些省市 地区 认识和采纳 在根本上消除了路面早期损坏的因素 从而改变了路面 结构型式单一的状况 趋向 柔基厚面 的设计理念 ATB 沥青稳定碎石混合料 是作为柔性基层使用的新结构之一 具有骨架密实 渗水 系数很小的特点 一般采用的结构层厚度大于 8cm 其施工技术编入了新规范 公路沥青 路面施工技术规范 JTG F40 2004 中 该混合料综合了原规范中 AC 型与 AC 型的 111218111 优点而形成的级配 既有 AC 型的粗骨料含量 又适当地采用了 AC 型较多的细集料用 量 两种级配类型结合而成的一种新型级配 结构上既具有 AC 型的密实 又有 AC 型 的骨架嵌挤结构 抗变型能力强 密实不渗水 实测数据表明其稳定度很高 一般大于 3000 次 mm 渗水系数较小 一般小于 200 ml min 具备良好的高温抗车辙能力及 抗水损坏能力 但该混合料的缺点是 大骨料含量相对较多 中间粒径骨料含量相对较少 混合料表面积相对较小 对沥青用量较为敏感 在施工过程中容易产生离析 压实比较困 难 笔者参与了河南济焦新高速公路沥青路面的施工 其下面层采用 13cm 厚的 ATB 25 密级配沥青稳定碎石路面结构 其上为 6cm 厚 AC 20 粗型沥青混凝土 4cmSMA 13 沥 青马蹄脂混凝土 沥青面层总厚度达 23cm 下面将 ATB 25 沥青碎石配合比设计及优化过 程的经验与总结介绍给大家 以供参考和完善 不断提高沥青路面施工水平 2 ATB 25 密级配沥青碎石初步配合比设计和试验段总结 2 1 原材料选择 1 沥青 根据济焦新高速公路所处的地理位置 按照规范附录 A 沥青路面使用性能 气候分区 确定该路段所处气候分区为 1 3 2 夏炎热 冬冷湿润区 选择的沥青为国产中 海 36 1 A 级 70 石油沥青 其各项指标均符合 JTGF40 2004 中对道路石油沥青 A 级 70 的相关技术要求 2 矿料 ATB 25 沥青混合料采用 3 种粗集料 1 种细集料 1 种矿料填料 粗集料三种规格分别为 20 30mm 10 20mm 5 10mm 的石灰岩 产自博爱大辛 111219111 庄 细集料采用博爱大名桥产水洗机制砂 规格为 0 5mm 填料采用博爱第一水泥厂生产 的石灰岩矿粉 试验结果表明 各种集料均符合 JTGF40 2004 规范中有关高速公路沥青中 下面层集料技术要求 2 2 目标配合比设计 1 矿料级配的确定 依据 JTGF40 2004 规范关于 ATB 25 型沥青碎石的矿料级配范围要求 在规范级配范 围内选择三组粗 细不同的矿料配合比 通过对所采用的矿料级配进行合成 以 4 75mm 筛孔通过率为粗细分界线 三组级配在 4 75mm 筛孔上的通过率分别为 级配 1 36 4 级配 2 30 9 级配 3 25 9 三条合成级配分别位于规范级配范围的中值线附近 中 值线的上方和下方 三条级配曲线见图 表 1 筛孔 mm 31 5 26 5 1916 13 2 9 54 75 2 3 6 1 180 6 0 3 0 1 5 0 07 5 级配 1 通 过率 100 96 8 75 1 66 2 57 6 47 8 36 4 26 1 18 712 9 8 7 6 44 6 级配 2 通 过率 100 96 3 71 62 6 54 44 4 30 9 21 9 15 911 486 24 5 级配 3 通 过率 100 95 6 66 5 56 6 48 7 39 9 25 9 18 5 1410 1 7 4 64 5 111220111 目目标标配配合合比比级级配配曲曲线线图图 0 0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0 90 0 100 0 31 526 5191613 29 54 752 361 180 60 30 150 075 筛孔 mm 通过率 级配1级配线 级配2级配线 级配3级配线 设计级配下限 设计级配上限 级配中值 2 混合料拌和及击实温度的确定 依据河南省交科院的检测结果 绘制 中海 36 1 A 级 70 道路石油沥青粘度 温度关 系图 确定出混合料拌和温度与成型压实温度范围分别为 151 156 139 144 3 合理级配的选择 对选用的三组矿料配比分别按预估的油石比 3 9 成型马歇尔试件 马氏试件击实成型 温度为 145 试件成型采用 101 5 的尺寸试模 双面各击实 75 次 测定马氏试件毛 体积相对密度 计算马氏体积指标后 进行马氏稳定密度及流值试验 试验结果见表 2 3 种初试级配马歇尔试验结果 表 2 级配类别级配 1级配 2级配 3规范要求 4 75 筛孔通过率 36 430 925 9 试件毛体积相对密度 2 4992 4852 47 理论最大相对密度 2 5962 5912 586 空隙率 3 74 14 5 3 6 矿料合成毛体积密度 rsb 2 7572 7552 754 空隙率 12 813 213 7 不小于 12 VV 4 0 有效沥青饱和度 71 168 967 2 55 70 稳定度 KN 不小于 10 1411 159 787 5 流值 0 1mm 31 734 339 15 40 注 沥青用量 占混合料总量的百分数 pb 3 75 矿料用量 占混合料总量的百分数 ps 96 25 111221111 从表中分析 三个级配均可采用 但是级配 1 的饱和度略大于规范上限 其热稳定性 将受影响 级配 3 粗骨料含量略多 混合料可能会产生较大的离析 并且可能出现因离析 导致的渗水 所以采用级配 2 较为稳妥 4 确定合适级配的最佳沥青用量 1 采用设计级配 2 油石比间隔为 0 3 选取 3 3 3 6 3 9 4 2 4 5 五组不同 油石比 分别制成马氏试件 马氏试验结果见表 3 ATB 25 马氏试验结果汇总 表 3 油石比 马氏毛体 积密度 理论密度 空隙率 VV 间隙率 VMA 饱和度 VFA 稳定度 KN 流值 F1255 70 7 5 15 40 注 矿料毛体积密度 rsb 2 755 沥青用量 Pb分别为 由低到高 3 19 3 47 3 75 4 03 4 31 rse 2 757 709 3 625 38 25 96 916 34 25 96 矿料用量 Ps 分别为 由低到高 96 81 96 53 96 25 95 97 95 69 油石比 3 9 的沥青混合料的理论最大密度采用实测法 其余按公式计算得出 在计算矿 料合成毛体积相对密度时 粗集料采用毛体积相对密度 细集料及填料采用表观相对密度 沥青采用 25 时的相对密度 1 011 将上表试验汇总结果以油石比为横坐标 其它物理 力学指标为纵坐标 绘制成马氏试验最佳油石比确定图 在图中 1 4 2 2 4 5 3 3 9 按济焦高速路面施工指导意见 目标空隙率为 4 0 对应 111222111 于饱和度中值的油石比为 3 5 因为稳定度没有出现峰值 最大值在曲线端部 以目标空 隙率所对应的沥青用量 3作为 OAC1 即 OAC1 3 9 OAC2 OACmin OACmax 2 3 8 2 取 OAC OAC1 OAC2 2 3 9 3 8 2 3 9 为最佳油石比 以最佳油石比 3 9 进行马氏试验 试验结果如下 试验项目试验结果规范 理论最大相对密度 2 589 试件毛体积相对密度 2 483 空隙率 VV 4 103 6 间隙率 VMA 13 3 12 设计空隙率为 4 沥青饱和度 VFA 69 2 55 70 稳定度 KN 10 13 7 5 流值 FL 0 1mm 3815 40 3 检验最佳沥青用量时的粉胶比 FB 1 28 符合 0 8 1 5 的要求 72 3 5 4 4 检验有效沥青膜厚度 SA 100 0 0041 30 9 0 0041 23 0 0082 15 5 0 0164 10 9 ii FAp 0 0287 7 9 0 0614 5 9 0 1229 4 5 3277 3 79 DA 10 10 9 71 m 5 m 符合要求 SAr p b be 79 3011 1 72 3 5 ATB 25 配合比设计检验 序号检验项目规范技术要求检验结果符合性 1 水稳定性马氏试件残留稳定度不小于 80 97 符合 2 高温稳定性试验动稳定度大于 1000 次 mm 3110 次 mm 符合 111223111 3 渗水检验渗水率小于 200ml min 0 符合 2 3ATB 25 混合料生产配合比设计 ATB 25 混合料的生产配合比设计过程与普通沥青混合料生产配合比设计过程是一样的 生产配合比设计结果如下 1 油石比 3 9 时的马氏结果 试验项目试验结果规范要求 理论最大相对密度2 593 毛体积相对密度2 489 空隙率 4 03 6 矿料间隙率 13 1 12 0 目标空隙率为 4 0 时 沥青饱和度 69 555 70 稳定度10 31 7 5 流值3715 40 2 生产配合比级配曲线 筛孔 mm 31 5 26 5 191 6 13 2 9 54 7 5 2 361 1 8 0 60 30 150 07 5 通过率 10095 6 70 76 3 53 8 42 43121 414 7 10 37 35 64 0 生生产产配配合合比比A AT TB B 2 25 5级级配配曲曲线线图图 0 0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0 90 0 100 0 31 526 5191613 29 54 752 361 180 60 30 15 0 075 筛孔 mm 通过率 设计级配线 级配中值 设计级配下限 设计级配上限 2 4ATB 25 混合料的试验段总结 通过对 ATB 25 沥青碎石进行试拌与试铺 来验证配合比设计情况 111224111 1 试铺后所产生的一些质量问题 1 摊铺面粗细离析严重 条带状 局部片状都有 外观很不理想 2 泛油严重 条带状 局部片状都有 正好和粗细离析相对应 凡是泛油的地方都 是细料相对集中的地方 粗料集中的地方也有个别地方泛油 但不是很严重 3 通过对 ATB 25 结构层取芯测定压实度 发现压实度值较大 大部分相当于最大 理论密度的 97 左右 也就是路面压实成型的残留空隙率只有 3 左右 个别点低于 3 渗水系数为零 抗水性较好 2 针对质量问题查找原因 经过对混合料进行抽提及级配分析后 混合料油石比为 3 99 级配曲线与设计级配 很接近 在分析中排除 ATB 25 混合料在拌合运输 摊铺过程中不可避免的产生一些混合 料离析外 造成上述情况的主要原因是 1 ATB 25 混合料中结合料 沥青 过多 油石比偏大 对于 ATB 25 混合料因级配组成的特点 粗骨料含量多 细集料含量较少 比表面积 较小 仅有 3 8m2 kg 左右 以生产设计级配计算 而普通 AC 25 为 4 9m2 kg 以其级 配中值计算 ATB 25 混合料其矿料表面沥青膜较厚 在相同油石比下 相当于 AC 25 的 1 3 倍 由此 过多的结合料使混合料中的自由沥青较多 与骨料粘附力较小 自由沥青 在混合料中产生较大的迁移 与粗细集料分离 而出现了泛油现象 初始 ATB 25 混合料目标配合比设计时目标空隙率选定为 4 0 是造成最佳油石比偏 高的主要原因 111225111 目目标标配配合合比比A AT TB B 2 25 5级级配配曲曲线线图图 0 0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0 90 0 100 0 31 526 5191613 29 54 752 361 180 60 30 15 0 075 筛孔 mm 通过率 设计级配线 级配中值 设计级配下限 设计级配上限 2 初配的 ATB 25 混合料级配容易产生离析 初次所进行的 ATB 25 混合料的配合比设计 其级配曲线基本接近 ATB 25 级配规范 中值线附近 19mm 以上颗粒较多 占矿质混合料的 30 左右 中间粒径集料 4 75mm 到 9 5mm 之间 含量较少 占 11 左右 颗粒粗细分配相差比较大 容易产生集料粗细 离析 3 ATB 25 混合料配合比优化调整 3 1 配合比设计调整思路 1 目标空隙率调整 参考东南大学对 ATB 混合料的研究成果 研究表明一般对于 ATB 25 混合料而言 4 5 5 0 之间比较合理 将初始配合比定的目标空隙率 4 调整 4 5 再次进行配合比设计 2 级配调整 在 ATB 25 规范容许级配范围内 选用目前对防治离析效果很好的 S 曲线 该级配的特点是 4 75mm 9 5mm 13 2mm 筛余相对较多 而 19mm 26 5mm 筛余相对较少 即中间粒径较多的一种级配 类似美国 Superpave 沥青混合料设计方法 3 在各项指标满足规范要求的前提下 适当降低沥青用量 3 2 调整后的 ATB 25 目标配合比结果 1 级配曲线 筛孔 mm 31 5 26 5191613 29 54 7 5 2 3 6 1 1 8 0 60 3 0 1 5 0 07 5 通过率 10098 378 2 65 5 57 147 0 31 2 19 8 14 9 10 9 8 0 6 44 6 111226111 2 马氏试验结果 目标配合比最佳油石比为 3 7 试验项目试验结果规范要求 理论最大相对密度 2 596 毛体积相对密度 2 479 空隙率 4 53 6 矿料间隙率 13 2 12 5 目标空隙率为 4 5 时 沥青饱和度 65 955 70 稳定度 KN 10 55 7 5 流值 0 1mm 32 315 40 3 水稳定检验 残留稳定度为 86 3 4 粉胶比和有效沥青膜厚度 粉胶比 FB 1 3 有效沥青膜厚度 7 93 m 3 3 调整生产配合比后的试验结果 1 级配曲线 筛孔 mm 31 526 5191613 29 54 752 361 180 60 30 150 075 111227111 通过率 100967864 956 247 030 620 815117 65 94 4 生生产产配配合合比比A AT TB B 2 25 5级级配配曲曲线线图图 0 0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0 90 0 100 0 31 526 5191613 29 54 752 361 180 60 30 15 0 075 筛孔 mm 通过率 设计级配线 级配中值 设计级配下限 设计级配上限 2 马氏试验结果 生产配合比最佳油石比为 3 6 试验项目试验结果规范要求 理论最大相对密度2 595 毛体积相对密度2 481 空隙率 4 43 6 矿料间隙率 12 9 12 5 目标空隙率为 4 5 时 沥青饱和度 66 055 70 稳定度 KN 10 74 7 5 流值 0 1mm 38 115 40 3 4ATB 25 混合料配合比调整后试拌和试铺 在 ATB 25 混合料配合比调整后 又进行了试拌 试铺 摊铺后的 ATB 25 结构层外 观平整 均匀 致密 为了检验调整后的 ATB 25 混合料配合比是否成功 又进行了相关 检验 1 油石比级配检验 检验路实测平均油石比 3 65 抽提级配平均组成如下 筛孔 mm 31 526 5191613 2 9 54 7 5 2 3 6 1 1 8 0 6 0 3 0 1 5 0 075 通过率 10097 677 4 66 358 1 48 2 30 3 21 6 15 3 118 5 6 34 油石比及级配均符合设计要求 111228111 2 压实度检验 经取芯测量芯样密度 芯样压实度 大多在 95 96 之间 平均值为 95 4 以最大 理论相对密度为标准计算 芯样残留空隙率大多在 4 5 之间 平均值为 4 6 符合规 范要求 3 渗水检验 对试验路的渗水检验选点很多 包括了各种外观情况 通过试验发现 大部分测点渗 水试验都能符合规范要求 规范要求不大于 200ml min 但是有个别点超标 经观察发 现 该处存在较明显的离析 在该点取芯 测其密度后 发现其压实度能够符合要求 但 芯样表面有明显的空洞 骨料多 缺乏细料填充 4 高温抗车辙能力检验 在摊铺试验路的同时 取样成型大 30cm 30cm 10cm 的车辙试件 委托进行高 温车辙动稳定检验 试验结果为 4200 次 远大于规范规定的大于 1000 次的要求 表明混 合料具有良好的高温稳定性 5 骨架接触度检测 骨架接触 SSC 石 石接触 是指大粒径混合料中粗集料之间相互接触的密实程度 用压实成型的混合料中粗集料毛体积相对密度与粗集料干捣密度之比的百分率表示 表示 形成混合料主骨架的密实性 接触度越大说明骨架的密实性越好 骨架接触度是反映沥青 混合料的骨架性和接触密实性的综合指标 此外 它也表明了粗集料的压实效率 根据有关研究成果 采用骨架接触度 SSC 可以判断混合料的骨架结构 111229111 a 当骨架接触度 SSC 90 时 混合料是竖排骨架密实结构 b 85 骨架接触度 SSC 90 时 混合料是松排骨架密实结构 c 骨架接触度 SSC 85 混合料是悬浮密实结构