瀝青混合料配合比設(shè)計

1、瀝青混合料配合比設(shè)計 瀝青混合料包括瀝青混凝土混合料(AC)和瀝青碎石混合料(AM) 瀝青混合料的組成材料包括瀝青和礦料,礦料包括粗集料,細集料和填料等.礦質(zhì)混合料的配合比設(shè)計 1. 礦質(zhì)混合料的級配理論 各種不同粒徑的集料按一定比例搭配可達到較小的空隙率或較大的內(nèi)摩擦力.在連續(xù)級配和間斷級配. 級配理論主要有最大密度理論和粒子干涉理論,常用的是最大密度理論. (1)富勒理論 富 勒是通過提出一種理想曲線,他認為級配曲線越接近拋物線則堆積密度越大,當?shù)V質(zhì)混合料的級配拋物線時具有最大密度. 最大密度理想曲線可以用礦料顆粒粒徑d 和通過率P 來表示,P ,d可以用下面經(jīng)驗公式計算: P2=K d

2、P- 各級顆粒粒徑集料的通過量(%) d- 礦質(zhì)混合料各級顆粒粒徑(mm) k- 常數(shù) 當粒徑 d等于最大粒徑D時,集料的通過率等于100%,即可由: 1002=K D K=100/D 代入式P2=K d 得P=100(d/D)0.5 (2)泰波理論 泰波認為富勒曲線是一種理想曲線,實際集料的級配應(yīng)該允許在一定范圍內(nèi)波動. 將富勒曲線用一般通式表示為泰波公式: P=100(d/D)n D -最大粒徑; n-實驗指數(shù) 實際研究認為,在瀝青混合料中應(yīng)用,當n=0.45時堆積密度最大,當n=0.250.45時工作性能最好. 通常使用的礦料的級配范圍n冪常在0.30.7之間,因此,在實際應(yīng)用時,礦料的

3、級配曲線允許在一定范圍內(nèi)波動,即n=0.30.7,不同n冪公式的各粒徑的通過量見下表:分級順序n 12345678910粒徑比D/2n-1DD/2D/4D/8D/16D/32D/64D/128D/256D/516理論粒徑40 201052.5 1.250.630.3150.160.08最大密度級配曲線通過量(%)n=0.510070.7150.0035.3625.0017.6812.558.876.324.47級配范圍曲線通過量(%)n=0.310081.2365.9853.5943.5335.3628.7923.3819.0815.50n=0.710061.5637.8923.3314.36

4、8.345.473.372.101.29 按級配理論計算出各級集料在礦質(zhì)混合料的通過百分率，以通過百分率為縱坐標繪制成曲線，即為理論級配曲線。但由于礦料在軋制過程中的不均勻性以及混合料配制時的誤差等影響，使所配制的混合料往往不可能與理論級配完全相符合。因此，必須允許配料時的合成級配在適當?shù)姆秶鷥?nèi)波動，這就是“級配范圍”，繪制曲線時通常用半對數(shù)坐標，即橫坐標(即篩孔尺寸乘10或乘別的數(shù),讓取對數(shù)后為正數(shù))采用對數(shù)坐標，而縱坐標用常坐標。我國現(xiàn)行國標(GB 5009296) 規(guī)定，瀝青路面集料的粒徑選擇和篩分以方孔篩為準。 瀝青路面用礦質(zhì)混合料級配范圍曲線瀝青路面用礦質(zhì)混合料級配范圍曲線2.礦料的

5、組成設(shè)計方法 天然或人工軋制的一種集料的級配是無法達到某一級配范圍要求的,要想獲得滿足一定級配范圍要求的礦質(zhì)混合料,則必須采用兩種或兩種以上的集料進行組配,目前礦質(zhì)混合料的組成設(shè)計方法主要有數(shù)解法(試算法和正規(guī)方程法)和圖解法,組成設(shè)計的任務(wù)就是確定組成混合料的各種集料的比例. 圖解法比較直觀,下面我們主要介紹圖解法: 試算法 1. 試算法的基本原理 首先假設(shè)混合料中某種粒徑的顆粒，是由對這一粒徑占優(yōu)勢的一種集料組成，其他集料不含這一粒徑。據(jù)此分別試探各種級料的大致比例，不合適再進行調(diào)整，逐步接近，最終達到符合要求的集料的配合比。 2. 步驟及方法 將A、B、C三種集料配成M級配的礦料：(表9

6、.6.1) 圖解法: (適用于多種集料組成的礦料配合比設(shè)計)。 目前采用的圖解法以解決多種集料配合組成比例的平衡面積法為主.該法是采用一條直線來代替集料的級配曲線,這條直線使其左右兩邊的面積平衡,這樣簡化了曲線的復雜性.這一方法后經(jīng)話多研究者的修正,故又稱現(xiàn)行的圖解法為修正平衡面積法,簡稱圖解法.(1)基本原理 通常級配曲線圖采用半對數(shù)坐標繪制,所繪出的級配范圍中值為一曲線. 圖解法中,為使要求級配中值呈一直線,采用縱坐標的通過量(P)仍為算術(shù)坐標,而橫坐標的粒徑采用(d/D)n表示,則所繪出的級配曲線中值為直線,(2)計算步驟 繪制級配曲線坐標圖. 依據(jù)上述原理,按規(guī)定尺寸繪一方形圖框. 通

7、?？v坐標通過量取10cm,橫坐標篩孔尺寸(或粒徑)取15cm.連接對角線oo作為要求級配曲線中值. 縱坐標按算術(shù)標尺,標出通過量(0100%). 依據(jù)要求級配中值的各篩孔通過量標于縱坐標上, 則從縱坐標引水平線與對角線相交,再從交點作垂 線與橫坐標相交, 其交點即為各相應(yīng)篩孔尺寸的位置.確定各種集料用量 將各種集料的通過量繪于級配曲線坐標圖上.實際集料的相鄰級配曲線可能有下列三種情況, 根據(jù)各集料之間的關(guān)系,按下述方法確定各種集料的用量比例.兩相鄰級配曲線重疊(http:/ 如集料A級配曲線的下部與集料B級配曲線上部搭接時,稱為兩相鄰級配曲線重疊. 應(yīng)在兩級配曲線之間引一條垂直于橫坐標的直線A

8、A(即a=a)與對角線oo交于點M,通過M作一水平線與縱坐標交于P點. OP即為集料A的用量.兩相鄰級配曲線相接: 如集料B的級配曲線末端與集料C的級配曲線首端,正好在一垂直線上時,稱為兩相鄰級配曲線相接. 此時,將前一集料曲線末端與后一集料曲線首端作垂線連接,垂線BB與對角線OO相交于點N. 通過N作一水平線與縱坐標交于Q點. PQ即為集料B的用量.兩相鄰級配曲線相離: 如集料C的級配曲線末端與集料D的級配曲線首端,在水平方向彼此離開一段距離時,稱為兩相鄰級配曲線相離. 此種情況,應(yīng)作一垂直平分相離距離的垂線CC(即興b=b的平分垂線),與對角線OO相交于點R點,通過R作一水平線與縱坐標交于

9、S點. QS即為集料C的用量. 剩余ST即為集料D的用量. 校核 按圖解所得的各種集料用量,校核計算所得合成級配是否符合要求,如不能符合要求,即超出級配范圍,應(yīng)調(diào)整各集料的用量各組成材料和要求混合料級配圖 3. 瀝青混合料配合比設(shè)計瀝青混合料配合比設(shè)計 現(xiàn)行瀝青混合料配合比設(shè)計方法主要采用馬歇爾現(xiàn)行瀝青混合料配合比設(shè)計方法主要采用馬歇爾試驗法試驗法.我國自我國自1970年以來一直延用至今年以來一直延用至今,并納入了有并納入了有關(guān)規(guī)范關(guān)規(guī)范. 瀝青混合料配合比設(shè)計包括目標配合比設(shè)計、生瀝青混合料配合比設(shè)計包括目標配合比設(shè)計、生產(chǎn)配合比設(shè)計和生產(chǎn)配合比驗證三個階段。產(chǎn)配合比設(shè)計和生產(chǎn)配合比驗證三個

10、階段。 (1)目標配合比設(shè)計階段目標配合比設(shè)計階段 礦質(zhì)混合料的配合組成設(shè)計礦質(zhì)混合料配合給成設(shè)計的目的上選配一個具有足夠密實度, 并且有較高內(nèi)摩擦陰力的礦質(zhì)混合料, 具體步驟如下: A.確定瀝青混合料類型瀝青混合料的類型，根據(jù)道路等級、路面類型、所處的結(jié)構(gòu)層位，按下表選定。結(jié)構(gòu)層次高速公路、一級公路城市快速路、主干路其他等級公路一般城市道路及其他道路工程三層式瀝青混凝土路面兩層式瀝青混凝土路面瀝青混凝土路面瀝青碎石路面瀝青混凝土路面瀝青碎石路面上面層AC13AC16AC20AC13AC16AC13AC16AM13AC5AC10AC13AM5AM10中面層AC20AC25下面層AC25AC30

11、AC20AC25AC30AC20AC25AC30AM25AM30AM25AM30AC20AC25AM25AM30AM25AM30AM40B.確定礦質(zhì)混合料的級配范圍根據(jù)已確定的瀝青混合料類型，查閱規(guī)范推薦的瀝青混合料級配及瀝青用量范圍表 (瀝青混合料級配范圍及參考瀝青用量表) 即可確定所需的級配范圍。 C.礦質(zhì)混合料配合比例計算1) 組成材料地原始數(shù)據(jù)測定組成材料地原始數(shù)據(jù)測定根據(jù)現(xiàn)場取樣，對粗集料、細集料和礦粉進行篩析試驗，按篩析結(jié)構(gòu)分別繪出各組成材料的篩分曲線。同時并測出各組成材料的相對密度，以供計算瀝青混合料物理常數(shù)備用。2) 計算組成材料的配合比計算組成材料的配合比根據(jù)各組成材料的篩析

12、試驗資料，采用圖解法或計算法，求出符合要求級配范圍的各組成材料用量比例。3) 調(diào)整配合比計算得的合成級配應(yīng)根據(jù)要求作必調(diào)整配合比計算得的合成級配應(yīng)根據(jù)要求作必要的配合比調(diào)整要的配合比調(diào)整a. 通常情況下，合成級配曲線宜盡量接近設(shè)計級配中限，尤其應(yīng)使0.075 mm、2.36 mm和4.75 mm篩孔的通過量盡量接近設(shè)計級配范圍中限。b. 對高速公路、一級公路、城市快速路和主干路等交通量大、車輛載重大的道路，宜偏向級配范圍的下（粗）限；對一般道路、中小交通量和人行道路等宜偏向級配范圍的上（細）限。c. 合成級配曲線應(yīng)接近連續(xù)或有合理的間斷級配，不得有過多的犬牙交錯。當經(jīng)過再三調(diào)整，仍有兩個以上的

13、篩孔超過級配范圍時，必須對原材料進行調(diào)整或更換原材料重新設(shè)計。 確定瀝青混合料的最佳瀝青用量 由于實際材料性質(zhì)的差異,瀝青混合料的最佳瀝青用量( optimum asphalt content,簡稱OAC),目前主要通過馬歇爾試驗的方法確定. 馬歇爾試驗方法確定最佳瀝青用量步驟如下:1) 制備試件: A. 接確定的礦質(zhì)混合料配合比,計算各種礦質(zhì)材料的用量. B. 根據(jù)表(瀝青混合料級配范圍及參考瀝青用量表),選擇適宜的瀝青摻量. C. 以0.5%的瀝青用量間隔制備一組馬歇爾試件(不少于5組) 測定物理指標: 為確定瀝青混合料的瀝青最佳用量,需要測定各組試件的表觀密度, 空隙率, 礦料間隙率和飽

14、和度等物理指標. 3) 測定力學指標: 采用馬歇爾穩(wěn)定度儀, 測定瀝青混合料的力學指標,即測定馬歇爾穩(wěn)定度和流值.試驗結(jié)果分析: A. 繪制瀝青用量與物理力學指標關(guān)系圖. 以瀝青用量為橫坐標, 以表觀密度, 空隙率, 飽和度, 穩(wěn)定度, 和流值為縱坐標, 繪制試驗結(jié)果的關(guān)系曲線,如下圖:確定最佳瀝青用量初始值(OAC1).從上圖關(guān)系曲線中, 取相應(yīng)于密度最大值的瀝青用量a1, 相應(yīng)于穩(wěn)定度最大值的瀝青用量a2和相應(yīng)于規(guī)定空隙率范圍中值的瀝青用量a3, 求取三者的平均作為最佳瀝青用量的初始值OAC1,即 OAC1=(a1+a2+a3)/3確定最佳瀝青用量初始值(OAC2), 根據(jù)熱拌瀝青混合料的

15、技術(shù)標準,確定符合各項技術(shù)指標要求的瀝青用量范圍OACminOACmax, 求取最佳瀝青用量初始值OAC2, 即 OAC2=(OACmin+OACmax)/2 根據(jù)OAC1和OAC2綜合確定最佳瀝青用量(OAC). 按最佳瀝青用量的初始值OAC1在圖中求取相應(yīng)的各項指標值,檢查其是否符合相應(yīng)的馬歇爾試驗技術(shù)標準(下表:熱拌瀝青混合料馬歇爾熱拌瀝青混合料馬歇爾試驗技術(shù)指標試驗技術(shù)指標 ). 同時檢驗VMA(間隙率)是否符合要求,如能符合,由OAC1和OAC2綜合確定最佳瀝青用量OAC. 如不能符合,應(yīng)調(diào)整級配,重新進行配合比設(shè)計及馬歇爾試驗,直至各項指標均能符合要求為止. 試驗項目瀝青混合料類型

16、高速公路、一級公路、城市快速路、主干路其它等級公路與城市道路行人道路擊實次數(shù)/次瀝青混凝土瀝青碎石、抗滑表層兩面各75兩面各50兩面各50兩面各50 兩面各35兩面各35穩(wěn)定度/kN型瀝青混凝土型瀝青混凝土、抗滑表層7.55.0 5.04.0 3.0流值/0.1mm型瀝青混凝土型瀝青混凝土、抗滑表層20402040 204520452050 空隙率/型瀝青混凝土型瀝青混凝土、抗滑表層瀝青碎石 3641010 3641010 25瀝青飽和度/型瀝青混凝土型瀝青混凝土、抗滑表層瀝青碎石 708560754060 708560754060 7590 殘留穩(wěn)定度/型瀝青混凝土型瀝青混凝土、抗滑表層75

17、70 7570 75熱拌瀝青混合料馬歇爾試驗技術(shù)指標熱拌瀝青混合料馬歇爾試驗技術(shù)指標 由OAC1和OAC2綜合確定最佳瀝青用量(OAC)時,宜根據(jù)實踐經(jīng)驗和道路等級,氣候條件按下列步驟進行: a. 一般情況,取OAC1和OAC2的中值作為最佳瀝青用量(OAC),即 OAC= (OAC1+OAC2)/2 b. 對熱區(qū)道路以及車輛渠化交通的高速公路, 一級公路, 城市快速路, 主干路, 預計有可能造成較大車轍的情況時, 可以在OAC2與下限值OACmin范圍內(nèi)確定,但一般不小于OAC2的0.5%. C. 對寒冷區(qū)道路以一般道路,最佳瀝青用量可以在OAC2與上限值OACmax范圍內(nèi)確定,但一般不大于

18、OAC2的0.3%. 5) 檢驗最佳瀝青用量(OAC) A. 水穩(wěn)定性檢驗. 按最佳瀝青用量OAC制作馬歇爾試件進行浸水馬歇爾試驗(或真空馬歇爾試驗), 檢驗其殘留馬歇爾穩(wěn)定(MS0)是否合格. 如果最佳瀝青用量OAC與兩個初始值OAC1,或OAC2 相差甚大時,宜將OAC與OAC1或OAC2分別制作試件,進行殘留穩(wěn)定度試驗. 如不符合要求,應(yīng)重新進行配合比設(shè)計, 亦可采用摻加抗剝劑的方法來提高水穩(wěn)定性. B. 抗車轍能力檢驗. 按最佳瀝青用量OAC制作車轍試驗試件,在60度條件下,采用車轍試驗儀檢驗最佳瀝青用量混合料的動穩(wěn)定度是否符合要求 (2) 生產(chǎn)配合比設(shè)計階段生產(chǎn)配合比設(shè)計階段反復調(diào)整

19、冷料倉進料比例以達到供料均衡，并取目標配合比設(shè)計的最佳瀝青用量、及其0.3三個瀝青用量進行馬歇爾試驗，確定生產(chǎn)配合比的最佳瀝青用量。3) 生產(chǎn)配合比驗證階段生產(chǎn)配合比驗證階段采用拌和機進行生產(chǎn)配合比試拌，鋪筑試驗段，并對拌和機中抽取的瀝青混合料及路上鉆取的芯樣進行馬歇爾試驗檢驗，根據(jù)檢驗結(jié)果確定生產(chǎn)用的標準配合比。 例1:礦質(zhì)混合料配合組成計算例題（圖解法） 試用圖解法設(shè)計某高速公路用細瀝青混凝土礦質(zhì)混合料試用圖解法設(shè)計某高速公路用細瀝青混凝土礦質(zhì)混合料的配合比。的配合比?！驹假Y料】(1) 現(xiàn)有碎石、石屑、砂和礦粉四種礦料，篩析試驗得到各粒徑通過百分率列于表1。 材料名稱通過下列篩孔（方孔篩

20、，mm）的質(zhì)量百分率（）16.013.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075碎 石 100 93 17 0 石 屑 100 100 100 8414 8 40砂 100 100 100 100 92 82 42 21 114礦 粉 100 100 100 100 100 100 100 100 96 87表表1 原有礦質(zhì)集料級配表原有礦質(zhì)集料級配表 級配名稱通過下列篩孔（方孔篩，mm）的質(zhì)量百分率（）16.013.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075上面細粒式(AC-13 I)(GB50092-96)級配范圍10

21、0 95100 7088 4868 3653 2441 1830 1222 816 48級配中值100 98 79 58 4533 24 17 1262) 設(shè)計級配范圍按瀝青路面施工及驗收規(guī)范（GB 5009296）細粒式瀝青混凝土混合料要求，其級配范圍和中值列于表2。 表表2 礦質(zhì)混合料要求級配范圍和中值表礦質(zhì)混合料要求級配范圍和中值表 【計算要求】(1) 圖解法要求級配中值呈一直線，因此縱坐標的通過量(P)仍為算術(shù)坐標，而橫坐標的粒徑采用(d/D)n表示，則級配曲線中值呈直線。根據(jù)規(guī)范的級配中值（表2）繪出該直線。(2) 將各原有礦質(zhì)材料篩析結(jié)果（如表1）在圖上繪出級配曲線。按圖解法求出各

22、種材料在混合料中的用量。(3) 按圖解法求得的各種材料用量計算合成級配，并校核其是否符合技術(shù)規(guī)程的要求，如不符合應(yīng)調(diào)整級配重新計算?！居嬎悴襟E】(1) 繪制級配曲線圖（如圖1），在縱坐標上按算術(shù)坐標繪出通過量百分率。圖1 各組成材料和要求混合料級配圖 (2) 連對角線OO,表示規(guī)范要求的級配中值。在縱坐標上標出規(guī)范（GB 50092-96）規(guī)定的細粒式混合料（AC-13 I）各篩孔的要求通過百分率，作水平線與對角線OO相交，再從各交點作垂線交于橫坐標上，確定各篩孔在橫坐標上的位置。(3) 將碎石、石屑、砂和礦粉的級配曲線繪于圖1上。(4) 在碎石和石屑級配曲線相重疊部分作一垂直線AA，使垂線截

23、取二級配曲線的縱坐標值相等（即a=a）。自垂線AA與對角線交點M引一水平線，與縱坐標交于P點，OP的長度X=31，即為碎石的用量。 同理，求出石屑的用量Y=30，砂的用量Z=31，則礦粉用量W=8。 表3 礦質(zhì)混合料組合計算表 材料名稱通過下列篩孔（方孔篩，mm）的質(zhì)量百分率（）16.013.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075原材料級配碎 石100100 93 17 0 -石 屑100 100 100 100 8414 8 40-砂 100100 100 100 100 92 82 42 21 114礦 粉100 100 100 100 100 10

24、0 100 100 100 96 87各種礦料在混合料中的級配碎 石31(31)31.0(31.0) 28.8(28.8) 5.3(5.3) 0(0)-石 屑30(26) 30.0(26.0) 30.0(26.0) 30.0(30.0) 25.2(21.8) 4.2(3.6) 2.4(2.1) 1.2(1.1) 0(0)-砂 31(37)31.0(37.0) 31.0(37.0) 31.0(37.0) 31.0(31.0) 28.5(34.0) 25.4(30.3) 13.0(15.5) 6.5(7.8) 3.4(4.1) 1.2(1.5)礦 粉8(6) 8.0(6.0) 8.0(6.0) 8

25、.0(6.0) 8.0(6.0) 8.0(6.0) 8.0(6.0) 8.0(6.0) 8.0(6.0) 7.9(5.8) 7.0(5.2)合 成 級 配 100(100) 97.8(97.8) 74.3(74.3) 58.8(64.2) 40.7(43.6) 35.8(38.4) 22.2(22.6) 14.5(13.8) 11.3(9.9) 8.2(6.7)GB 50092-96要求AC-13 I級配范圍 100 95100 7088 4868365324411830122281648調(diào)整配合比計算得的合成級配應(yīng)根據(jù)要求作必要調(diào)整配合比計算得的合成級配應(yīng)根據(jù)要求作必要的配合比調(diào)整的配合比調(diào)

26、整a. 通常情況下，合成級配曲線宜盡量接近設(shè)計級配中限，尤其應(yīng)使0.075 mm、2.36 mm和4.75 mm篩孔的通過量盡量接近設(shè)計級配范圍中限。b. 對高速公路、一級公路、城市快速路和主干路等交通量大、車輛載重大的道路，宜偏向級配范圍的下（粗）限；對一般道路、中小交通量和人行道路等宜偏向級配范圍的上（細）限。c. 合成級配曲線應(yīng)接近連續(xù)或有合理的間斷級配，不得有過多的犬牙交錯。當經(jīng)過再三調(diào)整，仍有兩個以上的篩孔超過級配范圍時，必須對原材料進行調(diào)整或更換原材料重新設(shè)計。 從表3可以看出，按碎石：石屑：砂：礦粉31：30：31：8計算結(jié)果，合成級配中篩孔0.3mm和0.6mm的通過量偏低，篩

27、孔0.075mm的通過量偏高，且曲線呈鋸齒狀。(6) 由于圖解法的各種材料用量比例是根據(jù)部分篩孔確定的，所以不能控制所有篩孔。通常需要調(diào)整修正，才能達到滿意的結(jié)果。通過試算現(xiàn)采用減少粗石屑的用量、增加砂的用量和減少礦粉用量的方法來調(diào)整配合比。經(jīng)調(diào)整后的配合比為：碎石用量X=31；石屑用量Y=26；砂的用量Z=37；則礦粉用量W=6。按此配合比計算如表6-11中括號內(nèi)數(shù)值。(7) 將表6-13計算得到合成級配通過百分率，繪于規(guī)范要求級配曲線中，如圖6-5。從圖中可以看出，合成級配曲線在規(guī)范要求的級配范圍之內(nèi)，并且接近中值，呈一光滑平順的曲線。確定礦質(zhì)混合料配合比為碎石：石屑：砂：礦粉31：26：

28、37：6。圖2 要求級配曲線和合成級配曲線 例2:最佳瀝青用量的設(shè)計最佳瀝青用量的設(shè)計 廣東某地需鋪筑高速公路，用I型瀝青混凝土。已選用AH-70 瀝青。并知瀝青用量于5.07.0，按0.5間隔遞增，拌和均勻，制成了馬歇爾試件；根據(jù)集料吸水率大小和瀝青混合料的類型，測出試件的實測密度，并計算出空隙率、飽和率；再作馬歇爾試驗，測定穩(wěn)定度和流值兩個力學指針。 上述指針與瀝青用量的關(guān)系曲線見圖1至圖5。請參與下述馬歇爾試驗結(jié)果分析，并確定最佳瀝青用量。 從圖1、2、3求出第一個最佳瀝青用量初始值OAC1圖1中瀝青混合料密度最大值的瀝青用量為a1:6.30；圖2中瀝青混合料穩(wěn)定度最大值的瀝青用量為a2:6.20；I 型瀝青混凝土的熱拌瀝青混合料空隙率范圍規(guī)定為36.0（見表熱拌瀝青混合熱拌瀝青混合料馬歇爾試驗技術(shù)指標料馬歇爾試驗技術(shù)指標），