重庆高速公路中面层ACC改性沥青混合料目标配合比设计报告

页一、概述重庆鹏方路面工程技术研究院有限公司受中交一公局第四工程有限公司永江四标项目部委托，进行重庆三环高速公路永川双石至江津塘河段公路路面工程第4合同段沥青路面中面层AC-20C改性沥青混合料目标配合比设计。二、设计依据1.JTGD50—2006《公路沥青路面设计规范》2.JTGF40—2004《公路沥青路面施工技术规范》3.JTGE20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》4.JTGE42—2005《公路工程集料试验规程》5.《重庆三环高速公路永川双石至江津塘河段两阶段施工图设计》三、配合比设计过程1.原材料重庆三环高速公路永川双石至江津塘河段公路路面工程第4合同段沥青路面中面层采用AC-20C改性沥青混合料。各原材料产地为：粗集料、细集料产地为重庆众旺矿业有限公司石料厂，矿粉产地为江津区超意建材公司，沥青为壳牌SBS改性沥青，试验样品由施工承包商重庆三环高速公路永川双石至江津河段第4合同段提供。（1）沥青对SBS改性沥青按《重庆三环高速公路永川双石至江津塘河段两阶段施工图设计》和《JTGF40-2004》要求进行了规定项目的试验检测，试验检测结果见表1。表1壳牌SBS改性沥青检测结果检测项目单位技术要求检测结果试验方法针入度25℃,100g,,5s0.1mm40～6056T0604延度5℃，5mmm/mincm不小于2032T0605软化点TR＆B℃不小于7080.0T0606闪点℃不小于230大于290T0625密度15℃g/cm3实测记录1.030T0603RTFOT后残留留物质量变化%不大于±1.0-0.125T0609针入度比25℃%不小于6579T0604延度10℃cm不小于1520T0605表1的试验结果表明，该送样沥青所检测项目均符合《重庆三环高速公路永川双石至江津塘河段两阶段施工图设计》和《JTGF40—2004》中的相关技术要求。（2）粗集料粗集料为10～20mm、5～10mm、3～5mm石灰岩，试验项目及试验结果见表2。试验结果表明，以下各种粗集料均符合《重庆三环高速公路永川双石至江津塘河段两阶段施工图设计》和《JTGF40—2004》中关于高速公路沥青路面中面层粗集料的技术要求。表2粗集料技术性质检测项目单位技术要求检测结果试验方法10~20mm5~10mm3~5mm石料压碎值%不大于2618.2——T0316洛杉矶磨耗损失%不大于2818.5—T0317表观密度g/cm3—2.7382.7262.717T0304表观相对密度—不小于2.602.7432.7312.722毛体积相对密度——2.7162.7072.683吸水率%不大于3.00.370.330.54与沥青的粘附性级不小于45——T0616针片状颗粒含量（混混合料）%不大于152.4T0312粒径大于9.5mmm针片状颗颗粒含量%不大于122.3——粒径小于9.5mmm针片状颗粒粒含量%不大于18—2.5—水洗法＜0.0775mm颗粒含量%不大于10.50.40.9T0310（3）细集料细集料的试验项目及试验结果见表3。试验结果表明，细集料的性质均符合《重庆三环高速公路永川双石至江津塘河段两阶段施工图设计》和《JTGF40—2004》中关于高速公路沥青中面层细集料的技术要求。表3细集料技术性质检测项目单位标准要求试验结果试验方法表观密度t/m3实测值2.714T0328表观相对密度—不小于2.502.721砂当量%不小于6579T0334（4）矿粉矿粉为石灰岩矿粉，试验结果见表4。试验结果表明，矿粉的性质符合《重庆三环高速公路永川双石至江津塘河段两阶段施工图设计》和《JTGF40—2004》中关于高速公路沥青面层矿粉的技术要求。表4矿粉技术性质检测项目单位标准要求试验结果试验方法表观密度t/m3不小于2.502.719T0352表观相对密度—实测值2.724含水量％不大于10.2T0103烘干干法粒度范围<0.6mmm<0.15mm<0.075%%%10090～10075～10099.895.686.8T0351外观—无团粒结块无团粒结块—亲水系数—小于1.00.5T0353塑性指数%小于4.02.2T0354加热安定性—实测记录无变化T03552.AC-20C型改性沥青混合料矿料级配的确定根据委托方的要求及我单位的科研成果和实践经验，AC-20C改性沥青混合料目标配合比设计采用GTM法进行。GTM法注重的是沥青混合料的性能设计，不以混合料的体积特征参数作为混合料配合比设计的控制指标。依据《JTGF40—2004》中关于AC-20C改性沥青混合料的矿料级配范围要求和各规格矿料筛分结果，借鉴我院近年来关于高性能沥青混合料科研成果所得的建议级配范围，通过计算机试算确定矿料配合比为10～20mm：5～10mm：3～5mm：0～3mm：矿粉=36.0：22.0：8.0：31.0：3.0。矿料筛分结果及配合比计算结果见表5，矿料级配曲线见图1。表5矿料筛分结果及配合比计算结果孔径矿料规格（mmm）矿料规格（mm）合成

级配级配范围中值规范级配范围10～205～103～50～3矿粉矿料配合比例（%%）10～205～103～50～3矿粉36.022.08.031.03.0100.0上限下限mm各规格矿料通过百百分率（筛分分）（%）各规格矿料通过百百分率（合成成）（%）（%）（%）（%）（%）26.5100.0100.0100.0100.0100.036.022.08.031.03.0100.0100.01001001986.1100.0100.0100.0100.031.022.08.031.03.095.097.5100951649.0100.0100.0100.0100.017.622.08.031.03.081.686.0928013.229.6100.0100.0100.0100.010.722.08.031.03.074.772.079659.50.686.099.6100.0100.00.218.98.031.03.061.158.063534.750.10.669.398.5100.00.00.15.530.53.039.240.045352.360.10.41.074.8100.00.00.10.123.23.026.427.032221.180.10.40.445.4100.00.00.10.014.13.017.218.522150.60.10.40.425.499.80.00.10.07.93.011.012.515100.30.10.40.415.799.10.00.10.04.93.08.09.01170.150.10.40.412.095.60.00.10.03.72.96.77.0950.0750.10.40.48.086.80.00.10.02.52.65.25.574图1矿料级配曲线3.油石比的确定采用GTM方法确定最大油石比，GTM的工作参数为：1）垂直压力为0.7MPa；2）试验成型模式按密度极限平衡状态控制；3）成型温度150℃~155℃。为确定AC-20C改性沥青混合料的最大油石比，选择3.6%、3.9%、4.2%、4.5%及4.8%五个油石比分别进行拌和，在150℃~155℃温度下，以GTM旋转压实到平衡状态(每旋转压实100转时试件密度的变化小于或等于0.016g/cm3)下制作试件，测定混合料的毛体积相对密度、空隙率VV、矿料间隙率VMA、饱和度VFA，计算结果及用GTM试件做马歇尔试验的试验结果一并列于表6，GTM试验结果见表7及图2。注：①沥青混合料密度为表干法测定的试件毛体积相对密度；②考虑到矿料对沥青胶结料的吸收特点，在计算沥青混合料最大理论相对密度时，矿质混合料有效密度采用沥青浸渍法实测，本次配合比设计合成级配浸渍法实测有效相对密度为2.717。表6AC-20C改性沥青混合料体积参数及马歇尔稳定度试验结果序号油石比（%）理论最大相对密度表干法毛体积相对对密度VV（%）VMA（%）VFA（%）稳定度（kN）流值（0.1mm）13.62.5932.4505.512.3955.512.522.723.92.5822.4684.412.0063.313.426.334.22.5712.4893.211.5172.313.835.544.52.5602.4962.511.5278.314.339.954.82.5492.5011.911.5983.613.743.2表7AC-20C改性沥青混合料GTM试验结果序号油石比(%)表干法毛体积相对对密度GSIGSF13.62.4500.981.4323.92.4681.001.4434.22.4891.021.4344.52.4961.071.3954.82.5011.141.34由表6的试验结果可知，用本设计方法所得到的AC-20C改性沥青混合料不同油石比时的试件密度及其它体积参数与马歇尔试件相比有以下特点：密度较高、空隙率与矿料间隙率较小、沥青饱和度大。众所周知，沥青混合料的空隙率、矿料间隙率与沥青饱和度等体积参数均为沥青混合料毛体积相对密度的导出值(当然与沥青用量、成型方式有关)，可见沥青混合料的密度值才是沥青混合料最为基础的体积参数。图2GTM试验参数及体积参数随油石比的变化曲线GTM法的特点是在设定的垂直压力下，通过搓揉、旋转压实来模拟路面成型及行车压密过程制作试件，以此来确定未来某时在已知轮胎与路面接触压力的交通量作用下，是否会造成由于混合料的不断密实而使塑性过大，以及在已知的行车荷载作用下是否会对路面造成剪切破坏。因此，GTM法配合比设计指标有三：①沥青混合料的最终压实状态即平衡状态时的密度；②沥青混合料在行车荷载作用过程中的抗变形能力参数GSI；③沥青混合料在行车荷载作用过程中的抗剪切破坏能力参数GSF。由表6、表7GTM试验结果汇成的曲线图2可见，判定沥青混合料这种粒状塑性材料是否会出现塑性过大现象的指标GSI随油石比的增加而增加，但当油石比大于4.2%时，曲线已呈急剧增加趋势，沥青混合料的塑性变形过大；从反映沥青混合料抗剪强度方面的强度稳定性参数GSF随油石比的变化情况来看，油石比小于或等于4.2%时，GSF值变化不大，而当油石比大于4.2%时，随油石比的增加，GSF值明显减小。综合GTM试验各参数结果认为，该AC-20C改性沥青混合料最大油石比确定为4.2%。考虑到该工程所处的地区气候特点、高速公路交通的特点以及便于施工控制,建议该沥青混合料的油石比范围为4.1%～4.4%。目标配合比设计结果为：10～20mm：5～10mm：3～5mm：0～3mm：矿粉=36.0：22.0：8.0：31.0：3.0，最佳油石比为4.2%。4.AC-20C型改性沥青混合料性能检测（1）水稳定性试验检测①冻融劈裂试验采用最佳油石比4.2%制备GTM试件，并进行冻融劈裂试验，其试验结果见表8。表8冻融劈裂试验结果检验项目单位技术要求试验结果试验方法冻融劈裂试验的残残留强度比%≥8092.3T0729从表8检验结果可以看出，冻融劈裂试验的残留强度比为92.3%，满足《重庆三环高速公路永川双石至江津塘河段两阶段施工图设计》和《JTGF40—2004》中残留强度比不小于80%的要求。②浸水马歇尔试验采用最佳油石比4.2%制备GTM试件，并进行浸水马歇尔试验，其试验结果见表9。表9水稳定性试验结果检验项目单位技术要求试验结果试验方法残留稳定度%≥8594.1T0709从表9可以看出，浸水马歇尔试验其残留稳定度为94.1%，满足《重庆三环高速公路永川双石至江津塘河段两阶段施工图设计》和《JTGF40—2004》中马歇尔残留稳定度不小于85%的要求。（2）高温稳定性试验检测在4.2%的油石比下制备车辙试件，并进行车辙试验，其试验结果见表10。表10车辙试验结果油石比检验项目单位技术要求试验结果试验方法4.2%动稳定度DS次/mm≥28005879T0719检验结果表明，在油石比4.2%条件下，沥青混合料其动稳定度值为5879次/mm，满足《重庆三环高速公路永川双石至江津塘河段两阶段施工图设计》和《JTGF40—2004》中规定的不小于2800次/mm的要求。（3）低温性能试验检测采用油石比4.2%制备车辙试件，并进行低温弯曲试验，其试验结果见表11。表11低温弯曲破坏应变检测结果检测项目单位技术要求检测结果试验方法弯曲破坏应变（μμε）—不小于25003334T0715抗弯拉强度MPa—12.8弯曲劲度模量MPa—3996从表11的检测结果可以看出，低温弯曲破坏应变满足《重庆三环高速公路永川双石至江津塘河段两阶段施工图设计》和《JTGF40—2004》中不小于2500με的要求。5.沥青混合料密度控制沥青混合料的密度是控制沥青混合料施工的关键指标。为指导施工，建议用GTM法进行生产配合比设计，并以GTM的旋转试件密度作为压实度控制标准。本次配合比设计进行了最佳油石比4.2%条件下的双面各击实75