沥青混合料配合比设计演示幻灯片

沥青混合料配合比设计,长安大学：孙忠义,一、混合料分类,1按矿料级配组成及空隙率大小分为：密级配、半开级配、开级配混合料。1）密级配沥青混合料设计空隙率26%，按最大粒径、级配又分为：密实型沥青混凝土混合料（以AC表示）、密实型沥青稳定碎石混合料（以ATB表示）密实型沥青马蹄脂碎石（以SMA表示）。按关键性筛孔通过率的不同又可分为细型、粗型密级配沥青混合料。粗集料嵌挤作用较好的也称嵌挤密级配沥青混合料,2）半开级配沥青碎石混合料由适当比例的粗集料、细集料及少量填料(或不加填料)与沥青结合料拌和而成，剩余空隙率在6%12%（以AM表示）。3）开级配沥青混合料矿料级配采用间断级配，主要由粗集料嵌挤组成，细集料及填料较少，设计空隙率大于18%的沥青混合料。,2按矿料级配种类分为：连续级配、间断级配和沥青碎石混合料。1）连续级配混合料按级配原则，从大到小各粒级都有，并按比例相互搭配组成。包括密级配沥青混凝土、密级配沥青石。2）间断级配混合料连续级配的级配组成中缺少1个或几个粒级（或用量很少）的混合料。包括沥青马蹄脂碎石（SMA）、排水式沥青磨耗层（OGFC）和排水式沥青碎石基层（ATPB）。3）沥青碎石混合料,3按公称最大粒径分为：特粗式（公称最大粒径等于或大于31.5mm）粗粒式（公称最大粒径为26.5mm）中粒式（公称最大粒径为16mm或19mm）细粒式（公称最大粒径为9.5mm或13.2mm）砂粒式（公称最大粒径小于9.5mm）4按制造工艺分为：热拌沥青混合料、冷拌沥青混合料、再生沥青混合料等。,二、路面使用性能气候区,沥青混合料配合比设计中，无论是选择原材料，还是套用混合料技术标准，都必须已知道路所在地区的气候区和雨量气候区。沥青路面使用性能气候分区由三级区划组成。1、一级区划为高温分区，以近30年内的最热月平均最高气温的平均值为最热月平均最高气温分为夏炎热区、夏热区和夏凉区3个区。,高温分区指标（一级区划）:高温分区气候区名称最热月平均最高气温（）1夏炎热区302夏热区20303夏凉区）202、二级区划为低温分区，以近30年内的极端最低气温的最小值分为冬严寒区、冬寒区、冬冷区和冬温区4个区。,低温分区指标（二级区划）低温气候区气候区名称极端最低气温（）1冬严寒区-37.52冬寒区-37.5-21.53冬冷区-21.5-9.04冬温区-9.0沥青路面温度分区由高温和低温组合而成，共12个温度分区，其中3个在我国不存在。温度分区第一个数字代表高温分区，第二个数字代表低温分区，数字越小表示气候因素越严重.,气候区名气候区名1-1夏炎热冬严寒2-3夏热冬冷1-2夏炎热冬寒2-4夏热冬温1-3夏炎热冬冷3-1夏凉冬严寒不存在1-4夏炎热冬温3-2夏凉冬寒2-1夏热冬严寒3-3夏凉冬冷不存在2-2夏热冬寒3-4夏凉冬温不存在,温度分区组成:,3、雨量分区（三级区划）以近30年内的年降雨量的平均值分为潮湿区、湿润区、半干区、干旱区。雨量分区指标（三级区划）雨量气候区气候区名称年降雨量（mm）1潮湿区10002湿润区10005003半干区5002504干旱区250道路所在地区的气候区和雨量气候区，可通过从当地气象部门获得的相关资料，按上述各表中规定的分区指标确定，也可查图（见规范）获得。,三、普通沥青混合料配合比设计,按公路沥青路面施工技术规范（JTGF402004）规定，热拌沥青混合料配合比设计分为：目标配合比、生产配合比和生产标准（或试拌试铺）配合比三个阶段进行。（一）目标配合比设计1、矿料配合比设计A、条件：a、混合料类型b、各种矿料筛分结果B、方法：a、图解法b、电算法,C、矿料配合比调整的原则：a、粗、细类型：沥青混凝土按关键筛孔的通过量分为粗型（C型）和细型（X型）（见规范表5.3.2-1）夏季温度高，高温持续时间长，重载交通量大的道路宜采用粗型。AC25C4.75mm筛上的通过量小于40。ATB30也称沥青稳定碎石，本身就粗。,b、使合成级配曲线呈为S形减少最大公称粒径附近粗集料的用量（最大公称粒径筛孔的通过量应小，规范规定范围为90-100%，细则为95-100%，应为90-95%）。减少0.6nn附近筛孔细料的用量适当提高石粉用量c、曲线应顺畅，避免出现锯齿形或犬牙形,方法：马歇尔法做法：保持矿料配合比例不变，改变沥青用量，制作至少5个油石比的马歇尔试件，测定试件的体积指标和稳定度、流值，结合技术标准，按规定的方法确定沥青用量。步骤：（1）、确定拌和温度及击实温度a、用粘度-温度曲线确定（见下）b、查表：拌和温度：140160击实温度：130150改性沥青比普通沥青高1020,2、确定沥青用量,（2）、试件成型a、配料：按每次拌和一个试件配料，一般矿料为1200g。b、烘料：矿料烘干，并加热至比拌和温度高出10-20度c、拌和：矿料+沥青拌匀+矿粉拌匀，拌和时间3min，设定90s拌和温度150160度,d、装模：通过漏斗一次装入，插上温度计，接近击实温度时，沿周边插捣15次，中间均匀插捣10次。e、击实：温度140150度，两面各击75次，高度误差1.3mm。f、脱模编号：次日。,（3）、测试a、测高：画十字，取4个高度的平均值b、称空气中质量c、称表干质量d、称水中质量e、测稳定度、流值f、实测最大毛体积相对密度（4）、计算（程序）a、毛体积相对密度b、空隙率c、矿料间隙率d、饱和度,（5）、确定沥青用量A、绘制沥青用量与马歇尔指标关系图。以沥青用量为横坐标，以密度、空隙率、矿料间隙率、饱和度、稳定度和流值分别为纵坐标，按试验结果绘制成沥青用量与各项指标的关系曲线（如图)。B、确定最佳沥青用量初始值(OAC1)从图中分别取对应于稳定度最大值的沥青用量a1，对应于密度最大值的沥青用量a2，对应于设计空隙率中值的沥青用量a3，对应于沥青设计饱和度中值的沥青用量a4，OAC1(a1+a2+a3+a4)3,如果在所选择的沥青用量范围未能函盖沥青饱和度的要求范围，按下式计算初始值OAC1。OAC1(a1+a2+a3)3对所选择的沥青用量范围，密度和稳定度没有出现峰值（最大值经常出现在曲线的两端）时，可直接以目标空隙率所对应的沥青用量a3作为OAC1，但OAC1必须界OACmin+OACmax的范围内，否则应重新进行配合比设计。,C、确定最佳沥青用量中值(OAC2)按沥青混合料技术标准对稳定度、流值、空隙率和饱和度的要求，分别确定满足各单个指标要求的沥青用量范围（见图）。画综合图，将满足各单个指标要求的沥青用量范围，等比例移到同一坐标图上，确定满足稳定度、流值、空隙率和饱度要求的共同沥青用量范围OACminOACmax，其中值为OAC2。,OAC2(OACmin+OACmax)2D、确定沥青最佳用量(OAC)OAC=（OAC1+OAC2）/2E、检查从关系图中反查出OAC对应的各项指标值，检查各项指标是否满足技术标准的要求，OAC宜位于矿料间隙率曲线凹形最小值的贫油一侧。,对于高速公路、一级公路的密级配沥青混合料，沥青用量确定后，还应进行有关验证试验，如果验证试验结果达不到技术标准的要求，应调整配矿料配合比或更换材料重新进行配合比设计试验。验证试验项目包括：1）动稳定度检验2）水稳性检验（1）残留稳定度（2）残留强度比3）低温抗裂性能检验4）渗水系数检验,3、配合比检验,为高温稳定性检验指标试件尺寸：30030050mm试验温度：60橡胶轮着地压力：0.7MPa（等同后轴100KN汽车轮胎的着地压力）橡胶轮速度：往返42次/min试验时间：1h，测45min-60min的变形,动稳定度检验,a、残留稳定度：最佳沥青用量下，浸水（60）48h的稳定度与标准稳定度之比。b冻融劈裂强度比：是将马歇尔试件在规定条件下真空度饱水，在负温下快速冻结，在高温下溶解并恒温一定时间后进行劈裂抗拉试验，称为冻融劈裂。劈裂温度为25，加载速率为50mmmin。其劈裂强度与未经冻融试件的劈裂强度比称为冻融劈裂强度比。,水稳定性能检验,意义：本方法名为冻融劈裂，其真正含义是检验沥青混合料的抗水害能力，不过条件比一般的浸水更苛刻一些，比残留稳定度更难满足。它不同于抗冻性试验，抗冻性试验的冻融循环次数多达几十次，甚至数百次。所以它虽然是冻融循环试验，由于是评价混合料的水稳定性，对南方非冰冻地区也是适用的。沥青混合料水稳性能应符合要求。,.低温性能检验（对密级配沥青混合料）,方法概要：将车辙试板加工成棱柱体试件在，在-10的试验温度下，以50mmmin的速率加载进行弯曲试验，测定破坏强度、应变、劲度模量，综合评价沥青混合料的低温抗裂性能。技术标准：低温弯曲破坏应变应符合下表的要求。,改性沥青混合料低温弯曲破坏应变技术要求表3,.渗水性能检验,4.配合比修正与材料更换1）矿料配合比修正当不能确定共同范围时，可以通过调整VMA来解决，即通过调整矿料配合比例，在规定的级配范围内修正合成级配。对VMA小的情况，通过使合成级配曲线向级配范围的下限移动的方法来处理；对VMA大的情况，通过使合成级配曲线向级配范围的上限移动的方法来处理。另外，还可以通过增加砂（尤其细砂）用量增加VMA；减小石粉用量减小VMA的方法来处理。,2）.更换材料矿料配合比修正是在限定的合成级配范围内，在矿料品种、规格、级配不变的前提下的比例调整，对混合料的空隙率略偏大或偏小，能够奏效。如果问题比较严重，如空隙率过大或过小，很难奏效，此时必须考虑更换材料。在配合比修正或更换材料时，要明确影响沥青混合料性能的相关因素及影响结果，结合配合比存在的实际问题，采取有效的解决措施，使问题得以解决。影响混合料性能的因素见规范。,（二）生产配合比调整1）确定各热料仓矿料配合比例：根据拌和楼的生产能力和矿料的配合比例，确定各冷料仓的流量，经反复调整使合成级配满足目标配合比要求。通过烘干鼓向拌和楼送料，从各热料仓分别取样，做筛分试验，用图解法或电算法确定各热料仓矿料配合比例。2）确定沥青用量：在目标配合比设计确定的最佳沥青用量的基础上，0.3%成型3个沥青用量的马歇尔试件，测定全部指标值，结合经验确定生产配合比的沥青用量。,四、SMA配合比设计,SMA混合料配合比设计仍按热拌沥青混合料的目标配合比、生产配合比和试拌试铺配合比的三个阶段进行，分阶段确定矿料配合比和最佳沥青用量。（一）目标配合比设计1.确定矿料配合比例（1）粗集料骨架的分界筛孔,SMA的矿料级配采用间断级配，其级配类型分为中粒式和细粒式两类:a、中粒式：包括SMA20、SMA16,粗集料骨架的分界筛孔为4.75.b、细粒式：包括SMA13、SMA10,粗集料骨架的分界筛孔为2.36,(2)确定矿料初步级配根据设计的SMA混合料类型，按其级配要求，调整各种矿料的比例，设计3个粗细不同的初步矿料级配。3个级配4.75mm（或2.36mm)筛孔的通过率分别为中值、中值+3、中值-3，其矿粉数量宜相同，使0.075mm通过率为10左右。,（3）确定各初试级配粗集料捣实状态下的松装空隙率a、筛除各级配中小于粗集料骨架分界筛孔的料，用捣实法测定粗集料骨架混合料的毛体积相对密度。b、计算粗集料骨架混合料的平均毛体积相对密度（类似理论密度计算）c、计算松装空隙率,（4）确定SMA混合料试件中的粗集料骨架间隙率a、予估SMA混合料的油石比（一般取6%），也可用谢伦堡析漏试验和肯塔堡飞散试验确定，作为初试油石比，制作马歇尔试件，用表干法测定试件的毛体积相对密度。b、计算SMA混合料的最大理论相对密度，其中纤维部分的比例不得忽略。c、计算试件的空隙率、集料间隙率、饱和度（同普通沥混）。d、计算粗集料骨架间隙率,（4）确定矿料级配条件：a、松装空隙率大于粗集料骨架间隙率b、VMA165从3个初步级配的试验结果中选择同时满足上述两个条件要求的级配作为设计级配。当有1个以上的级配同时符合上述两个条件要求时，以4.75mm筛上通过率大的级配为设计级配。,2.确定最佳沥青用量a、马歇尔试验根据初试油石比试验的空隙率情况，以0.20.4为间隔，取3个以上不同的油石比，拌制混合料，制作马歇尔试件，每一组的试件数不得少于6个，其中两个用于真空法实测理论最大毛体积相对密度，其余用作马歇尔稳定度试验。若初试油石比的空隙率及各项体积指标恰好符合设计要求时，可直接作为最佳油石比。,b、稳定度试验进行马歇尔稳定度试验，检验稳定度和流值是否符合技术标准要求。技术标准表中的稳定度和流值并不作为配合比设计可以接受或者否决的唯一指标，允许根据同类型SMA工程的经验予以调整，放宽标准时应符合表注的规定，对改性沥青SMA试件的流值可不作要求。,c、确定OAC绘制各项体积指标与油石比的关系曲线，根据希望的设计空隙率，确定最佳油石比OAC。马歇尔试件的设计空隙率VV应符合规范的要求，在炎热地区空隙率宜选择靠近上限，寒冷地区空隙率可选择靠近中、下限。当击实次数为75次时，设计空隙率不宜超过4。,3.配合比检验与调整（1）检验：按确定的矿料级配和最佳沥青用量，进行下列配合比检验试验。谢伦堡沥青析漏试验：试验温度应该与生产时的最高出料温度一致，无明确要求时，非改性沥青混合料的试验温度宜为170，改性沥青混合料的试验温度宜为185。肯塔堡飞散试验：标准的试验温度为20，水中养护时间为20h。在多雨潮湿地区，也可进行浸水飞散试验，试验温度为60，水中养护时间为48h。,车辙试验：对混合料的高温抗车辙能力进行验证，其试验温度为60，荷载压强为0.7MPa。如有特殊需要，可根据情况提高试验温度或荷载强度。水稳定性检验：应进行48h浸水马歇尔试验残留稳定度和冻融劈裂试验强度比检验。当掺加除消石灰、水泥外的抗剥落剂时，必须按试验规程的要求对混合料进行老化处理。渗水系数和构造深度检验：SMA混合料应采用轮碾法成型的试件进行表面的渗水系数和构造深度检验。,（2）配合比调整：以上检验项