瀝青混合料配合比設(shè)計

瀝青混合料配合比設(shè)計多碎石瀝青混凝土其他瀝青混合料再生瀝青混凝土瀝青稀漿封層混合料瀝青瑪蹄脂碎石(SMA)冷拌瀝青混合料多孔隙瀝青混凝土表面層橋面鋪裝材料目標(biāo)配合比設(shè)計階段生產(chǎn)配合比設(shè)計階段生產(chǎn)配合比驗證階段礦料的組成設(shè)計最佳瀝青用量確定圖解法或試算法集料篩分（水洗法）馬歇爾試驗確定工程級配范圍預(yù)估計算瀝青用量瀝青與集料相對密度測定配合比設(shè)計三個階段目標(biāo)配合比與生產(chǎn)配合比都是兩方面的設(shè)計，二者有何區(qū)別？礦料通過皮帶輸入拌和樓干燥筒加熱振動篩二次篩分熱料提升到拌和樓熱料倉根據(jù)目標(biāo)配合比的OAC、OAC±0.3%三組瀝青用量根據(jù)熱料比例確定生產(chǎn)配合比最佳瀝青用量OAC圖解法確定熱料比例生產(chǎn)配合比目標(biāo)配合比圖解法確定冷料比例確定目標(biāo)配合比最佳瀝青用量OAC取樣冷料篩分根據(jù)冷料比例成型5組馬歇爾試件通過調(diào)整控制室皮帶轉(zhuǎn)速達(dá)到設(shè)計比例青用量確定提供標(biāo)準(zhǔn)為生產(chǎn)配合比最佳瀝熱料比例與最佳瀝青用量輸入控制室計算機生產(chǎn)瀝青混合料熱料篩分取分級目標(biāo)配合比與生產(chǎn)配合比設(shè)計關(guān)系圖成型3組馬歇爾試件一、瀝青混合料目標(biāo)配合比設(shè)計步驟瀝青混合料目標(biāo)配合比設(shè)計階段:

按照瀝青混合料配合比設(shè)計方法，優(yōu)選礦料級配，確定最佳瀝青用量，以此作為目標(biāo)配合比，工拌和樓確定各冷料倉的供料比例、進(jìn)料速度及試拌試鋪使用。

（一）確定工程設(shè)計級配調(diào)整工程設(shè)計級配范圍宜遵循下列原則：

(1)對夏季溫度高、高溫持續(xù)時間長，重載交通多的路段，宜選用粗型密級配瀝青混合料（AC—C型），并取較高的設(shè)計空隙率。對冬季溫度低、且低溫持續(xù)時間長的地區(qū)，或者重載交通較少的路段，宜選用細(xì)型密級配瀝青混合料（AC—F型），并取較低的設(shè)計空隙率。

（2）為確保高溫抗車轍能力配合比設(shè)計時宜適當(dāng)減少公稱最大粒徑附近的粗集料用量，減少0.6mm以下部分細(xì)粉的用量，使中等粒徑集料較多，形成S型級配曲線，并取中等或偏高的設(shè)計空隙率。（3）確定級配范圍時應(yīng)考慮不同層位的功能需要，應(yīng)能滿足耐久、穩(wěn)定、密水、抗滑等要求。（4）根據(jù)施工控制水平，確定的工程設(shè)計級配范圍應(yīng)比規(guī)范級配范圍窄。（5）配合比設(shè)計應(yīng)充分考慮施工性能，使瀝青混合料容易攤鋪和壓實，避免造成嚴(yán)重的離析。（二）材料選擇與準(zhǔn)備

從工程實際使用的材料中取代表性樣品。進(jìn)行生產(chǎn)配合比設(shè)計時（生產(chǎn)配合比如何取料），取樣至少應(yīng)在干拌5次以后進(jìn)行。（三）礦料配比設(shè)計礦料配合比設(shè)計建議借助電子計算機的電子表格用試配法進(jìn)行。對主干道、高速公路和一級公路，宜在工程設(shè)計級配范圍內(nèi)計算1～3組粗細(xì)不同的配比，繪制設(shè)計級配曲線，分別位于工程設(shè)計級配范圍的上方、中值及下方。設(shè)計合成級配不得有太多的鋸齒形交錯，且在0.3mm～0.6mm范圍內(nèi)不出現(xiàn)“駝峰”。當(dāng)反復(fù)調(diào)整不能滿意時，宜更換材料設(shè)計。（知識擴展部分，教材沒有）

礦質(zhì)混合料的級配理論

目前常用的級配理論，主要有最大密度曲線理論和粒子干涉理論。前一理論主要描述了連續(xù)級配的粒徑分布，可用于計算連續(xù)級配。后一理論，不僅可用于計算連續(xù)級配，而且可用于計算間斷級配。最大密度曲線理論W．B富勒(Fuller)和他的同事經(jīng)過研究提出了最大密度理想曲線理論，即礦質(zhì)混合料的顆粒級配曲線愈接近拋物線，則其密度愈大，當(dāng)級配曲線為拋物線時，其密度達(dá)到最大。

（a）常坐標(biāo)系（b）半對數(shù)坐標(biāo)系圖10-5理想最大密度級配曲線礦質(zhì)混合料的組成設(shè)計方法

礦質(zhì)混合料的組成設(shè)計就是依據(jù)級配理論，采用合適的方法，確定組成礦質(zhì)混合料的各種集料的比例（通常以質(zhì)量百分率表示）。礦質(zhì)混合料組成設(shè)計的方法主要有數(shù)解法與圖解法兩大類。1.數(shù)解法最常用的為“試算法”和“正規(guī)方程法”(或稱“線性規(guī)劃法”)。試算法一般適宜用于3～4種礦料組成，正規(guī)方程法可用于多種礦料組成，所得結(jié)果準(zhǔn)確，但人工計算較為繁瑣，可編制計算機程序用計算機計算。AC-16F礦料合成級配曲線示例縱坐標(biāo)為數(shù)學(xué)坐標(biāo)橫坐標(biāo)為泰勒曲線的橫坐標(biāo)

礦質(zhì)混合料的組成設(shè)計方法2.圖解法圖解法是采用作圖的方法來確定礦質(zhì)混合料中各種集料的用量，常用的有兩種集料組成的“矩形法”和三種集料組成的“三角形法”等。對由多種集料組成混合料，可采用“平衡面積法”，該法是采用一條直線來代替集料的級配曲線，這條直線是使曲線左右兩邊的面積相等(即達(dá)到平衡)，簡化了曲線的復(fù)雜性。這個方法又經(jīng)過許多研究者的修正，故現(xiàn)行的圖解法稱為“修正平衡面積法”(簡稱圖解法)。

確定各集料配合比的原理圖（回到教材）（四）馬歇爾試驗配合比設(shè)計應(yīng)進(jìn)行馬歇爾試驗。1.拌和與壓實溫度的確定瀝青混合料試件的瀝青加熱溫度、拌和溫度、按黏溫曲線的方法確定，并與施工實際溫度相一致，成型溫度應(yīng)高于規(guī)范規(guī)定的開始碾壓的最低溫度。改性瀝青混合料的成型溫度在此基礎(chǔ)上再提高10℃～20℃。2.密度和體積參數(shù)的計算（1）計算礦料的合成毛體積密度（γsb

）（2）計算礦料的合成表觀相對密度（γsa

）P1、P2…Pn－各種礦料的比例,其和為100γ1、γ2

…γn－各種礦料相應(yīng)的毛體積相對密度γ1′、γ2′…γn′－各種礦料相應(yīng)的表觀相對密度（3）預(yù)估瀝青混合料適宜的油石比（Pa）或含油量（Pb

）Pa1—已建類似工程標(biāo)準(zhǔn)油石比,%γsb—集料的合成毛體積相對密度γsb1—已建類似工程集料的合成毛體積相對密度

瀝青用量的兩種表示方式（4）確定礦料的有效相對密度

Pb—瀝青用量γt—實測的瀝青混合料理論最大相對密度γb—25℃時瀝青的相對密度，無量綱。①對非改性瀝青混合料，宜預(yù)估適宜的最佳油石比拌和2組混合料，采用真空法實測理論最大相對密度，然后反算合成礦料的有效相對密度γse。γse—礦料的有效相對密度C—瀝青吸收系數(shù)

Wx—合成礦料的吸水率

②對改性瀝青及SMA混合料，有效相對密度宜直接由礦料的合成毛體積相對密度與合成表觀相對密度計算確定3.馬歇爾試驗

（1）以預(yù)估的油石比為中值，取5個或5個以上不同的油石比分別成型馬歇爾試件。（2）測定壓實瀝青混合料試件的毛體積相對密度γf和吸水率，取4個以上試件的平均值。測試方法應(yīng)遵照以下規(guī)定執(zhí)行：①通常采用表干法測定毛體積相對密度。②對吸水率大于2%的試件，宜改用蠟封法測定的毛體積相對密度。③對空隙率大于8%的試件，應(yīng)采用體積法測定的毛體積相對密度。

④對吸水率小于0.5%的特別致密的瀝青混合料，在施工質(zhì)量檢驗時，允許采用水中重法測定的表觀相對密度作為標(biāo)準(zhǔn)密度，但配合比設(shè)計時不得采用水中重法。（3）確定瀝青混合料的理論最大相對密度對非改性的普通瀝青泥合料，采用真空法實測瀝青混合料的理論最大相對密度γti。對改性瀝青或SMA混合料宜按下式計算瀝青混合料對應(yīng)油石比的理論最大相對密度。Pai—所計算的瀝青混合料的油石比Pbi—所計算的瀝青混合料的瀝青用量Psi—所計算的瀝青混合料的礦料含量γse—合成礦料的有效相對密度γb—25℃時瀝青的相對密度

（4）計算試件的空隙率、礦料間隙率VMA和有效瀝青的飽和度VFAVV—瀝青混合料試件的空隙率；VMA—瀝青混合料試件的礦料間隙；VFA—瀝青混合料試件的有效瀝青飽和度；Ps—各種礦料占瀝青混合料總質(zhì)量的百分率之和（%），Ps=100—Pb；γsb—礦料的合成毛體積相對密度。

（5）在60℃條件下進(jìn)行馬歇爾試驗，測定馬歇爾穩(wěn)定度和流值。（五）最佳瀝青用量確定1．將不同油石比（或含油量）的馬歇爾試驗的所有指標(biāo)點繪于圖上，瀝青用量與這些指標(biāo)之間連成圓滑的曲線。瀝青用量范圍OACmin～OACmax。選擇的瀝青用量范圍必須涵蓋設(shè)計空隙率的全部范圍，并盡可能涵蓋瀝青飽和度的要求范圍，并使密度及穩(wěn)定度曲線出現(xiàn)峰值。如果沒有函蓋設(shè)計空隙率的全部范圍，試驗必須擴大瀝青用量范圍重新進(jìn)行。穩(wěn)定度(KN)(%)油石比規(guī)范要求＞5KNa1=5.9%a2=5.28%毛體積相對密度(%)油石比空隙率(%)(%)油石比流值(mm)油石比(%)規(guī)范要求2~4.5mm規(guī)范要求3~6%a3=5.32%各項指標(biāo)與瀝青用量的關(guān)系：隨著瀝青用量的增加，瀝青與礦粉的交互作用形成結(jié)構(gòu)瀝青，混合料的強度增加，但瀝青用量持續(xù)增加會形成多余的自由瀝青，會在礦料之間形成潤滑作用，導(dǎo)致：穩(wěn)定度和密度隨瀝青用量的增加而增加，但是達(dá)到一定程度后逐漸減小。

飽和度油石比(%)(%)間隙率(%)(%)油石比規(guī)范要求70~85%規(guī)范要求＞14%a4無法確定由于瀝青用量的增加，逐步填充礦料之間的空隙，因此空隙率隨著瀝青用量的增加而逐漸減小，瀝青飽和度隨瀝青用量的增加而逐漸增加。流值隨瀝青用量的增加而增加。

（2）確定最佳瀝青用量OAC1①從上述圖上找出毛體積密度最大值對應(yīng)瀝青用量a1、穩(wěn)定度最大值對應(yīng)瀝青用量a2、目標(biāo)空隙率（或中值）對應(yīng)瀝青用量a3、瀝青飽和度范圍內(nèi)的中值對應(yīng)瀝青用量a4（2）計算OAC1=（a1+a2+a3+a4

）／4a1=5.9%；a2=5.28%；a3=5.32%；a4無法確定②如果所選擇的瀝青用量范圍未能涵蓋瀝青飽和度的要求范圍，只取a1、a2、a3計算OAC1=（a1+a2+a3）／3=5.50%（3）確定OAC2

（1）從上述圖上找出符合規(guī)范要求的各物理指標(biāo)的用油量，繪于下圖，找出滿足所有指標(biāo)的公共瀝青用量范圍，并查出最大值OACmax和最小值OACmin。公共瀝青用量中OACmax=5.78%OACmin=5.37%（2）計算OAC2=（OACmax+OACmin）／2OAC2=5.58%③對所選擇試驗的瀝青用量范圍，密度或穩(wěn)定度沒有出現(xiàn)峰值（最大值經(jīng)常在曲線的兩端）時，可直接以目標(biāo)空隙率所對應(yīng)的瀝青用量a3作為OAC1，但OAC1必須介于OACmin～OACmax的范圍內(nèi)。否則應(yīng)重新進(jìn)行配合比設(shè)計

（4）最佳瀝青用量OAC=（OAC1+OAC2）／2OAC=（OAC1+OAC2）／2=5.54%車轍試驗浸水馬歇爾試驗凍融劈裂試驗低溫彎曲試驗滲水試驗高溫穩(wěn)定性檢驗水穩(wěn)定性檢驗低溫抗裂性檢驗滲水系數(shù)檢驗（五）目標(biāo)配合比設(shè)計檢驗鋼渣活性檢驗瀝青混合料的施工工藝確定通過鋪筑試驗路段，確定機械組合、壓實方式、施工工藝等。通過試驗確定二、瀝青混合料目標(biāo)配合比設(shè)計示例（一）原材料檢測本次目標(biāo)配合比設(shè)計所用的碎石、石屑產(chǎn)地為宜陽千興，其中碎石包括1#碎石：（10～15）mm，2#碎石：（5～10）mm，機制砂（安山巖）：（0～5）mm，機制砂（石灰?guī)r）：（0～5）mm，礦粉產(chǎn)自黃河同力水泥有限公司，瀝青為SBS改性瀝青。本次配合比設(shè)計計算所用到的各種礦料及瀝青的密度檢測結(jié)果見表7-9和表7-10，各種礦料的水洗篩分結(jié)果見表7-11。（二）配合比設(shè)計該目標(biāo)配合比設(shè)計級配類型為細(xì)粒式AC—13C型密級配瀝青混合料，依據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》JTGF40—2004的規(guī)定，采用馬歇爾試驗配合比設(shè)計方法。1.礦料級配因委托方未指定該瀝青路面工程的規(guī)定級配范圍，故本次AC—13C型瀝青混合料目標(biāo)配合比設(shè)計級配范圍依據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》JTGF40—2004中相應(yīng)要求結(jié)合本工程情況設(shè)計如下，見表7-12。2.礦料級配的確定按照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》JTGF40—2004中對高速公路及一級公路的工程設(shè)計級配規(guī)定，密級配型瀝青混合料配合比設(shè)計宜選擇1～3種粗、細(xì)不同配合比，繪制設(shè)計級配曲線進(jìn)行試配。

本次配合比設(shè)計時，選擇三種級配使其各級篩孔累計質(zhì)量通過百分率分別位于推薦級配范圍的下方、中值及上方附近（級配一、級配二和級配三），其主要控制篩孔2.36mm通過率分別為29.6%、32.7%、35.8%，三種礦料級配組成見表7-13，礦料級配曲線見圖7-13。

對比選的三種初試級配，依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》JTGE20—2011中T0702—2011的試驗方法，均以預(yù)估油石比4.9%成型馬歇爾試件，馬歇爾試件雙面各擊實75次，擊實溫度160℃～170℃。測定三組試件的毛體積相對密度、空隙率VV、礦料間隙率VMA、瀝青飽和度VFA等指標(biāo)，試驗結(jié)果見表7-14。

由表7-14可知，級配一（粗級配）空隙率較大，級配三空隙率較小且礦料間隙率不符合規(guī)范要求，級配二（中級配）的空隙率、礦料間隙都較級配一（粗級配）、級配二（細(xì)級配）合理，因此確定級配二（中級配）為該配合比設(shè)計級配。3.最佳油石比的確定為了確定已定級配的最佳油石比，按照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》JTGF40—2004規(guī)定，依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》JTGE20—2011中T0702—2011的試驗方法，分別成型油石比為3.9%、4.4%、4.9%、5.4%、5.9%的5組馬歇爾試件，馬歇爾試件雙面各擊實75次，擊實溫度160℃～170℃。各組馬歇爾試驗結(jié)果見表7-15。將7-15表中馬歇爾試驗結(jié)果以油石比為橫坐標(biāo)，其它各項指標(biāo)為縱坐標(biāo)繪成馬歇爾試驗結(jié)果曲線圖最佳油石比確定：（1）因密度沒有出現(xiàn)峰值，故可直接以目標(biāo)空隙率（4.5%）所對應(yīng)的油石比a3=4.93%作為OAC1

，即OAC1=4.93%。（2）OACmin=4.54%，OACmax=5.20%,OAC2=（OACmin+OACmax）/2=（4.54+5.20）/2=4.87%，（3）OAC=（OAC1+OAC2）/2=（4.93%+4.87%）/2=4.90%。（4）由試驗檢測得出結(jié)果，結(jié)合河南省瀝青路面使用經(jīng)驗，最佳油石比最終定為4.9%。

在最佳油石比4.9%時的馬歇爾試驗結(jié)果見表7-16，其結(jié)果全部符合規(guī)范要求。（三）配合比設(shè)計檢驗

1.高溫穩(wěn)定性檢驗

經(jīng)檢驗車轍試驗動穩(wěn)定度結(jié)果為3836次/mm，符合該瀝青路面工程所處地氣候分區(qū)為1-3區(qū)下改性瀝青混合料動穩(wěn)定度不小于2800次/mm的要求。車轍動穩(wěn)定度試驗結(jié)果見表7-17。2.水穩(wěn)定性檢驗

（1）浸水馬歇爾檢驗

依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》JTGE20—2011試驗方法，采用設(shè)計級配，在最佳油石比為4.9%時成型馬歇爾試件，進(jìn)行浸水馬歇爾試驗。經(jīng)檢驗馬歇爾殘留穩(wěn)定度為89.9%，符合該瀝青路面工程氣候分區(qū)下改性瀝青混合料不小于85%的要求。浸水馬歇爾試