高性能瀝青混合料目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)示例_ppt

1、高性能瀝青混合料目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)示例 引言 為了便于大家更好的掌握高性能瀝青混合料的設(shè)計(jì)方法，本文以某高速路下面層，高性能瀝青混合料目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)為示例，完整地介紹了高性能瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)的全過程，希望對大家有所幫助。 設(shè)計(jì)類型：AC-20型瀝青混凝土 1 原材料 瀝青根據(jù)建設(shè)項(xiàng)目的氣候特征和交通荷載等因素，綜合考慮，采用SBR改性瀝青。要求達(dá)到PG分級指標(biāo)PG64-28指標(biāo)以上。且滿足改性瀝青的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)要求。具體試驗(yàn)結(jié)果見表1。 1.1瀝青膠結(jié)料表1 蘭煉90號B級道路石油瀝青試驗(yàn)結(jié)果 表1 蘭煉90號B級道路石油瀝青試驗(yàn)結(jié)果檢 驗(yàn) 項(xiàng) 目試驗(yàn)結(jié)果AH-90試驗(yàn)方法針入度 (25, 1

2、00g, 5s) (0.1mm)608080100T 0604延度 (5cm/min, 15) 不小于 (cm)100100T 0605延度 (5cm/min, 10) 不小于 (cm)2020軟化點(diǎn) (環(huán)球法) 不小于 ()4645T 0606溶解度 (三氯乙烯) 不小于 (%)99.5T 0607針入指數(shù)PI-1.0+1.0T 0604薄膜加熱試驗(yàn)163, 5h質(zhì)量損失 不大于(%)0.6T 0610針入度比 不小于 (%)65T 0604延度 (10) 不小于 (cm)6T 0605閃點(diǎn) (COC) 不小于 ()245T 0611含蠟量 (蒸餾法) 不大于 (%)2.0T 0615密度

3、(15) 不小于 (g/cm3)0.996實(shí)測記錄T 0603動(dòng)力粘度 (絕對粘度，60) 不小于 (Pa.s)160T 06201.2 粗集料 設(shè)計(jì)采用海原縣油坊源料場的白云巖破碎石料，粗集料料源特性指標(biāo)檢驗(yàn)結(jié)果見表2。根據(jù)AC-20型的礦料級配范圍，將粗集料分為三種規(guī)格：S9(10mm-20mm)；S12(5mm-10mm)；S14(3mm-5mm)。粗集料檢驗(yàn)結(jié)果見表3表4。表2 粗集料料源特性指標(biāo)檢驗(yàn)結(jié)果檢 驗(yàn) 項(xiàng) 目單位S9結(jié)果S12結(jié)果S14結(jié)果技術(shù)要求試驗(yàn)方法壓碎值 不大于%19.328T 0316洛杉機(jī)磨耗損失 不大于%28.830T 0317表觀相對密度 不小于2.8382.

4、8372.8702.60T 0304毛體積相對密度 不小于2.7632.7312.741T 0304吸水率 不大于%1.01.41.62.0T 0304堅(jiān)固性 不大于%12T 0314與瀝青的粘附性不小于級4T 0663石料沖擊值(對于中下層) 不大于%19.728T 0322表3 粗集料加工技術(shù)規(guī)格檢驗(yàn)結(jié)果規(guī)格名稱技術(shù)規(guī)格公稱粒 徑通過下列篩孔（mm）的質(zhì)量百分率（%）1913.29.54.752.360.6S9要求102095100-01505結(jié)果96.247.43.91.0S12要求5101009010001505結(jié)果10084.64.73.4S14要求351009010001503結(jié)果

5、10098.77.34.9表4 粗集料加工質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)項(xiàng)目指標(biāo)檢測結(jié)果S9S12S14針片狀顆粒含量（%），不大于其中：粒徑大于9.5mm，不大于粒徑小于9.5mm，不大于15122.6183.2水洗法小于0.075顆粒含量(%)，不大于10.51.812.44軟石含量(%)，不大于37.91.3 細(xì)集料 1）機(jī)制砂：本設(shè)計(jì)選用海原縣油坊源料場的白云巖破碎石屑，加工規(guī)格符合S16的規(guī)格要求。淘洗濾去0.075mm以下顆粒使用。 需要說明的是，石屑中0.075mm的通過百分率并未超出規(guī)范要求，但混合料摻配中僅此已超出設(shè)計(jì)范圍，故采用此辦法。細(xì)集料檢驗(yàn)結(jié)果見表5。 表5瀝青混合料用細(xì)集料技術(shù)質(zhì)

6、量要求檢 驗(yàn) 項(xiàng) 目單 位結(jié)果技術(shù)要求試驗(yàn)方法表觀相對密度 不小于2.8292.50T 0328毛體積相對密度 2.815堅(jiān)固性(0.3mm部分) 不小于%12T 0340亞甲藍(lán)值 不大于g/kg25T 0346棱角性 不小于%44.0445T 03441.3 填料 表6 瀝青混合料用填料技術(shù)質(zhì)量要求檢 驗(yàn) 項(xiàng) 目單位檢測結(jié)果技術(shù)要求試 驗(yàn) 方 法表觀密度 不小于g/cm32.50T 0352含水量 不大于%1T 0103烘干法粒度范圍0.6mm0.15mm0.075mm%1009010075100T 0351外觀無團(tuán)粒結(jié)塊親水系數(shù)1T 0353塑性指數(shù)4T 0354加熱安定性實(shí)測記錄T 03

7、55采用小鴻溝料場石灰?guī)r磨細(xì)的礦粉，親水系數(shù)為0.72，為滿足施工要求，0.075mm的通過量必須大于85%。為增加礦料與瀝青的粘附力，在混合料中加入礦料總量的2%的消石灰粉替代等量的礦粉，并作為混合料級配的組成部分。 2 設(shè)計(jì)集料結(jié)構(gòu) （1）集料合理級配組成 熱拌密級配瀝青混合料（HMA）的合理集料組成，按設(shè)計(jì)的集料最大粒徑，參考I法計(jì)算得到，如選取：I=0.64，計(jì)算結(jié)果如下表7。 2.1 確定工程設(shè)計(jì)級配范圍 表7 計(jì)算參考級配 (ACS-20)最大粒徑（mm）公稱粒徑（mm）通過以下尺寸篩孔(mm)的質(zhì)量百分率（%）貝雷法約束參數(shù)檢驗(yàn)26.51913.2 9.54.752.361.18

8、0.60.30.150.075CA(d/2)CA(D/4)FA1FA2FA310010079.164.041.026.116.710.86.94.42.80.6400.3900.410.410.411009575.260.838.924.815.910.36.64.22.70.5580.3580.410.410.411009071.257.636.923.515.19.76.24.02.60.4890.3280.410.410.411001009010071.279.157.664.041.036.926.123.516.715.110.89.76.96.24.44.02.82.60.40.8

9、0.250.50.250.50.250.50.250.52.2設(shè)計(jì)合成級配摻配比例 一般可選擇I=0.64，最大公稱粒徑通過率95%的計(jì)算級配結(jié)果，做為設(shè)計(jì)合成集料目標(biāo)級配，也可直接按選定的集料最大公稱粒徑通過率（本例為98%）做為合成集料目標(biāo)級配，運(yùn)用選定的粗細(xì)集料和填料，利用Excel表反復(fù)試算調(diào)整各單粒級料摻配比例，確定出最接近計(jì)算級配結(jié)果的合成集料摻配比例和合成級配，實(shí)際應(yīng)用中，采用控制關(guān)鍵篩孔的辦法，生產(chǎn)配合比的合成級配容許誤差：0.075mm誤差1%；2.36mm誤差2%；4.75mm誤差2%，最大公稱尺寸誤差2%；最大尺寸誤碼率為零。 表8 各級料篩分結(jié)果及摻配比例 (ACS-2

10、0)規(guī)格名稱通過以下篩孔的質(zhì)量百分率（%）1913.29.54.752.361.180.60.30.150.075摻配比例S996.246.92.9034S1210010084.11.81.80.60.60.60.60.626S1410010010098.62.50.5010.5S1610010010010082.753.735.225.39.82.127礦粉10010010010010010010010099.282.42.5消石灰10010010010010010010099.999.085.40合成級配98.781.962.940.325.617.212.29.55.32.8合成級配篩分

11、檢驗(yàn)10081.061.740.224.815.910.68.25.02.6目標(biāo)級配9877.562.740.225.616.410.66.84.32.8評價(jià)合成級配符合目標(biāo)級配誤差要求2.3 初步確定級配范圍 依據(jù)新的公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范JTG F40-2004和公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)JTG F80/1-2004的要求，以合成級配曲線為生產(chǎn)級配，按要求的容許波動(dòng)范圍，初步確定施工控制級配以及質(zhì)量檢驗(yàn)級配范圍，并按Superpave級配控制點(diǎn)和限制區(qū)進(jìn)行檢驗(yàn)，(ACS-20)結(jié)果見下表： 表9 初選級配范圍表級配范圍通過以下篩孔的質(zhì)量百分率（%）26.51913.29.54.752.36

12、1.180.60.30.150.075規(guī)范級配范圍級配上限1009062502616128543下限10010080725644332417137合成級配10010081.061.740.224.815.910.68.25.02.6施工級配容許誤差6%5%2%上限46.229.84.6下限34.219.80.62.4 級配檢驗(yàn) 首先，對施工級配上下限進(jìn)行檢驗(yàn) 按Superpave級配控制點(diǎn)檢驗(yàn) (ACS-20)級配范圍通過以下篩孔的質(zhì)量百分率（%）26.51913.29.54.752.361.180.60.30.150.075控制點(diǎn)上限-10090-49-8下限10090-23-2合成級配10

13、010081.061.740.224.815.910.68.25.02.6評價(jià)符合Superpave級配控制點(diǎn)按Superpave級配限制區(qū)檢驗(yàn) (ACS-20)級配不宜通過的區(qū)域(相應(yīng)以下篩孔的質(zhì)量通過百分率)（%）篩孔尺寸mm2.361.180.60.3合成級配24.815.910.68.2禁區(qū)范圍最小34.622.316.713.7最大34.628.320.713.7質(zhì)檢級配上限下限評價(jià)符合限制區(qū)要求圖1 0.45次方指數(shù)級配曲線圖部分篩孔上限進(jìn)入Superpave限制區(qū)，調(diào)整級配范圍，確定的級配范圍如下表所示。其次，對質(zhì)檢級配上下限，運(yùn)用“貝雷法”多級嵌擠密實(shí)約束參數(shù)，再進(jìn)行一次符合性

14、檢驗(yàn)。上限級配：CA=（PD/2-PD/4）/（100-PD/2）=0.558，CA=（PD/2-PD/4）/（100-PD/4）=0.358，F(xiàn)A=0.480、0.444、0.448。下限級配：CA=（PD/2-PD/4）/（100-PD/2）=0.558，CA=（PD/2-PD/4）/（100-PD/4）=0.358，F(xiàn)A=0.480、0.444、0.448。CA、FA均在“貝雷法”適宜的范圍值和要求之內(nèi)。表10 設(shè)計(jì)目標(biāo)級配及級配范圍級配范圍通過以下篩孔的質(zhì)量百分率（%）26.51913.29.54.752.361.180.60.30.150.075目標(biāo)級配上限10010082.9704

15、934.222.316.711.88.35.8下限1009071.257.636.923.515.19.76.24.02.52.5 確定設(shè)計(jì)目標(biāo)級配 3 計(jì)算瀝青混合料理論配合比 3.1 各種材料的密度測定結(jié)果，見下表。 表11 各級集料密度規(guī)格名稱S9S12S14S16礦粉消石灰瀝青公稱粒徑（mm）10-205-103-50-3表觀密度 Gia2.7142.7222.7322.723.01毛體積密度Gib2.672.6322.6712.6142.6142.5123.013.2 估算最佳油石比（或最佳瀝青用量） 按設(shè)計(jì)孔隙率、預(yù)計(jì)的礦料間隙率和密度測定結(jié)果，以及合成級配礦料組成，估算瀝青混合料

16、最佳油石比（或最佳瀝青用量），計(jì)算結(jié)果如下表。表12 估算最佳油石比（或最佳瀝青用量）表粉膠比F/B1.044合成集料表觀密度Gsa2.835合成集料毛體積密度Gsb2.777集料面干吸水率 W0.7384集料吸入瀝青體積系數(shù)C0.736合成集料有效密度Gse2.820單位 混合料中集料質(zhì)量Gmw2.402空隙率Va4VMA取值13.5集料吸入瀝青的體積Vba0.013吸入瀝青的油石比Qba0.550有效瀝青油石比Qbe3.982最佳初始油石比Qb4.532最佳初始瀝青用量Pb4.336有效瀝青體積Vbe0.095有效瀝青用量Pbe3.809最大理論密度Gmm2.616混合料毛體積密度Gmb2

17、.5114 理論配合比的試驗(yàn)驗(yàn)證及設(shè)計(jì)調(diào)整 4.1體積指標(biāo)試驗(yàn)驗(yàn)證 根據(jù)確定的設(shè)計(jì)目標(biāo)級配，和估算的瀝青混合料最佳油石比（或最佳瀝青用量），合成混合料，并填加計(jì)算的初始最佳瀝青含量，根據(jù)瀝青粘溫曲線得到的拌和溫度和壓實(shí)溫度（選擇拌和與壓實(shí)溫度相應(yīng)的膠結(jié)料表觀粘度分別為0.170.02Pa.s和0.280.03Pa.s），采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀（SGC）至少壓實(shí)兩個(gè)試件，同時(shí)準(zhǔn)備2個(gè)試樣用于確定瀝青混合料理論最大相對密度（Gmm）。對壓實(shí)成型試樣，通常取4500克集料；確定理論最大相對密度（Gmm）所用試樣，通常取2000克混合料質(zhì)量。用于測定體積指標(biāo)和理論最大相對密度（Gmm）所用試樣，應(yīng)在選定的拌和

18、溫度下，在烘箱中短期老化2小時(shí)。同樣，根據(jù)Pbm0.5、Pbm1.0做不同瀝青含量試件的旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型測定，全面比較后確定最佳瀝青含量。 （1）壓實(shí)所用的旋轉(zhuǎn)次數(shù)取決于交通量，如表13所示。本示例按中等至重交通量選用。 表13 交通量等級與混合料試件旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)的關(guān)系設(shè)計(jì)ESALs(百萬)壓實(shí)次數(shù)應(yīng)用范圍M初始M設(shè)計(jì)M最大0.365075很輕交通量0.33775115中等交通量3308100160中等至重交通量309125205重交通量 （2）理論最大相對密度（Gmm）用真空法測得，試驗(yàn)方法為：T 0711-1993。如測試結(jié)果與前述計(jì)算法求得的結(jié)果差異較大，應(yīng)復(fù)測一遍進(jìn)行驗(yàn)證。一般兩次平行試驗(yàn)

19、結(jié)果、以及與計(jì)算法結(jié)果，容許誤差均不宜超過0.011g/cm3。測試結(jié)果見表14。表14 理論最大密度試驗(yàn)結(jié)果（真空法）序號瀝青用量(%)理論最大密度（g/cm3）試件1試件2平均值13.82.6362.6272.63224.22.6212.6172.61934.62.6012.6102.60645.02.5942.5902.59255.42.5852.5862.586 （3）試樣的毛體積相對密度（Gmb）用表干法測定，試驗(yàn)方法為：T 0705-2000。測試結(jié)果見表15。 （4）由瀝青混合料的理論最大相對密度Gmm和毛體積相對密度Gmb求得空隙率Va、礦料間隙率VMAa和飽和度。計(jì)算結(jié)果見表

20、15。表15 旋壓成型試件體積特性指標(biāo)結(jié)果序號瀝青用量(%)毛體積密度理論最大密度（真空法）空隙率VAVMAVFA13.82.5132.6324.5012.9365.2924.22.5102.6194.1513.4069.0534.62.5272.6062.9813.1877.4045.02.5452.5921.9912.9384.6555.42.5582.5861.0912.8791.54表15中，空隙率Va、礦料間隙率和瀝青飽和度VFA，具體計(jì)算公式如下： 空隙率Va（%）： 壓實(shí)試件的礦料間隙率VMAa（%）： 壓實(shí)試件的的瀝青飽和度VFA（%）： 從瀝青用量與空隙率關(guān)系圖上，截取Va=

21、4%時(shí)的瀝青用量為4.15%4.2%。再看瀝青用量4.2%時(shí)，VMAa=13.4%，VFA=69%。體積指標(biāo)完全滿足要求且與理論配合比基本一致。 選取空隙率Va=4%、VMAa大于最小值，且最好小于最小值加1.5%，如果VMAa大于最小值加1.5%，還應(yīng)進(jìn)行滴漏試驗(yàn)檢驗(yàn)，檢驗(yàn)合格后，VFA也符合要求，則體積指標(biāo)檢驗(yàn)完成。如有出入，則按下式調(diào)整瀝青用量Pbm或油石比Q。 式中：Va是試樣測得的空隙率。 接著調(diào)整VMA： 式中：VMAa為試樣求得的礦料間隙率。 A系數(shù)，當(dāng)Va4%， A=0.2。礦料間隙率VMA主要受級配和集料的形狀與表面紋理兩方面影響。在級配組成確定的情況下，粗細(xì)集料的性能是否滿

22、足要求非常關(guān)鍵，特別是集料的棱角性指標(biāo)非常關(guān)鍵。這里特別需要注意的是細(xì)集料的棱角性，必須以“非壓實(shí)空隙率”指標(biāo)為準(zhǔn)，而不宜采用公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范JTG F40-2004上要求的粗造度指標(biāo)。如果集料性能滿足要求，而VMA仍然無法滿足最小值要求，則需重新調(diào)整，或重新設(shè)計(jì)級配組成。 （5）壓實(shí)特性檢驗(yàn) 滿足要求的配合比還要進(jìn)行初始壓實(shí)次數(shù)和最大壓實(shí)次數(shù)的試件成型，以評價(jià)其壓實(shí)特性，設(shè)計(jì)應(yīng)考慮施工特點(diǎn)，使瀝青混合料容易攤鋪和壓實(shí)的同時(shí)，不會發(fā)生過多的超載追密情況。具體要求見表16。 表16 壓實(shí)成型的混合料試件壓實(shí)性能檢測指標(biāo)設(shè)計(jì)ESALs要求壓實(shí)度 (理論最大相對密度 %)M初始M設(shè)計(jì)M最大0

23、.391.596.098.00.3390.531089.01030306 對設(shè)計(jì)配合比進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)檢驗(yàn) 以目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)的最佳用油量、-0.3%、+0.3%三個(gè)瀝青用量對設(shè)計(jì)的瀝青混合料進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)檢驗(yàn)，試驗(yàn)檢測結(jié)果見表17。各項(xiàng)馬歇爾試驗(yàn)技術(shù)指標(biāo)應(yīng)符合表18的技術(shù)要求。 表17 馬歇爾試驗(yàn)檢測結(jié)果瀝青含量%理論密度kg/cm3表干密度kg/cm3空隙率%礦料間隙率%飽和度%穩(wěn)定度kN流值cm3.92.6272.4646.21114.7457.913.322.514.22.6192.4855.10914.2764.313.312.684.52.6102.5034.10513.93170.5612.931.38技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)36146575824注：對改性瀝青混合料,馬歇爾試驗(yàn)的流值可適當(dāng)放寬。表18 密級配瀝青混凝土混合料試驗(yàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)指標(biāo)單位夏炎熱區(qū)(1-1、1-2、1-3、1-4區(qū))夏熱區(qū)及夏涼區(qū)(2-1、2-2、2-3、2-4、3-2區(qū))中輕交通重載交通中輕交通重載交通馬歇爾試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾擊實(shí)法擊實(shí)次數(shù) (雙面)次75試件尺寸mm101.6mm63.5mm穩(wěn)定度MS不小于kN8流值FLmm241.5424.524體積指標(biāo)旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀法成型設(shè)計(jì)空隙率V (%)%4礦料間隙率VMA (%)不小于相應(yīng)于以下公稱最大粒徑(mm)的最