第五章 沥青混合料――配合比设计

沥青混合料配合比设计及施工质量检测道桥工程系杜海瑛沥青混合料配合比设计三个阶段目标配合比设计阶段（优选材料、矿料级配、最佳OAC，供拌和机确定冷料仓的供货比例、进料速度及试拌使用）生产配合比设计阶段（确定各热料仓的配合比，供拌和机控制室使用）生产配合比检验阶段（通过试拌试铺，确定施工温度；机械组合；施工工艺；虚铺系数；生产用标准配合比和最佳油石比；建立钻芯法与核子仪的检测密度的相关性。）确定级配允许波动范围JTGF40-2004矿料级配范围的三层含义•第一是规范规定的级配范围是最基本的要求。必须兼顾全国各种不同情况，由于它适用于全国，适用于不同等级、不同气候条件、不同交通条件、不同层次的各自情况，所以这个范围必然只能规定的很宽。这样给设计单位和建设单位有充分选择级配的自由。•第二工程设计矿料级配范围针对具体工程，气候条件、交通条件，公路等级，已建公路的成功经验调整。•第三施工单位施工质量检验时允许的级配波动范围。密级配沥青混合料马歇尔配合比设计调整工程设计级配范围的原则⑴首先规范确定采用粗型（C型)或细型(F型)的混合料。对夏季温度高、高温持续时间长，重载交通多的路段，宜选用粗型密级配沥青混合料，并取较高的设计空隙率。对冬季温度低、且低温持续时间长的地区，或者重载交通较少的路段，宜选用细型密级配沥青混合料，并取较低的设计空隙⑵为确保高温抗车辙能力，同时兼顾低温抗裂性能的需要。配合比设计时宜适当减少公称最大粒径附近的粗集料用量，减少细粉的用量，使中等粒径集料较多，形成平坦的S型级配曲线。⑶确定工程设计级配范围时应考虑不同层位的功能需要，经组合设计的沥青路面应能满足耐久、稳定、密水、抗滑等要求⑷根据公路等级和施工设备的控制水平，确定的工程设计级配范围应比规范级配范围窄，其中4.75mm和2.36mm通过率的上下限差值宜小于12%。⑸沥青混合料的配合比设计应充分考虑施工性能，使沥青混合料容易摊铺和压实，避免造成严重的离析。密级配沥青混凝土混合料矿料级配范围级配类型通过下列筛孔(mm)的质量百分率(％)31.526.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075粗粒式AC-2510090-10078-9068-8061-7350-6234-4625-3518-2713-218-165-123-7中粒式AC-2010090-10078-9068-8058-7040-5028-3820-2915-2210-176-134-8AC-1610090-10080-9066-7846-5834-4422-3216-2411-197-144-8细粒式AC-1310090-10074-8550-6236-4624-3418-2612-208-154-8AC-1010090-10056-6840-5028-3819-2912-206-144-8砂粒式AC-510090-10055-6735-4722-3415-249-176-10马歇尔配合比设计步骤1.确定混合料类型，结合规范级配，调整工程设计级配范围；2.原材料的选择，试验；当单一规格集料的质量指标达不到技术要求时，按照集料配合比计算的质量指标符合要求时，工程上允许使用。对受热易变质的集料，宜采用经拌和楼烘干后的集料进行检验。3．在工程设计级配范围内调整1~3不同的矿料级配；使包括0.075mm、2.36mm、4.75mm筛孔在内的较多筛孔的通过率分别位于设计级配范围的上方、中值及下方。混合料中天然砂的用量通常不宜超过集料总量的20%。马歇尔配合比设计步骤4.初选5组油石比，对1~3不同的级配分别进行马歇尔试验；拌和温度、击实温度5.测定体积指标、马歇尔稳定度、流值，调整最佳油石比OAC；6.分析比较，确定1组级配及最佳OAC；7.进行配合比检验：抗高温性--车辙试验（T0719）抗低温性--弯曲试验（T0715）水稳定性—浸水马歇尔（T0709）冻融劈裂试验（T0729）渗水检验—渗水试验（T073）材料选择、取样材料试验其他材料，外掺剂等粗集料、细集料、矿粉沥青或改性沥青结合料确定试验温度在工程设计级配范围内设计供优选用的1～3组不同的矿料级配对设计的设计级配，初选5组沥青用量，拌和混合料，分别制作马歇尔试件测定试件毛体积相对密度计算VV、VMA、VFA等体积指标技术经济分析确定1组设计级配及最佳沥青用量进行马歇尔试验，与马歇尔设计标准比较完成配合比设计，提交材料品种、配比、矿料级配、最佳沥青用量按规定进行车辙试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、低温弯曲试验、矿渣膨胀试验等，检验配合比设计是否合理合格不合格不合格合格确定工程设计级配范围确定理论最大相对密度沥青混合料的类型规范规定的矿料级配范围普通沥青用真空法改性沥青用计算法或马歇尔配合比设计流程图我国新旧规范对密级配沥青混合料马歇尔配合比设计体积指标计算上的差异指标JTGF40-2004JTJ032-94说明试件相对密度表干法或蜡封法水中重法表干法或蜡封法混合料理论最大相对密度普通沥青：真空法改性沥青：计算法真空法或计算法均可理论最大相对密度采用计算法bbisesiit100aannat2211100JTJ032-94没有提到“有效密度”的概念矿料的合成毛体积相对密度nnsb2211100nnsb2211100完全相同bbtbes100100集料的有效相对密度sbsaesCC1JTJ032-94没有提到“有效密度”的概念完全不同空隙率1001tfVV1001tfVV计算法理论最大相对密度意义不同JTJ032-94试件密度可采用视密度VMA1001sVMAsbf1001sVMAsbf公式完全相同但JTJ032-94试件密度、矿料密度都可采用视密度最佳油石比OAC的确定JTGF40-2004JTJ032-94说明1以油石比或沥青用量为横坐标，以马歇尔试验的各项指标（密度、稳定度、流值、空隙率、饱和度、矿料间隙率）为纵坐标绘制曲线以油石比或沥青用量为横坐标，以马歇尔试验的各项指标（密度、稳定度、流值、空隙率、饱和度）为纵坐标绘制曲线不完全相同2OAC1=（a1+a2+a3+a4）/4或OAC1=（a1+a2+a3）/3空隙率中值a3或4%对应的油石比作为OAC1OAC1=（a1+a2+a3）/3不完全相同3OAC2=(OACmin+OACmax)/2OAC2=(OACmin+OACmax)/2相同4OAC=(OAC1+OAC2)/2OAC=(OAC1+OAC2)/2相同5求OAC对应的VV、VMA，VMA是否满足指标要求最小值的要求，OAC应位于VMA凹形曲线最小值的贫油一侧沥青混合料配合比验证1抗高温性--车辙试验（T0719）在试验温度为60℃、轮压0.7MPa条件下进行车辙试验的动稳定度.2抗低温性--弯曲试验（T0715）对热拌沥青混合料在试验温度-10℃、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，综合评价沥青混合料的低温抗裂性能。3水稳定性—浸水马歇尔（T0709）冻融劈裂试验（T0729）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以检验沥青混合料的水稳定性。达不到要求时必须掺加消石灰、水泥或相应的抗剥落措施。4渗水检验—渗水试验（T073）利用轮碾机成型的车辙试件进行渗水试验气候分区1-3夏炎热冬冷2-2夏炎冬寒2-3夏炎冬冷七月份平均最高气温＞30℃(20-30)℃年极端最低气温(-21.5～-9.0)℃(-37.0～-21.5)℃(-21.5～-9.0)℃地名运城地区各县(市)临汾地区：候马市、曲沃县、翼城县、襄汾县、浮山县(除寨圪塔乡)、古县、霍州市、洪洞县(堤村乡、马牧乡、万安镇、龙马乡、白石乡及河东各乡镇)、临汾市(吴村镇、土门镇、魏村镇、果村场乡、刘村镇小榆乡、泊庄乡、龙祠乡、金殿镇及河东各乡镇)大同市各县(市)朔州市各县(市)忻州地区各县(市)太原市各县(市)吕梁地区各县(市)晋中地区各县(市)长治市：武乡县、沁县、沁源县、襄垣县、黎城县、潞城县、屯留县城区、效区、长子县、长治县、平顺县(东青北乡、北社乡、苗庄镇、羊井底乡)、壶关县(辛村乡、集店乡、城关镇、东崇贤乡、晋庄镇、五龙山乡、西川底乡、黄家川乡、黄山乡、固村乡、店上镇、东柏林乡、百尺镇、常行乡、东井岭乡)晋城市：沁水县(王必乡、郑庄乡、苏庄乡、必底乡、端氏镇、胡底乡、樊庄乡、固县乡、十里乡、东峪乡、柿庄乡)高平市、陵川县(城关镇、礼义镇、杨村乡、平城镇、奏家庄乡)临汾地区：安泽县、浮山县(寨圪塔乡)、隰县、永和县阳泉市：城区、郊区、平定县临汾地区：大宁县、蒲县、汾西县、吉县、乡宁县、临汾市(一平垣乡、西头乡、枕头乡、河底乡)、洪洞县(刘家垣镇、山头乡、双昌乡、左家沟乡、左木乡)晋城市：阳城县、城区、郊区、沁水县(城关镇、樊村河乡、王寨乡、杏峪乡、中村镇、下川乡、土沃乡、张村乡、郑村乡、加丰镇)、陵川县(西河底乡、附城镇、丈河乡、夺火乡、曹庄乡、潞城乡、横水河乡、马疙当乡、马武寨乡、候庄乡、治头乡、六泉乡、古郊乡)长治市：平顺县(实会乡、北眈乡、阳高乡、石城镇、王家庄乡、中五井乡、城关镇、虹梯关乡、苤兰岩乡、西沟乡、东寺头乡、羊老岩乡、石窑滩乡、龙镇、杏城乡、王峡关乡)山西省沥青使用性能气候分区表(温度)沥青混合料高温车辙技术指标气候分区距路表位置(cm)路面温度(℃)抗车辙变形动稳定度指标(次/mm)推算60℃动稳定度(次/mm)60℃动稳定度技术指标(次/mm)SBS改性沥青混合料PR改性沥青混合料夏炎热1-3260≥50005000500050006-85540004300400012-1447-48240025002500夏热区2-2、2-32554000430040006-85032003800350012-1445160018001500渗水系数沥青混合料渗水系数和空隙率有着很好的相关关系，渗水系数随着空隙率的增大而增大，随压实度的增大而减小。沥青混合料配合比设计时，AC级配设计空隙率为3-5％，将空隙率5％对应的渗水系数作为设计阶段的控制点，利用直线内插计算5％时的渗水系数分别：AC-13I：90ml/min，AC-16I：116ml/minAC-20I：111ml/min，AC-25I：136ml/min；对于SMA-13、SMA-16，渗水系数在空隙率4％左右发生突变，将4％空隙率对应的渗水系数作为设计控制指标。根据试验数据，利用内插法计算空隙率为4％时的渗水系数分别是：SMA-1385ml/minSMA-1682ml/min。渗水系数配合比设计阶段现行规范修订后AC类：细粒式≤120ml/min≤90ml/min中粒式≤120ml/min≤120ml/min增加了粗集料AC-25≤150ml/min（由于车辙标准试件厚度与粗粒式沥青混合料最大公称粒径不匹配，故对粗粒式沥青混合料渗水系数仅供参考。）SMA类：SMA-13≤80ml/min≤85ml/minSMA-16≤80ml/min≤85ml/min。渗水系数施工阶段现行规范修订后AC级配：上、中面层≤300ml/min≤100ml/min下面层≤300ml/min≤200ml/minSMA级配：上面层≤200ml/min≤100ml/min桥面下面层≤200ml/min≤200ml/min沥青及沥青混合料试验检测试验检测要求1.用于试验的仪器设备必须经过计量部门的标定，精度满足试验要求，特别是测力、位移传感器，温度计，天平等；2.试验人员要熟悉掌握试验规程、技术规范，理解每一部试验的作用意义，分析数据的准确性；3.所有的原始记录、计算数据、汇总资料，必须如实