浅谈大粒径沥青混凝土配合比设计

学院：交通运输工程学院专业：土木工程（道路工程）姓名：何政徽学号：201310010417指导老师：李平课程：路基路面实验检测技术2016.05浅谈大粒径沥青混合料配合比设计何政徽（长沙理工大学）摘要：结合实际工程，采用旋转压实仪成型、多级嵌挤配合比设计方法对大粒径透水性沥青混合料进行了配合比设计，加大对大粒径沥青混合料的推广应用。关键词：大粒径透水性沥青混合料；配合比目录1工程概况........................................................................................................................12LSPM描述........................................................................................................................13配合比设计......................................................................................................................23.1原材料......................................................................................................................23.1.1集料选择................................................................................................................23.1.2填充料选择..............................................................................................................23.1.3胶结料选择..............................................................................................................23.2目标配合比设计..............................................................................................................33.2.1成型方法................................................................................................................33.2.2级配设计................................................................................................................33.2.3最佳沥青含量的确定......................................................................................................43.3生产配合比设计..............................................................................................................44结语...........................................................................................................................51半刚性基层是中国高速公路沥青路面修筑中普遍采用的结构形式，具有较高的承载能力、抗变形能力、良好的抗冻性及经济实用性。但是半刚性基层易出现温缩和干缩裂缝，从而引起沥青面层出现反射裂缝，而且出现的速度非常快，当雨水由裂缝渗入路面后，会迅速导致沥青路面出现早期水损坏。同时，随着交通量和轴载的不断增大，沥青路面的车辙和抗疲劳性能不足等问题会越来越突出。为解决以上问题，许多地区引进并推广了大粒径透水性沥青混合料(LSPM)柔性基层技术。本文结合济聊高速公路大修工程，介绍了LSPM柔性基层技术在高速公路大修工程中的应用，对大粒径透水性沥青混合料配合比设计和施工控制过程进行了介绍。1工程概况济聊高速大修工程计划将原路面结构层破除后重新铺筑。新的路面结构为：5cmSBS改性沥青SMA-13表面层+6cmMAC改性沥青中粒式沥青混凝土(AC-20)+12cmMAC改性沥青大粒径透水性沥青混合料柔性基层(LSPM-30)+2×18cm水泥稳定碎石基层+15cm级配碎石底基层+18cm石灰土垫层。2LSPM概述大粒径透水性沥青混合料(LargeStonePorousAsphaltMixture，简称LSPM)，要求最大集料公称粒径大于26.5mm，从级配上看主要是由较大粒径(26.5～52mm)的集料和一定量细集料填充形成的单粒径骨架连通空隙结构混合料。大粒径透水性沥青混合料采用单粒径骨架连通空隙结构，其粗集料所占比例较大,9.5mm以上粗集料的比例通常在70%以上，细集料的数量较少，不足以填充大颗粒之间的空隙，形成完整的骨架嵌挤，空隙率一般处于13%～18%之间，渗透系数较高。LSPM的强度主要依靠粗骨料之间的内摩阻力实现，级配设计时必须保证石石接触的骨架结构，粗集料之间互相嵌挤。LSPM具有良好的高温稳定性，可以抵抗较大的塑性和剪切变形，承受重载交通的作用，具有较好的抗车辙能力；空隙率较大，沥青用量少，矿料之间接触点比普通沥青混合料少，具有良好的透水性能，能将渗入路面的水迅速排出；LSPM内部的空隙有助于消减裂缝尖端的应力集中，使其具有抑制裂缝扩展的作用，同时由于其模量(400～600Mpa)明显低于普通沥青混合料(1000～1400MPa)，因此更具柔韧性，从而提高了其抗反射裂缝的能力；LSPM一般采用粘度较高的改性沥青来保证沥青膜厚度，使其具有良好水稳定性；LSPM2结构作为柔性基层的同时也具有较好的抗疲劳性能[1]。3配合比设计3．1原材料3．1．1集料选择粗集料选用粒径20～40mm、10～20mm、5～10mm、3～8mm的石灰岩，细集料选用石灰岩机制砂。由于LSPM集料粒径大，而且碾压骨架密实型结构需要更大的压实功，而针片状颗粒在碾压过程中极易被碾碎，从而造成混合料的实际级配与设计值差异过大，所以针片状颗粒含量应作适当的调整，细长扁平颗粒含量限制比规范更为严格。具体技术要求见表1。表1粗集料技术指标要求指标粗集料试验方法混合料针片状颗粒含量/%≤l4TO3l2粒径大于9．5mm的颗粒含量/%≤l2TO3l2粒径小于9．5mm的颗粒含量/%≤l8TO3l23．1．2填充料选择填充料采用石灰岩磨制成的矿粉。为防止沥青剥落，矿粉内加入占矿粉质量30%的生石灰粉。质量要求见表2。表2矿粉质量要求项目矿粉试验方法表观相对密度≥2．5TO352含水率/%≤1T0103烘干法粒度小于0．6mm/%100TO351粒度小于0．15mm/%90～100TO351粒度小于0．075mm/%75～95TO351外观无团粒结块亲水细数1TO353塑性指数/%4TO354加热安定性实测记录TO3553．1．3胶结料选择LSPM空隙较大，具有排水功能，而且作为基层要承受交通荷载，因此要求沥青粘度较高且具有良好的高温性能，故一般采用改性沥青，包括MAC改性沥青和SBS改性沥青等。综合考虑经济性因素，本工程选用山东华瑞公司生产的MAC-70改性沥青，对其性能要求见表3。3表3MAC-70号改性沥青的技术要求技术指标MAC-70号改性沥青试验方法针入度(25℃，100g，5s)/0．1mm35～60JTJ052—93针入度(4℃，200g，60s)/0．1mm12～35T0604软化点/℃≥75T0606动力粘度60℃/(Pa·S)≥300ASTMD495闪点/℃≥230TO611溶解度/%≥99TO607质量损失/%≤1．0T0610针入度比25℃/%≥70T06043．2目标配合比设计3．2．1成型方法根据目前国内外对成型方法的研究，可以采用的方法有大型马歇尔法、振动成型法和旋转压实仪体积法等。本次设计采用旋转压实仪进行成型，旋转压实次数为100次，成型温度取160℃。3．2．2级配设计首先采用水筛法对原材料进行筛分，并对原材料各项指标进行测试。由于开级配大碎石比较特殊，没有固定级配范围，级配需要根据原材料的性质来定，基本上属于单一大粒径集料的骨架嵌挤，可以采用美国NCHRPReport386提供的基于体积填充的线性规划求解法，也可以采用多级嵌挤状态的贝雷法[2-3]。本设计主要借鉴贝雷法设计概念，采用多级嵌挤级配设计方法。成型试件的密度可以采用计算法、二次蜡封法与CoreLok法，三种测试方法得到的密度也不相同。根据研究CoreLok法得到的空隙率较计算法小1%～2%左右，而二次蜡封法由于受人为因素影响较大，本次设计没有采用。由于采用CoreLok法不具备设备条件，因此采用计算空隙率来控制。设计采用的混合料级配范围见表4，最终确定的目标配合比混合料级配见表5。表4混合料级配范围筛孔/mm37.531.526.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075通过率/%10090～10070～10050～8540～7528～6222～506～296～182～151～100～70～60～44表5目标配合比混合料级配筛孔/mm37.531.526.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075通过率/%10098.487.75346.640.330.61810.37.85.954.33.73．2．3最佳沥青含量的确定最佳沥青含量的确定与普通密级配沥青混合料也有很大区别，最佳沥青含量综合采用空隙率、沥青膜厚度、析漏与飞散等试验来确定。首先根据沥青膜厚度和集料比表面积初定沥青用量，再按±0．5%变化沥青用量成型试件测定体积指标，然后分别进行析漏试验、飞散试验；根据析漏试验及飞散试验确定的沥青用量范围，并参照沥青膜厚度与空隙率要求，最终确定排水性沥青混合料的最佳沥青用量。在保证各项指标的前提下，综合经济指标尽量增大沥青膜厚度。最终确定目标配合比设计结果见表6。表6目标配合比筛孔范围/mm20～4010～205～103～8机制砂矿粉热料仓比例/%20401217101最佳沥青含量为3.2%，空隙率为16.1%,密度为2．183g·cm-3，沥青膜厚度为18．9μm，析漏量为0.15%，飞散损失为17.6%。3．3生产配合比设计由于现场原材料与目标配合比设计送样时有所出入，因此根据现场原材料对目标配合比进行调整，从而设定冷料仓进料速度和比例，经过二次筛分以后取热料仓材料进行筛分，细集料均采用水筛法。根据筛分结果设计出3条级配曲线进行试拌，以验证拌和机的稳定性，根据3种级配的抽提筛分结果进行调整，确定调试级配，调试级配采用同一沥青含量3.1%；分别对3个试样进行抽提筛分与大马歇尔试验，以验证混合料的级配与体积指标，根据试验结果确定生产配比与最佳沥青用量。生产配合比确定级配见表7，生产配合比调试设计结果见表8。5表7生产配合比混合料级配筛孔/mm37.531.526.5191613.29.54.