AC25沥青配合比设计

沥青混合料综合设计试验报告专 业： 材料科学与工程 班 级： 1班 学 号： 631301030109 姓 名： 邱 麟 栋 指导老师： 黄维蓉、赵可 完 成 时 间：2016 年 5 月 2016 年7月 目录1.设计试验目的与内容11.1试验目的：11.2试验内容：22.验原材料的选择与检测22.1沥青22.2粗、细集料32.3填料33.矿质混合料配合比设计43.1矿料筛分与级配曲线43.2最佳油石比的确定64.配合比设计试验164.1浸水马歇尔试验164.2冻融劈裂试验164.3车辙试验164.4沥青混合料低温抗裂性检验174.5渗水试验175.配合比设计结论186.沥青混合料综合设计试验体会19AC-25型沥青混合料目标配比设计报告1. 设计试验目的与内容1.1试验目的：随着国内外交通事业的不断发展，沥青路面在道路工程中所占比例日益增加，对于路面而言，随着沥青与沥青混合料的使用品质不断提高，路面形式不断翻新和发展，如从砂石路面，块石路面逐渐演变为沥青贯入式、沥青碎石路面、碾压混凝土路面直至高速公路沥青路面及各类新型沥青路面。但随着交通量逐年递增，重载、超载车辆的比例日益增加，使得交通对沥青路面的要求也愈来愈高，面对这一现状，传统的沥青路面已经不能适应现代化公路的需求。沥青混合料是由矿料与沥青结合料拌和而成的混合料的总称。按材料组成及结构分为连续级配、间断级配混合料。按矿料级配组成及空隙率大小分为密级配、半开级配、开级配混合料等。按公称最大粒径的大小可分为特粗式(公称最大粒径大于31.5mm)、粗粒式(公称最大粒径等于或大于26.5mm)、中粒式(公称最大粒径16mm或19mm)、细粒式(公称最大粒径9.5mm或13.2mm)、砂粒式(公称最大粒径小于9.5mm)沥青混合料。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。了解熟悉材料的组成结构、基本技术性质（包括力学性质、物理性质、化学性质、工艺性质等）掌握热拌沥青混合料的设计方法，利用所学理论知识，参照规范推荐的设计方法，选择合适的原材料，通过试验设计满足工程要求的下面层AC-25类型的沥青混合料。在原材料（沥青、矿料）选择好的基础上，掌握矿质混合料的组成设计，明确目标级配范围。在此基础上熟悉沥青混合料的拌合、马歇尔试件成型、沥青混合料的技术性质（包括路用性能试验方法、试验参数、试验结果计算与分析等）；同时了解各地区的气候分区、降雨量和各季节的气温等，在进行综合设计试验时各等级公路的交通量、设计车速等也必须考虑。通过理论知识和参考文献的学习，得知重庆处于为夏热冬温地区，气候分区为1-4-1，本地年平均温在18左右，冬季平均气温在6-8，7月最高气温均在35以上，常年降雨量在1000-1450mm，满足气候分区为1-4-1的特征。所以将本溪综合设计试验背景设定在重庆地区的一级公路上，该公路沥青路面层采用三层结构，其线路处于通向西南各省的国道，车辆通行量大，车速普遍较快，路面窄弯道多。设计时下面层采用AC-25型沥青混合料，设计空隙率为3%-6%，沥青采用70A级沥青，粗集料选用花岗岩，集料粒径为4.759.5mm 9.519mm 1925mm。细集料0mm4.75m的石灰岩机制砂，填料选用矿粉。1.2试验内容：1.根据气候条件、交通特性等选择原材料。2.根据所选原材料设计AC-25型沥青混合料，进行试验确定其最佳油石比。3.在最佳油石比下，进行配合比设计检验2.验原材料的选择与检测2.1沥青根据大量试验研究表明，针对高温地区因此本次课程设计选用道路石油沥青AH-70沥青，其主要质量技术见表1表1重交通道路石油沥青AH-70试验结果项目试验结果设计要求试验依据针入度（25，100g， 5s，0.1mm）666080T0604针入度指数P.I-0.5-1.01.0延度（5cm/min，10，cm）脆断15T0605延度（5cm/min，15，cm）100100软化点（）46.5/47.34754T0606动力粘度（60，Pa.s）-180240T0620运动粘度（135，Pa.s）0.449-T0619闪点（）260260T0611含蜡量（蒸馏法）（%）1.72.2T0615溶解度（%）99.899.5T0607密度（15）1.037-T0603旋转薄膜加热试验（163，5h）T0610质量损失（%）0.170.8残留针入度比（%）6161T0604残留延度（5cm/min，10，cm）106T0605残留延度（5cm/min，15，cm）66.3502.2粗、细集料集料在沥青混合料中起着骨架和填充的作用，所具有的特性对沥青混合料高温稳定性能的影响尤为明显。通常破碎、坚硬、纹理粗糙、多棱角、颗粒接近立方体的集料，经压实后集料颗粒间能够形成紧密的嵌挤作用，增大沥青混合料的内摩阻角，相应沥青混合料的高温稳定性较好。对于改性沥青混合料应有适当的颗粒组成，并与改性沥青有良好的粘附性。因此本次课程设计粗集料采用重庆地区常用的破碎卵石（花岗岩），集料粒径为4.759.5mm 9.519mm 1925mm,细集料采用石灰岩机制砂，主要质量技术指标见下表2，表3表2粗集料的技术指标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%-30T0317压碎值%19.825T0316粘附性级44T0616表观相对密度1925mm碎石-2.749（实测）2.50T03049.519mm碎石2.745（实测）4.759.5mm碎石2.742（实测）吸水率1925mm碎石%0.382.0T03079.519mm碎石0.304.759.5mm碎石0.37坚固性%-12T0314冲击值%-28T0322软石含量%-5T0320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%10.19.310.9181520T0312水洗法0.075mm颗粒含量1925mm碎石%0.51T03109.519mm碎石0.64.759.5mm碎石0.7各种集料的毛体积相对密度1925mm碎石-2.720（实测）实测T03049.519mm碎石2.722（实测）4.759.5mm碎石2.714（实测）表3细集料的技术指标试验项目单位试验结果规范标准试验依据表观相对密度-2.727（实测）2.50T0328毛体积相对密度-2.701（实测）-T0304紧装密度g/cm31.696-T0331砂当量%6160T0334坚固性%-12T0340亚甲蓝值g/cm3-25T0349棱角性(流动时间)s-30T03452.3填料填料用于填充空隙，由此减少最佳沥青含量；使集料级配满足要求；增加稳定度；改善沥青与集料间的粘结。通常填料会降低沥青用量，增加密实度和稳定度。针对沥青混合料填料的要求，本次课程设计的填料采用石灰岩等憎水性石料经磨细得到的矿粉，生产矿粉的原石料无泥土杂质。主要质量技术指标见下表4表4矿粉的技术指标试验项目单位试验结果规范标准试验依据表观相对密度-2.773（实测）2.50T0352矿粉亲水系数-11T0353含水量%0.091T0332塑性指数-24T0354粒度范围0.6mm0.15mm0.075mm%10093.579.51009010075100T03513矿质混合料配合比设计3.1矿料筛分与级配曲线依据赵可老师给出的关于AC25型沥青混合料的矿料优选级配范围要求和各规格矿料筛分结果并通过Excel的规划求解法和一定调配得出各矿料的配合比，并画出级配曲线图，分别见下表5、6、7。表5优选级配范围级配类型通过下列筛孔（mm）的质量百分率（%）31.526.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075AC-2510095100809070806070455530402230142010147105846表6矿料筛分结果及级配配合比筛孔尺寸/mm31.526.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.07519250.17 10010013.54.660.460.4600000009.5190.35 10010099.1274.0843.365.123.750000004.759.50.16 10010010010010098.7614.681.80.570.390.340.330.3204.750.26 10010010010010010095.9467.7647.9220.317.512.090.64矿粉0.06 10010010010010010010010010010099.9399.6389.2级配上限10010090807055403020141086级配中值10097.585756550352617128.56.55级配下限100958070604530221410754合成级配100.00100.00 84.99 74.72 63.25 49.67 34.61 23.91 18.55 11.34 8.00 6.57 5.57 表7级配曲线3.2最佳油石比的确定配合比设计马歇尔试验技术标准按JTG F40-2004的规定执行表8 热拌沥青混合料试件的实验室制作温度沥青标号沥青加热温度矿料加热温度拌合温度试件成型温度70号1601751501453.2.1计算矿料混合料的合成毛体积相对密度和合成表观相对密度， 合成毛体积相对密度：合成表观相对密度：式中：、为各种矿料相应的毛体积相对密度；1、2、n为各种矿料的表观相对密度。3.2.2 预估沥青混合料的适宜的油石比Pa 式中：Pa预估的最佳油石比(与矿料总量的百分比)，()；Pb预估的最佳沥青用量（占混合料总量的百分数）（%）Pa1已建类似工程沥青混合料的标准油石比，()；集料的合成毛体积相对密度；已建类似工程集料的合成毛体积相对密度。在已建类似工程中标准油石比为3.6%，合成毛体积相对密度为2.702，代入式得： 3.2.3 确定矿料的有效相对密度， 有效相对密度的计算：相对于油石比Pa时，沥青混合料的最大理论相对密度(测得=2.563)；矿料的有效相对密度，无量纲；沥青的相对密度（测得=1.037），无量纲；所计算的沥青混合料中的油石比，；所计算的沥青混合料的沥青含量3.2.4 测定压实沥青混合料试件的毛体积相对密度表观相对密度和吸水率。-表观相对密度是表观密度与同温度水的密度之比值。-毛体积相对密度是毛体积密度与同温度水的密度之比值。以油石比4.5%为例，成型5个马歇尔试件。当试件的吸水率小于2%时，用水中重法测定其表观密度，表干法测定其毛体积密度。测得=1173.5g =689.6 =1176.9，代入式子：式中：干燥试件在空气中的质量（g）；试件在水中的质量（g）；试件的表干质量（g）； 常温水的密度（g/cm3），约等于1。吸水率（Sa）是试件吸水体积占沥青混合料毛体积的百分率3.2.5 确定沥青混合料的最大理论相对密度理论最大密度是假设沥青混合料试件被压实至完全密实，没有空隙的理想状态下的最大密度，即压实沥青混合料试件全部为矿料（包括矿料自身内部的孔隙）及沥青所占有时（空隙率为零）的最大密度（g/cm3）。可以采用真空法和溶剂法测定，也可以采用下式计算：式中：相对于油石比Pa，沥青混合料的最大理论相对密度；无量纲。矿料的有效相对密度，无量纲；沥青的相对密度，无量纲；所计算的沥青混合料中的油石比，；所计算的沥青混合料的沥青含量，；以油石比为例：3.2.6计算沥青混合料试件的空隙率、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。 试件空隙率VV是压实沥青混合料内矿料及沥青实体以外的空隙（不包括自身内部的孔隙）体积占试件总体积的百分率（%）。式中：VV试件的空隙率，%；矿料间隙率VMA是压实沥青混合料试件内矿料部分以外体积（沥青及空隙体积）占试件总体积的百分率，即试件空隙率与沥青体积百分率之和（%）。计算公式如。式中：VMA试件的矿料间隙率沥青饱和度VFA是压实沥青混合料试件内沥青部分的体积占矿料骨架以外的空隙部分体积的百分率（%），又称沥青填隙率。计算公式如。 式中：VFA试件的有效沥青饱和度(有效沥青含量占VMA的体积比例)3.2.7进行马歇尔试验，测定马歇尔稳定度及流值选择3.5%、4.0%、4.5%、5.5%、5.5等5组油石比于150下拌和，以马歇尔法成型试件。按T0705-2000（表干法）测定试件毛体积相对密度，根据沥青浸渍法实测集料的有效相对密度计算沥青混合料最大理论相对密度。并据此计算试件体积参数。数据如下表以油石比为3.5%为例计算各体积参数，其中=2.445、=2.577、=2.713、=96.5%，计算结果如下：表9 AC-25马歇尔试验结果 试件组号油石比（%）试件密度（g/cm3）空隙率VV（%）矿料间隙率VMA（%）沥青饱和度VFA（%）稳定度（kN）流值（mm）毛体积相对密度（实测）最大理论相对密度（实测）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65758.015403.2.8最佳油石比的确定由表9得出的油石比与各项测定指标的关系曲线表10所示。表10各项测定指标的关系曲线以油石比或沥青用量为横坐标，以马歇尔试验的各项指标为纵坐标，将试验结果点入图中，连成圆滑的曲线。确定均符合本规范规定的沥青混合料技术标准的沥青用量范围OAC minOAC max.选择的沥青用量范围必须涵盖设计空隙率的全部范围，并尽可能涵盖沥青饱和度的要求范围，并使密度及稳定度曲线出现峰值。如果没有涵盖设计空隙率的全部范围，试验必须扩大沥青用量范围重新进行。注：绘制曲线时含VMA指标，且应为下凹型曲线，但确定OAC minOAC max时不包括VMA。根据试验曲线的走势，按下列方法确定沥青混合料的最佳沥青用量OAC1,.在曲线图上求取相应于密度最大值、稳定度最大值、目标空隙率（或中值）、沥青饱和度的中值的沥青用量a1、a2、a3、a4。按下式取平均值作为OAC1。OAC1=（a1+a2+a3+a4） /4如果在所选取的沥青用量范围内未能涵盖沥青饱和度的要求范围，按下式三者的平均值作为OAC1。OAC1=（a1+a2+a3） /3对于所选择的试验的沥青用量范围，密度或稳定度没有出现峰值（最大值经常在曲线的两端）时，可直接以目标空隙率所对应的沥青用量a3作为OAC1，但OAC1必须介于OAC minOAC max范围内。否则重新进行配合比设计。以各项指标均符合技术标准（不含VMA）的沥青用量范围OAC minOAC max的中值作为OAC2 。OAC2=（OAC min+ OAC max）/2通常情况下取OAC1及OAC2的中值作为计算的最佳沥青用量OAC。OAC=（OAC1+ OAC2）/2与图中得出对应的空隙率和VMA值，检验是否满足规范关于最小VMA值得要求，验查图中相应于此OAC的各项指标是否均符合马歇尔试验技术标准。根据曲线图，稳定度没有出现峰值，所以采用目标空隙4.5%对应的油石比：OAC1=（5.1%+3.7%+3.7%+4%）/4=4.1%OAC2（3.7%+4.2%）/23.9%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3.74.1%，最佳油石比的初始值OAC1在此范围内。根据OAC1和OAC2，确定AC-25目标配合比的最佳油石比为：OAC=(OAC1+OAC2)/2=(4.1%+3.9%)/2=4.0% 取4.0%当OAC=4.0%时，空隙率为3.7%，VMA值为12.3%，满足设计要求。表11最佳油石比马歇尔试验试件组号油石比（%）试件密度（g/cm3）空隙率VV（%）矿料间隙率VMA（%）沥青饱和度VFA（%）稳定度（kN）流值（mm）毛体积相对密度最大理论相对密度14.02.4732.5683.712.369.910.2235.2技术要求-368+设计空隙率65758.015404.配合比设计试验4.1浸水马歇尔试验浸水马歇尔试验是将马歇尔试件分为2组，一组在60的水浴中保养0.5h后测其马歇尔稳定度S1，另一组在60水浴中恒温保养48h后测其马歇尔稳定度S2，计算两者的比值，即残留稳定度S0。S0=S2S1100%4.2冻融劈裂试验马歇尔试件成型时采用双面击实50次，而后将试件平均分为两组，并使其平均空隙率相同。一组试件在25水浴中浸泡2h后测定其劈裂强度R1；另一组先在25水中浸泡2h，然后在0.09MPa气压下浸水抽真空15min，再在-18冰箱中置放16h，而后放到60水浴中恒温24h，再放到25水中浸泡2h后测试其劈裂强度R2；计算两者的比值，即残留强度比R0。R0=R2R1100%综上，AC25型沥青混合料水稳定性检验结果见表12。表12 AC25型沥青混合料水稳定性检验结果项目级配类型油石比规范要求检测结果试验方法残留稳定度（%）AC254不小于8080.2T0709冻融劈裂强度比（%）AC264不小于7585.0T07294.3车辙试验按最佳沥青用量OAC制作车辙试验试件，在规定的条件下进行车辙试验，检验设计沥青混合料的高温抗车辙能力，动稳定度应符合规范要求。表13车辙试验结果 车辙板尺寸：30030050mm 拌和温度：150试验编号试验温度()动稳定度(次/mm)平均值(次/mm)6012601330137013304.4沥青混合料低温抗裂性检验对沥青混合料，应按照最佳沥青用量OAC制作车辙试验试件，再用切割机将试件锯成规定尺寸的棱柱体试件，按照规定方法进行低温弯曲试验，检验其破坏应变是否符合规范要求，否则应对矿料级配或沥青用量进行调整，必要时更换沥青品种重新进行配合比设计。低温弯曲破坏试验是评价沥青混合料低温变形能力的常用方法。在试验温度达到-100.5的条件下，以50mm/min加载速率，对沥青混合料小梁试件（35mm30250mm）跨中施加集中荷载至断裂破坏，由跨中的破坏挠度计算破坏弯拉应力、弯拉应变及劲度模量。弯曲试验结果如表16所示：表14 AC25沥青混合料弯曲试验结果（油石比4.0）项目单位规范要求检验结果试验方法弯曲试验破坏应变（）-不小于20002112T0715抗弯拉强度MPa10.52弯曲劲度模量MPa45084.5渗水试验宜利用轮碾机成型试验试件，脱模架起进行室内渗水试验，满足规范中要求的密级配沥青混合料配合比设计检验指标中渗水系数不大于120Ml/min的要求。表15渗水试验结果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)0100180420107010018040010001001804501175.配合比设计结论以4.0%为最佳油石比用马歇尔方法测得结果如下表18。表16马歇尔方法测试结果项目单位试验结果最佳油石比4.0空隙率3.7VMA12.3VFA69.9残留稳定度80.2冻