上面层AC-型沥青混合料目标配比设计报告VIP

1、上面层AC-13型沥青混合料目标配比设计报告 国道主干线广州绕城公路东段（珠江黄埔大桥）高速公路 上面层AC-13型沥青混合料 目标配合比设计报告 试验人员： 报告编写： 报告审核： 广东华美加工程顾问有限公司 广州珠江黄埔大桥路面工程技术咨询项目部 二八年三月 目 录 说 明 . 1 一、原材料试验 . 4 1、沥青试验 . 4 2、集料试验 . 4 3、填料试验 . 6 4、沥青与集料的粘附性试验 . 7 二、AC(GAC)-13型沥青混凝土目标配合比设计 . 8 1、上面层方案（AC-13） . 8 2、上面层方案（AC-13） . 14 3、上面层方案（GAC-13） . 20 三、A

2、C(GAC)-13型沥青混凝土目标配合比试验结果汇总表 . 27 四、AC(GAC)-13型沥青混凝土目标配合比推荐方案. 28 1、方案比选 . 28 2、推荐方案 . 32 说 明 一、设计依据 1.公路自然区划标准（JTJ 003-86） 2.公路沥青路面设计规范（JTG D50-2006） 3.公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004） 4.公路工程沥青与沥青混合料试验规程（JTJ052-2000） 5.公路工程集料试验规程（JTG E42-2005） 6. 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） 7. 广东省交

3、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） 8. 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 9国道主干线广州绕城公路东段（珠江黄埔大桥）路面施工质量控制与管理手册 二、设计思路 由于本项目沿线地处华南沿海暴雨区，降雨充沛，雨量集中，历时降雨强度大，多年年平均降水量1638.5mm，年最大降水量2000mm，雨季(39月份)降水量占年降水量的81，多年平均蒸发量14001600mm；本地区年平均气温21.722.6，1月份平均气温15.5，7月份平均气温28.6，极端最高气温3739，极端最低气温0

4、3，7月平均地温3032，按公路自然区划标准（JTJ 003-86）划分属7华南沿海台风区，根据沥青路面使用性能气候分区属夏炎热冬温潮湿区（1-4-1）。同时根据本项目工可报告提供的交通量预测，设计年限内一个车道上的累计当量轴次为2.3107次，属于重交通，未来重载超载对路面的影响较大。 基于以上两个因素，我部在进行上面层目标配合比设计时，主要考虑沥青混合料的抗高温性能及抗水损害的能力，同时作为表面层，其抗滑性能也是需要重点考虑的路用性能。 因此，我部在进行矿料合成级配设计时，考虑通过提高4.75mm以上碎石含量，使粗集料之间形成骨架嵌挤结构，以提高抗高温车辙的能力，并适当减小9.5mm以上粗

5、集料的用量，提高混合料的均匀性和施工均匀性，减少路面施工离析造成的局部渗水； 1 同时，通过增大1.18mm以下细集料的含量，使细集料充分填充粗集料间隙，并结合省内已有经验，以4.55作为设计目标空隙率，混合料沥青饱和度控制在6570之间，既形成密水结构，避免早期水损害发生，又可避免路面经过行车荷载再压密后，剩余空隙率过小、沥青用量偏大出现泛油现象。 由于路面的微观构造制约着轮胎与路面之间的湿抗滑力水平，而路面的宏观构造控制着湿抗滑力随车速提高而下降的比率，因此，路面的抗滑能力是由路面的宏观构造和微观构造决定的。为此，首先需要采用磨光值高、压碎值（冲击值）和磨耗值低的石料作上面层的主骨料以形成

6、良好的微观结构；同时优选级配并采用合理的施工工艺以形成大的宏观结构。 为进一步验证据此思路设计的沥青混合料能否满足高温稳定性、水稳定性和抗滑性能等要求，我部根据现行规范提出了两个设计方案分别进行配合比试验；同时参考广东省内目前采用较多的在规范AC-13基础上改进的抗滑层混合料级配（以下以GAC-13标示），提出了适用于本项目选用材料的GAC-13型沥青混合料目标配合比方案，并与前两个级配方案的沥青混合料性能进行比较，以比选出适于本项目采用的抗滑层沥青混合料配合比最优方案。 三、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（JTJ052-2

7、000）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，按公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004）中对AC-13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，并以4.75mm通过率为关键性筛孔通过率，提出两个设计方案；同时参考GAC-13型沥青混凝土级配范围，提出GAC-13沥青混合料目标配合比设计方案； 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-13型沥青混凝土两个设计方案和GAC-13型沥青混凝土设计方案进行马歇尔试验，并确定出最佳用油量； 4

8、. 依据确定的最佳沥青用量，分别对AC-13型沥青混凝土两个设计方案和GAC-13型沥青混凝土设计方案进行60和70的车辙试验； 5. 依据确定的最佳沥青用量，分别对AC-13型沥青混凝土两个设计方案和GAC-13型沥青混凝土设计方案进行水稳定性试验； 2 6. 依据确定的最佳沥青用量，分别对AC-13型沥青混凝土两个设计方案和GAC-13型沥青混凝土设计方案进行渗水试验； 7. 依据确定的最佳沥青用量，分别对AC-13型沥青混凝土两个设计方案和GAC-13型沥青混凝土设计方案进行抗滑性能试验。 3 一、原材料试验 1、沥青试验 按设计要求，抗滑层沥青选用SBS改性沥青。改性沥青试验严格按照公

9、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，改性沥青性能指标试验结果见表1所列。试验结果表明，该SBS改性沥青已检测的性能指标除运动粘度偏大外，其余指标均能满足现行规范及本项目相关技术文件要求。沥青粘度增大（3Pa.s），软化点提高，有利于改善沥青的感温性，但生产时，易造成拌和楼输油管道的堵塞，应加强输油管道的疏通工作。 注：不能保证连续施工时，应按相关技术文件要求频率对进场沥青的贮存稳定性进行检测。 2、集料试验 本项目上面层AC(GAC)-13型沥青混合料目标配合比设计试验所采用的集料为增城三江三和石场生产的角闪岩，集料粒径规格分别为S10（1015mm）、S1

10、1（510mm）、S14（35mm）和S16（03mm），如图1图4。 4 图1 1015mm碎石 图2 510mm碎石 图3 35mm碎石 图4 03mm石屑 图1图4为增城三江三和石场碎石加工现场，该石场堆料场地较小，场地硬化不充分，缺少必要的排水设施，除尘效果较差。因此为保证本项目上面层矿料质量及连续施工时供料及时，建议尽快落实石场配套设施建设，并要求施工单位提前备料。 矿粉为从化吕田生产的石灰岩矿粉；水泥采用“粤花”牌32.5水泥；沥青为壳牌新粤（佛山）沥青有限公司生产的SBS改性沥青。 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

11、果分别见表2、表3所列。 5 粗集料试验结果 表2 细集料试验结果 表3 注：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。 3、填料试验 填料试验结果见表4所列。试验结果表明，本项目采用的填料技术指标满足现行规范标准要求。 6 注：括号内数值为水泥粒度范围。 4、沥青与集料的粘附性试验 本试验采用T0616-1993中水煮法，在两种情况下对改性沥青与粗集料的粘附性进行试验，一种为常规试验，另一种是先用粗集料与水泥进行裹覆后再与沥青进行粘附性试验，试验结果见表5所列。试验结果表明，集料与沥青的粘附性等级满足设计要求。尽管通过试验不采取抗剥落措施时，集料与沥青

12、的粘附性仍能满足设计要求，但为了增强集料与沥青的粘附能力，提高上面层的抗水损害能力，建议上面层改性沥青混合料生产时添加1.52.0水泥代替部分矿粉，同时通过添加水泥提高沥青胶浆的劲度模量，亦可改善上面层的抗永久变形能力和承载能力。 改性沥青与集料粘附性试验结果 表5 注：该集料与SBS改性沥青的粘附性能满足规范及本项目相关文件要求。 7 二、AC(GAC)-13型沥青混凝土目标配合比设计 1、上面层方案（AC-13） 1）原材料筛分及合成级配 2）方案矿料合成级配曲线如图5所示。 图5 AC-13型（方案）矿料合成级配曲线图 8 3）马歇尔试验结果及最佳沥青用量确定 AC-13（方案）马歇尔试

13、验结果见表7。 AC-13（方案）马歇尔试验结果 表7 注：1)沥青加热温度控制在160165；矿料加热温度为190200；混合料拌和温度为170，上下浮动5；击实温度为160165；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计算法算出。 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 6所示。 9 图6 AC-13目标配合比（方案）确定沥青用量图 根据曲线图，由于密度没有严格出现峰值，所以采用目标空隙率4.5对应的油石比作为OAC1，可以得到： OAC14.84 OAC2（4.49+5.08）/24.79 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

14、4.495.08，最佳油石比的初始值OAC1在此范围内。 根据OAC1和OAC2，并结合广东省高速公路建设的实际情况，确定AC-13目标配合比（方案）的最佳油石比为：OAC=4.8。当OAC=4.8时，空隙率为4.6，VMA值为15.19，满足设计要求。 4）最佳油石比马歇尔试验 10 AC-13（方案）最佳油石比马歇尔试验结果 表8 注：1)沥青加热温度控制在160165；矿料加热温度为190200；混合料拌和温度为170，上下浮动5；击实温度为160165；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计算法算出。 5）浸水马歇尔试验 AC-13（方案）残留稳定度试验结果 表

15、9 6）冻融劈裂试验 AC-13（方案）冻融劈裂试验结果 表10 11 7）车辙试验 AC-13（方案）车辙试验结果 表11 车辙板尺寸：30030050mm 拌和温度：170 碾压温度：160 行走距离：231cm 8）渗水试验 AC-13（方案 ）渗水试验结果 表12 9）抗滑试验 AC-13（方案）构造深度试验结果 表13 12 AC-13（方案）抗滑值试验结果 表14 10）车辙板压实度试验 对轮碾成型的车辙板进行抽取芯样，检测压实度，试验结果如下： AC-13（方案）试件压实度试验结果 表15 13 2、上面层方案（AC-13） 1）原材料筛分及合成级配 AC-13型沥青混凝土合成矿

16、料级配组成（方案） 表16 2）方案矿料合成级配曲线如图7所示。 图7 AC-13型（方案）矿料合成级配曲线图 14 3）马歇尔试验结果及最佳沥青用量确定 AC-13（方案）马歇尔试验结果见表17。 AC-13（方案）马歇尔试验结果 表17 注：1)沥青加热温度控制在160165；矿料加热温度为190200；混合料拌和温度为170，上下浮动5；击实温度为160165；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计算法算出。 最佳沥青用量确定 由表17 得出的油石比与各项测定指标的关系曲线图如图8所示。 15 图8 AC-13目标配合比（方案）确定沥青用量图 根据曲线图，由于稳定

17、度没有严格出现峰值，所以采用目标空隙率4.5对应的油石比作为OAC1，可以得到： OAC14.75 OAC2（4.41+5.04）/2=4.73 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4.415.04，最佳油石比的初始值OAC1在此范围内。 根据OAC1和OAC2，结合广东省高速公路建设的实际情况，确定AC-13目标配合比（方案）的最佳油石比为：OAC=4.7。当OAC=4.7时，空隙率为4.6，VMA值为15.1，满足设计要求。 4）最佳油石比马歇尔试验 16 AC-13（方案）最佳油石比马歇尔试验结果 表18 注：1)沥青加热温度控制在160165；矿料加热温度为190200；

18、混合料拌和温度为170，上下浮动5；击实温度为160165；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计算法算出。 5）浸水马歇尔试验 6）冻融劈裂试验 17 7）车辙试验 AC-13（方案）车辙试验结果 表21 车辙板尺寸：30030050mm 拌和温度：170 碾压温度：160 行走距离：231cm 8）渗水试验 AC-13（方案）渗水试验结果 表22 9）抗滑试验 AC-13（方案）构造深度试验结果 表23 18 AC-13（方案）抗滑值试验结果 表24 10）车辙板压实度试验 对轮碾成型的车辙板进行抽取芯样，检测压实度，试验结果如下： AC-13（方案）试件压实度试验

19、结果 表25 19 3、上面层方案（GAC-13） 1）原材料筛分及合成级配 GAC-13型沥青混凝土合成矿料级配组成（方案） 表26 2）方案矿料合成级配曲线如图9所示。 图9 GAC-13型（方案）矿料合成级配曲线图 20 3）马歇尔试验结果及最佳沥青用量确定 （1）GAC-13（方案）马歇尔试验结果见表27。 本次试验条件同方案和方案，即沥青加热温度控制在160165；矿料加热温度为190200；混合料拌和温度为170，上下浮动5；击实温度为160165。 注：1)沥青混合料理论最大相对密度是通过计算法算出； 2)本方案设计空隙率为5.0。 由于方案相较于方案和方案中4.75mm以上粗集

20、料增多，35mm规格料的用量明显减少，矿料级配已接近于间断级配，在相同试验条件下，其空隙率和矿料间隙率明显增大，沥青饱和度则减小。根据马歇尔试验技术指标要求范围，表27中试验结果不能满足设计要求。针对这一问题可通过两种途径予以解决：第一，提高试验温度，通过增大沥青的流动性来改善沥青混合料的和易性和可压实性，提高马歇尔试件的密实度，使各项技术指标达到设计要求范围；第二，用棱角性较小的石屑部分或全部替换棱角性较大的角闪岩石屑，改善沥青混合料的和易性和可压实性。 （2）GAC-13（方案）更换石灰岩石屑 矿料级配组成及曲线图 GAC-13型沥青混凝土合成矿料级配组成（石灰岩石屑） 表28 21 图1

21、0 GAC-13型（石灰岩石屑）矿料合成级配曲线图 GAC-13（方案）更换石灰岩石屑后马歇尔试验结果见表29。 更换石灰岩石屑后的试验条件同方案和方案，即沥青加热温度控制在160165；矿料加热温度为190200；混合料拌和温度为170，上下浮动5；击实温度为160165。 GAC-13（石灰岩石屑）马歇尔试验结果 表29 22 更换石灰岩石屑后的试验结果与表27中试验结果相比，尽管空隙率有所降低，但油石比为5.2%时的空隙率仍大于5%，与目标空隙率4.5%相比仍明显偏大，说明仅通过更换石灰岩石屑对沥青混合料的和易性改善效果尚不明显。 （3）GAC-13（方案）提高试验温度后的马歇尔试验结果

22、见表30。 沥青加热温度仍按160165控制；矿料加热温度为190200；混合料拌和温度为175，上下浮动5；击实温度提高至168170。 GAC-13（方案）马歇尔试验结果 表30 注：1)沥青混合料理论最大相对密度是通过计算法算出； 2)本方案设计空隙率为5.0。 （3）最佳沥青用量确定 由表28得出的油石比与各项测定指标的关系曲线图如图11所示。 23 图11 GAC-13目标配合比（方案）确定沥青用量图 根据曲线图，相应于密度最大值、稳定度最大值、目标空隙率、沥青饱和度范围中值的沥青用量分别为a1=5.3、a2=4.2、a3=4.84、a4=4.98，可以得到： OAC1（5.3+4.

23、2+4.84+4.98）/44.83 OAC2（4.68+5.29）/2=4.99 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4.685.29，最佳油石比的初始值OAC1在此范围内。 根据OAC1和OAC2，结合广东省高速公路建设的实际情况，确定GAC-13目标配合比 24 （方案）的最佳油石比为：OAC=4.9。当OAC=4.9时，空隙率为4.8，VMA值为15.6，满足设计要求。 4）最佳油石比马歇尔试验 注：1)沥青加热温度控制在160165；矿料加热温度为190200；混合料拌和温度为175，上下浮动5；击实温度为168170；混合料废弃温度195； 2)沥青混合料理论最大相对

24、密度是通过计算法算出。 5）浸水马歇尔试验 GAC-13 （方案）残留稳定度试验结果 表32 6）冻融劈裂试验 25 7）车辙试验 GAC-13（方案）车辙试验结果 表34 车辙板尺寸：30030050mm 拌和温度：175 碾压温度：160 行走距离：231cm 8）渗水试验 GAC-13（方案）渗水试验结果 表35 9）抗滑试验 AC-13（方案）抗滑值试验结果 表36 26 三、AC(GAC)-13型沥青混凝土目标配合比试验结果汇总表 AC(GAC)-13型沥青混凝目标配合比设计试验结果 表37 注：1)沥青加热温度控制在160165；矿料加热温度为190200；AC-13沥青混合料拌和

25、温度为170，上下浮动5；击实温度为160165；GAC-13沥青混合料拌和温度为175，上下浮动5；击实温度为168170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计算法算出； 3)沥青混合料拌和方式为矿料沥青矿粉、水泥； 4)构造深度、抗滑系数、车辙板压实度均是通过室内成型的车辙板进行实测得到，在进行方案比选时仅作为参考指标，尚需通过试验路进一步验证。 27 四、AC(GAC)-13型沥青混凝土目标配合比推荐方案 1、方案比选 根据公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004）的规定与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中对AC-13型沥

26、青混合料性能指标的技术要求，结合省内采用GAC-13型沥青混合料的经验，分别对以上三个设计方案的沥青混合料进行了高温稳定性检验（车辙试验）、水稳定性检验（浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验）、渗水系数检验及抗滑性能试验等，各项试验结果见表37所列。 根据表37中所列试验结果，我部对各方案进行比选，以推荐出本项目上面层沥青混合料目标配合比最优方案。 1）方案与方案的比较 方案与方案均为AC-13型沥青混合料，由表6和表16可知，方案与方案级配的关键控制筛孔4.75mm通过率分别为46和43.1，2.36mm筛孔通过率分别为32.9和31.3，9.5mm筛孔通过率均为81.6，方案较方案适当增加了中间档

27、粗集料（510mm碎石），级配更接近“S”型曲线。根据方案和方案目标配合比设计结果，就以下几个方面对此两个方案进行比较。 空隙率：结合省内已有经验，以4.55作为本项目上面层沥青混合料目标空隙率。方案和方案的空隙率分别为4.6和4.64，空隙率均满足设计要求； 间隙率：根据规范要求，上面层AC-13的实测矿料间隙率不小于10+空隙率（设计间隙率），同时根据经验，一般情况下实测间隙率宜不大于设计间隙率+0.5，即各方案实测间隙率应满足以下范围： 14.6方案实测间隙率15.1 14.64方案实测间隙率15.14 由表37可知，方案与方案的实测间隙率分别为15.30和15.10，方案的实测间隙率可

28、满足以上要求，方案实测间隙率偏大； 沥青饱和度：根据“广东省交通厅粤交基函2003299号文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”，混合料沥青饱和度宜控制在规范的中值与下限之间，即宜控制在6570之间。方案和方案的沥青饱和度分别为69.9和69.2，方案的沥青饱和度较方案略偏大。 高温稳定性：根据设计思路，粗集料之间形成骨架嵌挤结构有利于提高抗高温车辙 28 能力，而根据表37中车辙试验结果，方案与方案60的动稳定度分别为10190次/mm和11043次/mm，均能满足现行规范和本项目相关技术文件要求，而方案的动稳定度较方案提高了8.37，由此可知方案的抗高温车辙能力更好。 同时

29、根据表37中车辙板压实度试验结果，方案的压实度较小，为95.9，而动稳定度却较方案大，若两方案达到同等压实度条件下，方案的动稳定度将进一步增大，抗高温性能更佳，这一点也再次说明了骨架嵌挤结构有利于提高抗高温车辙能力。 抗滑性能：由设计思路可知，集料级配形成路面的宏观构造深度越大，高速行车路面的抗滑能力越强。 由表37中抗滑试验结果可知，方案与方案的构造深度分别为1.02 cm和1.04 cm，抗滑值分别为56.7BPN和58.6BPN。根据各方案矿料级配组成，两个方案中方案的 4.75mm筛孔通过率较小，为43.1，级配中粗集料含量较多，集料级配形成的宏观构造深度较大。抗滑试验结果表明，方案的

30、抗滑性能较好，因此通过提高粗集料含量，有效改善表面层的宏观构造深度的同时也提高了路面的抗滑性能。 其他性能：其他如残留稳定度、冻融劈裂比和渗水系数等性能，由表37中试验结果可知，两方案均能满足现行规范和本项目相关文件要求。 根据以上几点比较认为，两个方案各项性能指标均能满足现行规范和本项目相关文件要求，而方案较方案的多项性能指标更优。 2）方案与方案的比较 根据设计思路，考虑通过提高4.75mm以上碎石含量，使粗集料之间形成骨架嵌挤结构，以提高抗高温车辙的能力；同时，增大细集料的含量，使细集料充分填充粗集料间隙，形成密水结构。在此思路指导下，结合省内目前的使用经验，提出了GAC-13型沥青混凝

31、土设计方案。这种类型的级配针对南方湿热地区、行驶重载交通的高速公路和一级公路，适当减少靠近最大粒径的粗集料比例，增加中间档次的粗集料，同时适当增加细集料比例，控制矿粉含量，形成“S”型级配曲线，这种“S”型级配的沥青混合料属于嵌挤密实型级配，具有适宜的空隙率，渗水性较小，有良好的高温稳定性，表面还具有较大的构造深度，这种级配经过在省内多条高速公路工程中的使用，证明具有较好的使用性能。但必须注意的是，该类型混合料施工时需要加强施工温度控制，提高路面的压实度和密水性，才能取得良好的使用效果。本次上面层目标配合比设计中，我部提出了GAC-13型沥青混凝土设计方案，并与方案（AC-13）进行比较，以提

32、出适用于本项目沥青上面层的最佳方案。 29 空隙率：方案与方案空隙率分别为4.64与5.08，方案与方案空隙率均能满足46的设计要求，但方案的空隙率偏小。 间隙率：两方案实测间隙率应满足以下范围： 14.64方案实测间隙率15.14 15.08方案实测间隙率15.58 由表37可知，方案与方案的实测间隙率分别为15.10和15.80，方案的实测间隙率可满足以上要求，方案实测间隙率偏大； 沥青饱和度：方案与方案的沥青饱和度分别为69.2和67.9，根据“广东省交通厅粤交基函2003299号文”，方案与方案的沥青饱和度均满足要求，但方案的沥青饱和度偏大； 高温稳定性：根据设计思路，粗集料之间形成骨架嵌挤结构有利于提高抗高温车辙能力，而根据表37中各方案车辙试验结果，方案与方案60的动稳定度分别为11043次/mm和15944次/mm，均能满足现行规范和