下面层AC-25型沥青混合料目标配比设计报告.doc

附件国道主干线广州绕城公路东段（珠江黄埔大桥）高速公路下面层AC-25型沥青混合料目标配合比设计报告目 录说 明1一、原材料试验11. 沥青试验12. 沥青与集料的粘附性试验13. 集料试验24. 矿粉试验3二、AC-25型沥青混凝土目标配合比设计41、下面层方案“AC-25设禁区、控制点”42、下面层方案93、下面层方案14三、AC-25型沥青混凝土目标配合比试验结果汇总表21四、AC-25型沥青混凝土目标配合比推荐方案22五、问题及建议22说 明一、设计依据1. 公路沥青路面设计规范（JTG D50-2006）2. 公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004）3. 公路工程沥青与沥青混合料试验规程（JTJ052-2000）4. 公路工程集料试验规程（JTG E42-2005）5. 广东省交通厅粤交基函2003299号关于加强我省高速公路一级公路沥青路面质量管理的通知（2003.3）6. 广东省交通工程质量监督站粤交监督2002106号关于要求进一步加强沥青混凝土路面原材料及配合比质量管理的通知（2002.5）7. 国道主干线广州绕城公路东段（珠江黄埔大桥）两阶段施工图设计及修编二、设计内容1. 按公路工程集料试验规程（JTG E42-2005）和公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTJ052-2000）对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（JTG F40-2004）中对AC-25型沥青混凝土矿料级配范围的要求，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（JTG F40-2004）和公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTJ052-2000）的规定，分别对AC-25型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AC-25型沥青混凝土三个设计方案进行60和70的车辙试验；5. 依据确定的最佳沥青用量，分别对AC-25型沥青混凝土三个设计方案进行水稳定性试验；6. 依据确定的最佳沥青用量，分别对AC-25型沥青混凝土三个设计方案进行渗水试验。三、下面层拟采用的设计方案介绍下面层AC-25型沥青混合料目标配合比采用三个设计方案进行比选：方案：本方案矿料合成级配按照现行公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004）规定的级配范围，并参考Superpave混合料设计方法设置禁区和控制点。方案：本方案矿料合成级配按照现行公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004）规定的级配范围，并介于方案、之间。 方案：本方案矿料合成级配按照现行公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004）规定的级配范围，在方案的基础上结合贝雷法对级配进行检验和调整。四、原材料选用本项目下面层AC-25型沥青混合料目标配合比设计试验所采用的集料为佛山三水田野石料场生产的石灰岩，集料粒径规格分别为S8（1025mm）、S9（1020mm）、S11（515mm）和S15（05mm）；矿粉由石灰岩磨细制成；沥青为壳牌新粤（佛山）沥青有限公司生产的重交通道路石油沥青AH-70。22一、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JTJ 052-2000的要求和方法进行，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AH-70试验结果 表1项 目试验结果设计要求试验依据针入度（25，100g， 5s，0.1mm）666080T0604-2000针入度指数P.I-0.5-1.01.0延度（5cm/min，10，cm）脆断15T0605-1993延度（5cm/min，15，cm）100100软化点（）46.5/47.34754T0606-2000动力粘度（60，Pa.s）-180240T0620-2000运动粘度（135，Pa.s）0.449实测T0619-1993闪点（）260260T0611-1993含蜡量（蒸馏法）（%）1.72.2T0615-2000溶解度（%）99.899.5T0607-1993密度（15）1.037实测T0603-1993旋转薄膜加热试验（163，5h）T0610-1993质量损失（%）0.170.8残留针入度比（%）6161T0604-2000残留延度（5cm/min，10，cm）106T0605-1993残留延度（5cm/min，15，cm）66.350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。2. 沥青与集料的粘附性试验本试验采用T0616-1993中水煮法，沥青与粗集料粘附性试验结果见表2所列： 沥青与集料粘附性试验结果 表2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3. 集料试验集料试验严格按照公路工程集料试验规程（JTG E42-2005）的要求和方法进行，粗、细集料试验结果分别见表3、表4所列。 粗集料试验结果 表3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%-30T03172005压碎值%19.825T03162005粘附性级44T06161993表观相对密度1025mm碎石-2.7492.50T030420051020mm碎石2.745515mm碎石2.742吸水率1025mm碎石%0.382.0T030720051020mm碎石0.30515mm碎石0.37坚固性%-12T03142000冲击值%-28T03222000软石含量%-5T03202000针片状颗粒含量（混合料）其中粒径大于9.5mm其中粒径小于9.5mm%10.19.310.9181520T03122005水洗法0.075mm颗粒含量1025mm碎石%0.51T031020051020mm碎石0.6515mm碎石0.7各种集料的毛体积相对密度1025mm碎石-2.720-T030420051020mm碎石2.722515mm碎石2.714各种集料的松装密度1025mm碎石t/cm31.437-T030920051020mm碎石1.478515mm碎石1.491各种集料的干捣密度1025mm碎石t/cm31.590-1020mm碎石1.604515mm碎石1.628 细集料试验结果 表4试验项目单位试验结果规范标准试验依据表观相对密度-2.7272.50T03282005毛体积相对密度-2.701-T03042005紧装密度g/cm31.696-T03311994砂当量%6160T03342005坚固性%-12T03402005亚甲蓝值g/cm3-25T03492005棱角性(流动时间)s-30T03452005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；2)石屑的毛体积相对密度是用筛出的2.364.75mm部分的毛体积相对密度代替。4. 矿粉试验矿粉试验结果见表5所列。 矿粉技术指标 表5试验项目单位试验结果规范标准试验依据表观相对密度t/m32.7732.50T0352-2000矿粉亲水系数-11T0353-2000含水量%0.091T0332-2005塑性指数-24T0354-2000粒度范围0.6mm0.15mm0.075mm%10093.579.51009010075100T0351-2000 二、AC-25型沥青混凝土目标配合比设计1、下面层方案“AC-25设禁区、控制点”1）原材料筛分及合成级配AC-25型沥青混凝土合成矿料级配组成（方案） 表6筛孔尺寸（mm）原材料级配通过百分率（%）合成级配（%）规范推荐范围（%）控制点禁区1025mm碎石1020mm碎石515mm碎石05mm石屑15.020.032.033.037.5100.0100.0100.0100.0100.010031.599.2100.0100.0100.0100.010026.588.4100.0100.0100.098.3901009010019.02.994.9100.0100.084.4759016.00.770.8100.0100.079.3658313.20.623.699.7100.069.757769.50.61.079.0100.058.645654.750.60.74.7100.034.7245239.52.360.50.70.870.323.71642194526.830.81.180.50.70.745.315.4123318.124.10.60.50.70.731.210.782413.717.60.30.50.70.724.48.551711.40.150.50.60.718.96.74130.0750.50.60.714.95.337172）矿料合成级配曲线方案矿料合成级配曲线如图1所示。 图1 AC-25型（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AC-25（方案）马歇尔试验结果见表7。 AC-25（方案）马歇尔试验结果 表7试件组号油石比（%）试件密度（g/cm3）空隙率（%）矿料间隙率（%）沥青饱和度（%）稳定度（kN）流值（mm）实际理论13.52.4452.5775.112.860.211.7928.624.02.4632.5633.912.669.211.1833.434.52.4732.5462.912.777.411.6730.945.02.4842.5321.912.785.110.6734.655.52.4702.5121.713.687.810.4934.0技术要求-368+设计空隙率65758.01540注：1)沥青加热温度控制在160，上下浮动5；矿料加热温度为170180；混合料拌和温度为150，上下浮动5；击实温度为140145；混合料废弃温度195；2)沥青混合料理论最大相对密度是通过T0711-1993方法测出。最佳沥青用量确定由表7得出的油石比与各项测定指标的关系曲线如图2所示。图2 AC-25目标配合比（方案）确定沥青用量图 根据曲线图，稳定度没有出现峰值，所以采用目标空隙率4.0%对应的油石比作为OAC1，可以得到：OAC1=3.97% OAC2（3.76%+4.27%）/24.02%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3.764.27%，最佳油石比的初始值OAC1在此范围内。根据OAC1和OAC2，确定AC-25目标配合比（方案）的最佳油石比为：OAC=4.0%。当OAC=4.0%时，空隙率为3.9%，VMA值为12.6%，满足设计要求。4）最佳油石比马歇尔试验 AC-25（方案）最佳油石比马歇尔试验结果 表8试件组号油石比（%）试件密度（g/cm3）空隙率（%）矿料间隙率（%）沥青饱和度（%）稳定度（kN）流值（mm）实际理论14.02.4732.5683.712.369.910.2235.2技术要求-368+设计空隙率65758.01540注：1)沥青加热温度控制在160，上下浮动5；矿料加热温度为170180；混合料拌和温度为150，上下浮动5；击实温度为140145；混合料废弃温度195；2)沥青混合料理论最大相对密度是通过T0711-1993方法测出。5）浸水马歇尔试验 AC-25（方案）残留稳定度试验结果 表9油石比(%)浸水时间稳定度(kN)残留稳定度(%)试验结果平均值4.030min9.8410.2278.49.8610.739.0210.1711.6948h8.68.018.389.46.647.217.846）冻融劈裂试验AC-25（方案）冻融劈裂试验结果 表10油石比(%)试验条件稳定度(kN)劈裂抗拉强度(MPa)冻融劈裂强度比(%)4.0未经受冻融循环7.850.78685.06.68.149.268.1经受冻融循环7.160.6686.596.447.75.977）车辙试验 AC-25（方案）车辙试验结果 表11 车辙板尺寸：30030050mm 拌和温度：150 碾压温度：140行走距离：231cm 轮压：0.7MPa试验编号试验温度()动稳定度(次/mm)平均值(次/mm)601260133013701330705124383414628）渗水试验 AC-25（方案）渗水试验结果 表12试验编号初始读数时间(s)初始读数(ml)终读数时间(s)终读数(ml)渗水系数(ml/min)0100180150170100180180270100180200332、下面层方案1）原材料筛分及合成级配AC-25型沥青混凝土合成矿料级配组成（方案） 表13筛孔尺寸(mm)原材料级配通过百分率(%)合成级配(%)规范推荐范围(%)1025mm碎石1020mm碎石515mm碎石05mm石屑16.022.030.731.337.5100.0100.0100.0100.0100.010031.599.2100.0100.0100.099.910026.588.4100.0100.0100.098.19010019.02.994.9100.0100.083.3759016.00.770.8100.0100.077.7658313.20.623.699.7100.067.257769.50.61.079.0100.055.945654.750.60.74.7100.033.024522.360.50.70.870.322.516421.180.50.70.745.314.612330.60.50.70.731.210.28240.30.50.70.724.48.15170.150.50.60.718.96.34130.0750.50.60.714.95.1372）方案矿料合成级配曲线如图3所示。 图3 AC-25型（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AC-25（方案）马歇尔试验结果见表14。 AC-25（方案）马歇尔试验结果 表14试件组号油石比(%)试件密度(g/cm3)空隙率(%)矿料间隙率(%)沥青饱和度(%)稳定度(kN)流值(mm)实际理论13.52.4592.5834.812.361.28.3532.824.02.4762.5633.412.272.28.9832.534.52.4882.5392.012.283.48.9134.145.02.4922.5251.312.489.69.7934.155.52.4882.5191.213.090.59.0538.0技术要求-368+设计空隙率65758.01540注：1)沥青加热温度控制在160，上下浮动5；矿料加热温度为170180；混合料拌和温度为150，上下浮动5；击实温度为140145；混合料废弃温度195；2)沥青混合料理论最大相对密度是通过T0711-1993方法测出。最佳沥青用量确定由表14得出的油石比与各项测定指标的关系曲线如图4所示。 图4 AC-25目标配合比（方案）确定沥青用量图 根据曲线图，由于稳定度没有严格出现峰值，所以采用目标空隙率4.0%对应的油石比作为OAC1，可以得到：OAC1=3.80% OAC2（3.70%+4.12%）/23.91%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3.704.12%，最佳油石比的初始值OAC1在此范围内。根据OAC1和OAC2，确定AC-25目标配合比（方案）的最佳油石比为：OAC=3.9%。当OAC=3.9%时，空隙率为3.7%，VMA值为12.2%，满足设计要求。4）最佳油石比马歇尔试验 AC-25（方案）最佳油石比马歇尔试验结果 表15试件组号油石比(%)试件密度(g/cm3)空隙率(%)矿料间隙率(%)沥青饱和度(%)稳定度(kN)流值(mm)实际理论13.92.4762.5703.712.169.89.2836.8技术要求-368+设计空隙率65758.01540注：1)沥青加热温度控制在160，上下浮动5；矿料加热温度为170180；混合料拌和温度为150，上下浮动5；击实温度为140145；混合料废弃温度195；2)沥青混合料理论最大相对密度是通过T0711-1993方法测出。5）浸水马歇尔试验 AC-25（方案）残留稳定度试验结果 表16油石比(%)浸水时间稳定度(kN)残留稳定度(%)试验结果平均值3.930min8.699.2881.89.428.919.3710.308.9748h8.167.596.457.447.618.557.336）冻融劈裂试验AC-25（方案）冻融劈裂试验结果 表17油石比(%)试验条件稳定度(kN)劈裂抗拉强度(MPa)冻融劈裂强度比(%)3.9未经受冻融循环9.180.07964.97.318.037.497.88.82经受冻融循环5.370.0525.264.095.985.514.867）车辙试验 AC-25（方案）车辙试验结果 表18 车辙板尺寸：30030050mm 拌和温度：150 碾压温度：140行走距离：231cm 轮压：0.7MPa试验编号试验温度()动稳定度(次/mm)平均值(次/mm)601340153317501510706125364605358）渗水试验 AC-25（方案）渗水试验结果 表19试验编号初始读数时间(s)初始读数(ml)终读数时间(s)终读数(ml)渗水系数(ml/min)0100180420107010018040010001001804501173、下面层方案1）设计方法贝雷法是由美国伊利诺伊州运输部（IDOT）的罗伯特贝雷(Robert Bailey)首先提出，旨在使设计级配形成稳定的骨架结构并具有合适的矿料空隙率，提高沥青路面的抗车辙能力和耐久性。这一方法在80年代早期开始应用于IDOT的第5区，90年代在美国得到普及应用。并且贝雷法对细集料的级配组成也提出了设计方法和检验手段。因此，以贝雷法来设计和检验集料级配，为形成稳定的嵌挤骨架结构提供了理论依据。贝雷法对集料级配的设计与评价是分为粗、细两部分进行的，混合料中粗、细集料的分界点称为第一控制筛孔（PCS=the Primary Control Sieve），PCS的确定依赖于混合料的公称最大粒径（NMPS）。贝雷法的研究结果认为采用0.22倍的划分标准，并不一定适用于每一种沥青混合料，只要在0.180.28这一范围内，不会影响对集料级配的分析。所求的PCS的计算公式如式（1）： PCS=NMPS0.22 （1）对细集料级配的评价也同样分为两部分，对细集料的进一步划分仍以PCS的0.22倍作为分界点，称为第二控制筛孔（SCS=the Secondary Control Sieve）；对细级配的较细部分再进一步划分，以SCS的0.22倍作为分界点，称为第三控制筛孔(TCS=the Tertiary Control Sieve)。在此基础上，贝雷法提出了粗集料比（CA比）、细集料粗比（FAC比）和细集料细比（FAf比）三个判断指标。 粗集料的CA值检验 对PCS的粗集料级配以CA值指标予以评价：CA= （2）即NMPS/2-PCS的含量与NMPS/2总量的比值，此值太大不能形成嵌挤骨架结构，太小则容易离析，且难以压实。细集料的FA值检验细集料中较粗部分与较细部分级配以FA指标进行评价： FAc=, FAf = （3）2）设计过程根据下面层设计方案确定的配合比，通过贝雷法对其进行验证和调整。初步计算粗细集料组成比例国内外经验表明，当设计密度为松装密度95%105%之间时，设计出的沥青混合料粗集料骨架结构稳定，现场变异较小，且施工压实容易。因此，本设计密度取为松装密度的105%，根据下面层设计方案确定的各集料的比例和表3、表4中的各集料的密度，得出每cm3体积内各粗集料量为： 1025mm碎石为0.338g；1020mm碎石为0.463g；515mm碎石为0.748g；粗集料间隙率VCR为0.423。因此，每cm3体积内所需细集料：05mm碎石量为0.748g；粗细集料总量为2.267g。粗细集料初步组成为：1025mm碎石：1020mm碎石：515mm碎石：05mm碎石=14.9：20.4：33.0：31.7。考虑粗集料中含细料和细料中含粗料对组成比例进行调整本配合比设计中，公称最大粒径为26.5mm，则粗细集料划分界限（PCS）为4.75mm，根据各集料筛分结果，可以得出：1025mm碎石所含细料为0.1%；1020mm碎石所含细料为0.1%；515mm碎石所含细料为1.6%；粗集料所含细集料总量为1.8%。对粗料调整为：1025mm碎石为15%；1020mm碎石为20.6%；515mm碎石为34.5%；对细料调整为05mm碎石为29.9%。考虑0.075mm通过率对集料比例进行调整合成集料中含0.075mm以下料为：1025mm碎石为0.1%；1020mm碎石为0.1%；515mm碎石为0.2%；05mm碎石为4.5%；所需填料矿粉为0.5%。因矿粉中不含2.36mm以上部分，所以对粗料不进行调整，对05mm碎石调整为29.4%。最后各档集料比例为：1025mm碎石：1020mm碎石：515mm碎石：05mm碎石：矿粉=15：20.6：34.5：29.4：0.5。合成级配见表20所列。3）原材料筛分及合成级配AC-25型沥青混凝土合成矿料级配组成（方案） 表20筛孔尺寸(mm)原材料级配通过百分率(%)合成级配(%)规范推荐范围(%)1025mm碎石1020mm碎石515mm碎石05mm石屑矿粉15.019.037.028.50.537.5100.0100.0100.0100.0100.0100.010031.599.2100.0100.0100.0100.099.910026.588.4100.0100.0100.0100.098.390100192.994.9100.0100.0100.084.57590160.770.8100.0100.0100.079.6658313.20.623.699.7100.0100.070.557769.50.61.079.0100.0100.058.545654.750.60.74.7100.0100.031.024522.360.50.70.870.3100.021.116421.180.50.70.745.3100.013.912330.60.50.70.731.2100.09.98240.30.50.70.724.499.27.95170.150.50.60.718.993.56.34130.0750.50.60.714.979.55.1374）方案矿料合成级配曲线如图5所示。图5 AC-25型（方案）矿料合成级配曲线图5）马歇尔试验结果及最佳沥青用量确定AC-25（方案）马歇尔试验结果见表21。 AC-25（方案）马歇尔试验结果 表21试件组号油石比(%)试件密度(g/cm3)空隙率(%)矿料间隙率(%)沥青饱和度(%)稳定度(kN)流值(mm)实际理论13.52.4122.5856.714.052.310.3931.024.02.4372.5715.213.661.68.9822.434.52.4682.5513.312.974.69.1829.045.02.4802.5392.312.981.89.2035.055.52.4752.5201.813.586.87.7937.4技术要求-368+设计空隙率65758.01540注：1)沥青加热温度控制在160，上下浮动5；矿料加热温度为170180；混合料拌和温度为150，上下浮动5；击实温度为140145；混合料废弃温度195；2)沥青混合料理论最大相对密度是通过T0711-1993方法测出。 最佳沥青用量确定由表21得出的油石比与各项测定指标的关系曲线图如图6所示。AC-25目标配合比（方案）确定沥青用量图 图6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4.0%对应的油石比作为OAC1，可以得到：OAC1=4.29% OAC2（4.12%+4.52%）/24.32%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4.124.52%，最佳油石比的初始值OAC1在此范围内。根据OAC1和OAC2，确定AC-25目标配合比（方案）的最佳油石比为：OAC=4.3%。当OAC=4.3%时，空隙率为3.9%，VMA值为13.2%，满足设计要求。6）最佳油石比马歇尔试验 AC-25（方案）最佳油石比马歇尔试验结果 表22试件组号油石比(%)试件密度(g/cm3)空隙率(%)矿料间隙率(%)沥青饱和度(%)稳定度(kN)流值(mm)实际理论14.32.4512.5574.113.368.98.5532.5技术要求-368+设计空隙率65758.01540注：1)沥青加热温度控制在160，上下浮动5；矿料加热温度为170180；混合料拌和温度为150，上下浮动5；击实温度为140145；混合料废弃温度195；2)沥青混合料理论最大相对密度是通过T0711-1993方法测出。7）浸水马歇尔试验 AC-25（方案）残留稳定度试验结果 表23油石比(%)浸水时间稳定度(kN)残留稳定度(%)试验结果平均值4.330min9.858.5583.710.567.659.925.97.4348h6.617.166.257.608.436.297.768）冻融劈裂试验AC-25（方案）冻融劈裂试验结果 表24油石比(%)试验条件稳定度(kN)劈裂抗拉强度(MPa)冻融劈裂强度比(%)4.3未经受冻融循环6.380.06968.97.437.197.287.46.68经受冻融循环5.420.0485.654.174.394.555.039）车辙试验 AC-25（方案）车辙试验结果 表25 车辙板尺寸：30030050mm 拌和温度：150 碾压温度：140行走距离：231cm 轮压：0.7MPa试验编号试验温度()动稳定度(次/mm)平均值(次/mm)6019941863175518487050858362461510）渗水试验 AC-25（方案）渗水试验结果 表26试验编号初始读数时间(s)初始读数(ml)终读数时间(s)终读数(ml)渗水系数(ml/min)0100905002670100100500240010090500267三、AC-25型沥青混凝土目标配合比试验结果汇总表 AC-25型沥青混凝目标配合比试验结果 表27结构类型AC-25油石比(%)试件密度(g/cm3)空隙率(%)间隙率(%)饱和度(%)稳定度(KN)流值(0.1mm)动稳定度(次/mm)残留稳定度MS0(%)冻融劈裂比TSR(%)渗水系数(ml/min)实际理论6070方案4.02.4732.5683.712.369.910.2235.2133043878.485.026方案3.92.4762.5703.712.169.89.2836.8153353681.864.9108方案4.32.4512.5574.113.368.98.5532.5186358383.768.9258AC-25型规范推荐值-368+设计空隙率65758.0154012008008075120注：1)沥青加热温度控制在160，上下浮动5；矿料加热温度为170180；混合料拌和温度为150，上下浮动5；击实温度为140145；混合料废弃温度195；2)沥青混合