水稳基层配合比设计

江宁区宁铜公路（禄口-铜山段）改造工程水泥稳定碎石基层配合比设计报告江苏育通交通工程咨询监理有限责任公司2009年11月8日宁铜公路（禄口-铜山段）改造工程水稳配合比设计一、概述江宁区宁铜公路拓宽改造工程依据交通部《公路路面基层施工技术规范》（JTJ034-2000）、交通部《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTJ057-94）、交通部《公路土工试验规程》（JTJ051-93）、《公路工程集料试验规程》（JTGE42-2005）、《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80-2004）、《数值修约规则》（GB8170-87）、江苏省交通厅质量监督站《质量技术标准汇编》GB（2003-11），监理组进行了水稳基层配合比设计工作。二、设计依据1、交通部《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80-2004）2、交通部《公路工程集料试验规程》（JTGE42-2005）3、交通部《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTJ057-94）4、交通部《公路路面基层施工技术规范》（JTJ034-2000）5、交通部《公路土工试验规程》（JTJ051-93）6、《数值修约规则》（GB8170-87）7、江苏省交通厅质量监督站《质量技术标准汇编》GB（2003-11）三、配合比设计本次上面层所用集料为淳化镇采石灰岩集料，矿料为上峰孟墓厂产品，沥青为金陵实业AH-70沥青。依据要求进行了沥青和集料的各项指标试验（详见下表）。1、水泥：该项目选用的水泥南京三龙水泥厂天宝山牌（缓凝）P.O32.5级水泥，终凝时间大于6个小时，经检测其各项技术指标均满足有关规范的要求，可以采用。其主要技术指标试验结果见表：水泥原材试验结果表检验项目检验结果规定值细度3.610安定性（沸煮法）合格合格初凝时间335min≥180min终凝时间380min≥360min抗压强度（MPa）3d19.818.028d32.5抗折强度（MPa）3d4.23.528d5.52、集料根据设计要求本项目室内配合比设计中所用集料为石灰岩，由淳化镇采石场所供，矿粉为上峰孟墓厂产品，各种集料及矿粉的筛分结果见表1。各种粗集料的试验结果如表2，细集料的试验结果如表3，矿粉的试验结果如表4该项目选用石料的产地为青龙山采石场，质地为石灰岩。三种规格分别为1#料（9.5-31.5mm）、2#料（4.75-9.5mm）、3#料（0-4.75mm），混合料级配为该三种石料组合而成。碎石集料压碎值为18.0%，针片状分别为6.7%、5.9%，石屑中小于0.6mm料其塑性指数为3.6，液限为19.8，均符合相关规范。三种集料比例为：[30：30：40]，混合料级配满足部颁《公路路面基层施工技术规范》（JTJ034-2000）表3.2.2的3号级配，水泥稳定碎石的集料级配范围见表：筛孔31.526.5199.54.752.360.60.075上限10010089674935227下限100907247291780中值1009580.5573926153.5合成级配10099.484.252.540.728.213.14.7水泥稳定碎石的集料级配水泥稳定碎石配合比曲线图0102030405060708090100筛孔尺寸mm通过率%混合料级配级配上限级配下限级配中值0.075
0.62.364.759.519.026.531.5三、确定水泥剂量的掺配范围水泥稳定碎石混合料的设计强度要求7d无侧限抗压强度不小于3.5Mpa，根据以往项目经验，水泥剂量按4.0、4.5、5.0、5.5四种比例配制混合料，即水泥:碎石为4.0:100、4.5:100、5.0:100、5.5:100。四、确定各种混合料的最佳含水量和最大干密度监理组在能估计合适剂量情况下，将剂量选用缩减至四个。对四种不同水泥剂量的混合料做标准击实试验，确定出最大干密度和最佳含水量如表：标准击实试验结果表配合比ρdmax/g/cm3ωo/%备注水泥:碎石4.0:1002.2904.74.5:1002.3104.85.0:1002.3504.95.5:1002.3605.2五、测定混合料标准曲线及强度试验标准EDTA滴定试验结果表配合比EDTA消耗量/mL备注水泥:碎石3.5:1009.44.0:10010.54.5:10011.55.0:10012.55.5:10013.46.0:10014.37天无侧限抗压强度结果表配合比水泥:碎石①②③④⑤4.0:1004.5:1005.0:1005.5:100/抗压强度试件编号B13.93.84.84.8/B24.24.25.15.0/B34.14.54.65.4/B43.94.45.25.6/B53.44.04.75.3/B63.64.14.84.7/配合比水泥:碎石①②③④⑤4.0:1004.5:1005.0:1005.5:100/B74.14.35.24.9/B83.84.25.55.0/B93.84.34.65.1/RC/Mpa3.94.24.95.1/RC0.95/Mpa3.63.94.54.7/S/Mpa0.2550.2120.3200.293/Cv/%6.55.16.55.8/六、配合比组成设计成果监理组通过以下方法确定水泥最佳剂量：1、比较强度平均值和设计要求值，根据试验结果水泥剂量为4.0%、4.5%、5.0%、5.5%时试件强度平均值均满足不低于3.5Mpa设计值的要求。2、考虑到试验数据的偏差和施工中的保证率，对水泥剂量为4.0%、4.5%、5.0%、5.5%时的强度数据通过公式R≥Rd∕(1-ZaCv)验算，其强度均能满足本项目设计强度指标要求。3、为防止干缩性裂缝及确保强度等方面综合考虑，采用5.0%的水泥剂量。故监理组工地试验室配合比组成设计成果为：水泥:：集料=5.0:100，混合料的最佳含水量为4.9%，最大干密度为2.350g∕cm3，施工时压实度按98%控制。根据施工现场情况，对试验室确定的配合比进行调整，因该项目采取集中厂拌法施工，故水泥剂量增加0.5%，集料的含水量不能忽略不计，应及时调整出最终的施工配合比。表1各种集料及矿粉的筛分结果筛孔集料通过筛孔（方孔筛，mm）百分率（％）16.013.29.54.752.361.180.60.30.150.0751#料10095.153.30.20.20.20.20.20.20.22#料10010010085.243.121.11.80.60.60.63#料10010010096.775.351.239.624.217.39.1矿粉10010010010010010010098.391.783.6表2沥青混合料用粗集料的试验结果材料名称1#料2#料3#料规范要求(％)试验方法针片状颗粒含量大于9.5mm以上（%）7.7____不大于12T0312针片状颗粒含量小于9.5mm以下（%）__8.2__不大于18T0312＜0.075mm含泥量（％）0.20.6__不大于1T0312软石含量（%）2.1（13.2~26.5）mm\2.4（4.75~13.2）mm不大于3.0T0320洛杉机磨耗值（%）22.4不大于28T0317压碎值（％）21.0不大于26T0316表3沥青混合料用细集料的试验结果材料名称4#料规范要求(％)试验方法棱角性（％）36.3不小于30T0344砂当量（％）75不小于60T0334表4沥青混合料用矿粉的试验结果材料名称矿粉规范要求(％)试验方法含水量(％)0.24不大于1T0103烘干法外观无团结无团粒结块————亲水系数0.76小于1T03533、AC-13F沥青混合料级配要求本次目标配合比设计采用的级配类型为AC-13F型，参照《公路沥青路面施工技术规范》（JTJF40-2004）表5.3.2-1表5.3.2-2，设计级配如下表：筛号16.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075下限100906838241510754上限1001008568503828201584、初选级配依据规范（JTGF40-2004）的设计要求，在选择集料级配时，根据集料的筛分结果首先初选出粗、中、细三个级配，然后根据该工程地区气候属夏炎热冬温区同时考虑高温稳定性、低温抗裂性、耐久性及水稳定性来选择油石比，分别制作马歇尔试件，得出试件的体积指标，根据体积指标初选一组满足或接近设计要求的级配作为设计级配。确定AC-13F的三种级配，分别测定三种级配按沥青用量为4.8%制作马歇尔试件。三个级配的矿料比例表、三种矿料的合成级配明细表、三种级配曲线图详见下表：三种级配的矿料比例明细表级配矿料比例（%）1#2#3#矿粉级配150.07.041.51.5级配242.011.045.02.0级配335.014.048.52.5三种矿料的合成级配通过明细表级配类型通过下列筛孔(方孔筛,mm)的质量百分率(%)16.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075级配1100.097.977.148.036.223.918.411.98.65.4级配2100.098.280.855.141.027.020.313.39.66.2级配3100.098.584.061.445.529.822.314.710.76.9三种级配曲线图01020304050607080901001613.29.54.752.361.180.60.30.150.075筛孔孔径通过率下限上限中值合成级配1合成级配2合成级配35、试验级配评价参照以往沥青砼路面上面层AC-13F目标配合比的工程应用情况，选择沥青用量4.8%作为三种试级配的沥青用量，双面各击实75次成型马歇尔试件。马歇尔试验结果汇总见下表：体积指标级配沥青用量(%)毛体积相对密度最大理论相对密度空隙率(%)VMA(%)饱和度(%)级配14.82.3882.5074.815.068.2级配24.82.4052.5064.014.271.8级配34.82.4142.5053.613.973.8技术要求\\\3~6不小于13.065~75可以看出级配1、级配2和级配3体积指标均满足要求，根据经验本次设计选择级配2为设计级配。6、马歇尔稳定度试验按设计矿料比例配料，采用五种沥青用量进行马歇尔稳定度试验，试验结果见下表：AC-13F设计级配马歇尔稳定度试验结果级配类型沥青用量(%)稳定度(kN)流值(0.1mm)空隙率(%)VMA(%)饱和度(%)毛体积相对密度实测理论相对密度AC-13F4.010.2624.16.214.457.32.3802.5364.511.4028.94.814.366.42.3962.5175.010.9532.53.714.474.62.4072.4985.510.3736.02.614.582.42.4172.4806.09.3339.31.915.087.02.4142.462要求不小于8.015~403.0~6.0不小于13.065~75\\7、最佳油石比的确定据马歇尔稳定度试验结果，分别绘制稳定度、流值、空隙率、饱和度与油石比的关系曲线，从曲线上找出相应与最大密度、最大稳定度、空隙率范围中值及沥青饱和度中值对应的四个油石比，求出四者的平均值作为最佳油石比初始值OAC1，但如果对选择试验的油石比范围，密度或稳定度没有出现峰值，可直接以目标空隙率所对应的油石比作为OAC1；作图求出能满足沥青砼各项指标要求的油石比范围（OACmax，OACmin），该范围的中值为OAC2，如果最佳油石比的初始值OAC1在OACmax和OACmin之间，则认为设计结果是可行的，可取OAC1与OAC2的中值作为目标配合比的最佳油石比OAC，并结合南京的气候特点和实际情况论证地取用，最终得出最佳油石比。由作图法可知相应与最大密度、最大稳定度、空隙率中值、沥青饱和度范围的中值对应的最佳含油量，它们分别为5.5%,4.5%、4.65%、4.75%。其中值为最佳用油量初始值OAC1=4.85%,用图解法分析,求得允许沥青用量范围为4.4%～5.05%