高性能沥青混合料目标配合比设计示例.ppt

高性能沥青混合料目标配合比 设计示例,引言,为了便于大家更好的掌握高性能沥青混合料的设计方法，本文以某高速路下面层，高性能沥青混合料目标配合比设计为示例，完整地介绍了高性能沥青混合料配合比设计的全过程，希望对大家有所帮助。 设计类型：AC-20型沥青混凝土,1 原材料,沥青根据建设项目的气候特征和交通荷载等因素，综合考虑，采用SBR改性沥青。要求达到PG分级指标PG64-28指标以上。且满足改性沥青的各项技术指标要求。具体试验结果见表1。,1.1沥青胶结料,表1 兰炼90号B级道路石油沥青试验结果,表1 兰炼90号B级道路石油沥青试验结果,1.2 粗集料,设计采用海原县油坊源料场的白云岩破碎石料，粗集料料源特性指标检验结果见表2。根据AC-20型的矿料级配范围，将粗集料分为三种规格：S9(10mm-20mm)；S12(5mm-10mm)；S14(3mm-5mm)。粗集料检验结果见表3表4。,表2 粗集料料源特性指标检验结果,表3 粗集料加工技术规格检验结果,表4 粗集料加工质量检验结果,1.3 细集料,1）机制砂：本设计选用海原县油坊源料场的白云岩破碎石屑，加工规格符合S16的规格要求。淘洗滤去0.075mm以下颗粒使用。 需要说明的是，石屑中0.075mm的通过百分率并未超出规范要求，但混合料掺配中仅此已超出设计范围，故采用此办法。细集料检验结果见表5。,表5沥青混合料用细集料技术质量要求,1.3 填料,表6 沥青混合料用填料技术质量要求,采用小鸿沟料场石灰岩磨细的矿粉，亲水系数为0.72，为满足施工要求，0.075mm的通过量必须大于85%。 为增加矿料与沥青的粘附力，在混合料中加入矿料总量的2%的消石灰粉替代等量的矿粉，并作为混合料级配的组成部分。,2 设计集料结构,（1）集料合理级配组成 热拌密级配沥青混合料（HMA）的合理集料组成，按设计的集料最大粒径，参考I法计算得到，如选取：I=0.64，计算结果如下表7。,2.1 确定工程设计级配范围,表7 计算参考级配 (ACS-20),2.2设计合成级配掺配比例,一般可选择I=0.64，最大公称粒径通过率95%的计算级配结果，做为设计合成集料目标级配，也可直接按选定的集料最大公称粒径通过率（本例为98%）做为合成集料目标级配，运用选定的粗细集料和填料，利用Excel表反复试算调整各单粒级料掺配比例，确定出最接近计算级配结果的合成集料掺配比例和合成级配，实际应用中，采用控制关键筛孔的办法，生产配合比的合成级配容许误差：0.075mm误差±1%；2.36mm误差±2%；4.75mm误差±2%，最大公称尺寸误差±2%；最大尺寸误码率为零。,表8 各级料筛分结果及掺配比例 (ACS-20),2.3 初步确定级配范围,依据新的公路沥青路面施工技术规范JTG F40-2004和公路工程质量检验评定标准JTG F80/1-2004的要求，以合成级配曲线为生产级配，按要求的容许波动范围，初步确定施工控制级配以及质量检验级配范围，并按Superpave级配控制点和限制区进行检验，(ACS-20)结果见下表：,表9 初选级配范围表,2.4 级配检验,首先，对施工级配上下限进行检验,按Superpave级配控制点检验 (ACS-20),按Superpave级配限制区检验 (ACS-20),图1 0.45次方指数级配曲线图,部分筛孔上限进入Superpave限制区，调整级配范围，确定的级配范围如下表所示。 其次，对质检级配上下限，运用“贝雷法”多级嵌挤密实约束参数，再进行一次符合性检验。上限级配：CA=（PD/2-PD/4）/（100-PD/2）=0.558，CA=（PD/2-PD/4）/（100-PD/4）=0.358，FA=0.480、0.444、0.448。下限级配：CA=（PD/2-PD/4）/（100-PD/2）=0.558，CA=（PD/2-PD/4）/（100-PD/4）=0.358，FA=0.480、0.444、0.448。CA、FA均在“贝雷法”适宜的范围值和要求之内。,表10 设计目标级配及级配范围,2.5 确定设计目标级配,3 计算沥青混合料理论配合比,3.1 各种材料的密度测定结果，见下表。,表11 各级集料密度,3.2 估算最佳油石比（或最佳沥青用量）,按设计孔隙率、预计的矿料间隙率和密度测定结果，以及合成级配矿料组成，估算沥青混合料最佳油石比（或最佳沥青用量），计算结果如下表。,表12 估算最佳油石比（或最佳沥青用量）表,4 理论配合比的试验验证及设计调整,4.1体积指标试验验证,根据确定的设计目标级配，和估算的沥青混合料最佳油石比（或最佳沥青用量），合成混合料，并填加计算的初始最佳沥青含量，根据沥青粘温曲线得到的拌和温度和压实温度（选择拌和与压实温度相应的胶结料表观粘度分别为0.17±0.02Pa.s和0.28±0.03Pa.s），采用旋转压实仪（SGC）至少压实两个试件，同时准备2个试样用于确定沥青混合料理论最大相对密度（Gmm）。 对压实成型试样，通常取4500克集料；确定理论最大相对密度（Gmm）所用试样，通常取2000克混合料质量。用于测定体积指标和理论最大相对密度（Gmm）所用试样，应在选定的拌和温度下，在烘箱中短期老化2小时。同样，根据Pbm±0.5、Pbm±1.0做不同沥青含量试件的旋转压实成型测定，全面比较后确定最佳沥青含量。,（1）压实所用的旋转次数取决于交通量，如表13所示。本示例按中等至重交通量选用。,表13 交通量等级与混合料试件旋转压实次数的关系,（2）理论最大相对密度（Gmm）用真空法测得，试验方法为：T 0711-1993。如测试结果与前述计算法求得的结果差异较大，应复测一遍进行验证。一般两次平行试验结果、以及与计算法结果，容许误差均不宜超过0.011g/cm3。测试结果见表14。,表14 理论最大密度试验结果（真空法）,（3）试样的毛体积相对密度（Gmb）用表干法测定，试验方法为：T 0705-2000。测试结果见表15。 （4）由沥青混合料的理论最大相对密度Gmm和毛体积相对密度Gmb求得空隙率Va、矿料间隙率VMAa和饱和度。计算结果见表15。,表15 旋压成型试件体积特性指标结果,表15中，空隙率Va、矿料间隙率和沥青饱和度VFA，具体计算公式如下：,空隙率Va（%）：,压实试件的矿料间隙率VMAa（%）：,压实试件的的沥青饱和度VFA（%）：,从沥青用量与空隙率关系图上，截取Va=4%时的沥青用量为4.15%4.2%。再看沥青用量4.2%时，VMAa=13.4%，VFA=69%。体积指标完全满足要求且与理论配合比基本一致。,选取空隙率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%，还应进行滴漏试验检验，检验合格后，VFA也符合要求，则体积指标检验完成。如有出入，则按下式调整沥青用量Pbm或油石比Q。,式中：Va是试样测得的空隙率。,接着调整VMA：,式中：VMAa为试样求得的矿料间隙率。 A系数，当Va4%， A=0.2。,矿料间隙率VMA主要受级配和集料的形状与表面纹理两方面影响。在级配组成确定的情况下，粗细集料的性能是否满足要求非常关键，特别是集料的棱角性指标非常关键。这里特别需要注意的是细集料的棱角性，必须以“非压实空隙率”指标为准，而不宜采用公路沥青路面施工技术规范JTG F40-2004上要求的粗造度指标。如果集料性能满足要求，而VMA仍然无法满足最小值要求，则需重新调整，或重新设计级配组成。,（5）压实特性检验 满足要求的配合比还要进行初始压实次数和最大压实次数的试件成型，以评价其压实特性，设计应考虑施工特点，使沥青混合料容易摊铺和压实的同时，不会发生过多的超载追密情况。具体要求见表16。,表16 压实成型的混合料试件压实性能检测指标,6 对设计配合比进行马歇尔试验检验,以目标配合比设计的最佳用油量、-0.3%、+0.3%三个沥青用量对设计的沥青混合料进行马歇尔试验检验，试验检测结果见表17。各项马歇尔试验技术指标应符合表18的技术要求。,表17 马歇尔试验检测结果,注：对改性沥青混合料,马歇尔试验的流值可适当放宽。,表18 密级配沥青混凝土混合料试验技术标准,7 .沥青混合料使用性能的检验,按照公路沥青路面施工技术规范JTG F40-2004对普通沥青或改性沥青的要求，评价设计的沥青混合料使用性能。,7.1 热稳定性 必须在规定的试验条件下进行车辙试验，并符合表19的要求。,表19 沥青混合料车辙试验动稳定度技术要求,7.2 水稳定性,必须在规定的试验条件下，进行浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验，检验沥青混合料的水稳定性，并同时符合表20中的两个要求。,表20 沥青混合料水稳定性检验技术要求,7.3 冻稳定性,宜对密级配沥青混合料在温度-10摄氏度和加载速率50mm/min的条件下进行弯曲试验，测定破坏强度，破坏应变，破坏劲度模量，并根据应力应变曲线的形状，综合评价沥青混和料低温抗裂性能。其中沥青混和料的破坏应变应不小于表9的要求。,表21 沥青混合料低温弯曲试验破坏应变（）技术要求,7.4 渗水性,宜利用轮碾机成型的车辙试验试件，脱模架起进行渗水试验，并符合表22的要求。,表22 沥青混合料试件渗水系数 (ml/min) 技术要求,