高性能沥青混合料目标配合比设计示例优秀课件.ppt

高性能沥青混合料目标配合比设计示例第1页，本讲稿共51页引言引言 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 第2页，本讲稿共51页 1 原材料原材料 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。1.11.1沥沥青胶青胶结结料料第3页，本讲稿共51页表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检 验 项 目试验结果AH-90试验方法针入度(25,100g,5s)(0.1mm)608080100T 0604延度(5cm/min,15)不小于(cm)100100T 0605延度(5cm/min,10)不小于(cm)2020软化点(环球法)不小于()4645T 0606溶解度(三氯乙烯)不小于(%)99.5T 0607针入指数PI-1.0+1.0T 0604薄膜加热试验163,5h质量损失 不大于(%)0.6T 0610针入度比 不小于(%)65T 0604延度(10)不小于(cm)6T 0605闪点(COC)不小于()245T 0611含蜡量(蒸馏法)不大于(%)2.0T 0615密度(15)不小于(g/cm3)0.996实测记录T 0603动力粘度(绝对粘度，60)不小于(Pa.s)160T 0620第4页，本讲稿共51页1.2 粗集料粗集料 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。第5页，本讲稿共51页表2 粗集料料源特性指标检验结果检 验 项 目单位S9结果S12结果S14结果技术要求试验方法压碎值 不大于%19.328T 0316洛杉机磨耗损失 不大于%28.830T 0317表观相对密度 不小于2.8382.8372.8702.60T 0304毛体积相对密度 不小于2.7632.7312.741T 0304吸水率 不大于%1.01.41.62.0T 0304坚固性 不大于%12T 0314与沥青的粘附性不小于级4T 0663石料冲击值(对于中下层)不大于%19.728T 0322第6页，本讲稿共51页表3 粗集料加工技术规格检验结果规格名称技术规格公 称粒 径通过下列筛孔（mm）的质量百分率（%）1913.29.54.752.360.6S9要求102095100-01505结果96.247.43.91.0S12要求5101009010001505结果10084.64.73.4S14要求351009010001503结果10098.77.34.9第7页，本讲稿共51页表4 粗集料加工质量检验结果试验项目指标检测结果S9S12S14针片状颗粒含量（%），不大于其中：粒径大于9.5mm，不大于粒径小于9.5mm，不大于15122.6183.2水洗法小于0.075颗粒含量(%)，不大于10.51.812.44软石含量(%)，不大于37.9第8页，本讲稿共51页1.3 细集料细集料 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。第9页，本讲稿共51页表5沥青混合料用细集料技术质量要求检 验 项 目单 位结果技术要求试验方法表观相对密度 不小于2.8292.50T 0328毛体积相对密度 2.815坚固性(0.3mm部分)不小于%12T 0340亚甲蓝值 不大于g/kg25T 0346棱角性 不小于%44.0445T 0344第10页，本讲稿共51页1.3 填料填料 表6 沥青混合料用填料技术质量要求检 验 项 目单位检测结果技术要求试 验 方 法表观密度 不小于g/cm32.50T 0352含水量 不大于%1T 0103烘干法粒度范围0.6mm0.15mm0.075mm%1009010075100T 0351外观无团粒结块亲水系数1T 0353塑性指数4T 0354加热安定性实测记录T 0355第11页，本讲稿共51页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。第12页，本讲稿共51页2 设计集料结构设计集料结构（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确定工程设计级配范围 第13页，本讲稿共51页表7 计算参考级配(ACS-20)最大粒径（mm）公称粒径（mm）通过以下尺寸筛孔(mm)的质量百分率（%）贝雷法约束参数检验26.51913.2 9.54.752.361.180.60.30.150.075CA(d/2)CA(D/4)FA1FA2FA310010079.164.041.026.116.710.86.94.42.80.6400.3900.410.410.411009575.260.838.924.815.910.36.64.22.70.5580.3580.410.410.411009071.257.636.923.515.19.76.24.02.60.4890.3280.410.410.411001009010071.279.157.664.041.036.926.123.516.715.110.89.76.96.24.44.02.82.60.40.80.250.50.250.50.250.50.250.5第14页，本讲稿共51页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。第15页，本讲稿共51页表8 各级料筛分结果及掺配比例(ACS-20)规格名称通过以下筛孔的质量百分率（%）1913.29.54.752.361.180.60.30.150.075掺配比例S996.246.92.9034S1210010084.11.81.80.60.60.60.60.626S1410010010098.62.50.5010.5S1610010010010082.753.735.225.39.82.127矿粉10010010010010010010010099.282.42.5消石灰10010010010010010010099.999.085.40合成级配98.781.962.940.325.617.212.29.55.32.8合成级配筛分检验10081.061.740.224.815.910.68.25.02.6目标级配989877.562.740.225.616.410.66.84.32.8评价合成级配符合目标级配误差要求第16页，本讲稿共51页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：第17页，本讲稿共51页表9 初选级配范围表级配范围通过以下筛孔的质量百分率（%）26.51913.29.54.752.361.180.60.30.150.075规范级配范围级配上限1009062502616128543下限10010080725644332417137合成级配10010081.061.740.224.815.910.68.25.02.6施工级配容许误差6%5%2%上限46.229.84.6下限34.219.80.6第18页，本讲稿共51页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)级配范围通过以下筛孔的质量百分率（%）26.51913.29.54.752.361.180.60.30.150.075控制点上限-10090-49-8下限10090-23-2合 成 级配10010081.061.740.224.815.910.68.25.02.6评价符合Superpave级配控制点第19页，本讲稿共51页按Superpave级配限制区检验(ACS-20)级配不宜通过的区域(相应以下筛孔的质量通过百分率)（%）筛孔尺寸mm2.361.180.60.3合成级配24.815.910.68.2禁区范围最小34.622.316.713.7最大34.628.320.713.7质检级配上限下限评价符合限制区要求第20页，本讲稿共51页图1 0.45次方指数级配曲线图第21页，本讲稿共51页部分筛孔上限进入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。第22页，本讲稿共51页表10 设计目标级配及级配范围级配范围通过以下筛孔的质量百分率（%）26.51913.29.54.752.361.180.60.30.150.075目标级配上限10010082.9704934.222.316.711.88.35.8下限1009071.257.636.923.515.19.76.24.02.52.5 确定设计目标级配第23页，本讲稿共51页3 计算沥青混合料理论配合比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 各级集料密度规格名称S9S12S14S16矿粉消石灰沥青公称粒径（mm）10-205-103-50-3表观密度 Gia2.7142.7222.7322.723.01毛体积密度Gib2.672.6322.6712.6142.6142.5123.01第24页，本讲稿共51页3.2 估算最佳油石比（或最佳沥青用量）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。第25页，本讲稿共51页表12 估算最佳油石比（或最佳沥青用量）表粉胶比F/B1.044合成集料表观密度Gsa2.835合成集料毛体积密度Gsb2.777集料面干吸水率 W0.7384集料吸入沥青体积系数C0.736合成集料有效密度Gse2.820单位 混合料中集料质量Gmw2.402空隙率Va4VMA取值13.5集料吸入沥青的体积Vba0.013吸入沥青的油石比Qba0.550有效沥青油石比Qbe3.982最佳初始油石比Qb4.532最佳初始沥青用量Pb4.336有效沥青体积Vbe0.095有效沥青用量Pbe3.809最大理论密度Gmm2.616混合料毛体积密度Gmb2.511第26页，本讲稿共51页4 理论配合比的试验验证及设计调整理论配合比的试验验证及设计调整 4.1体积指标试验验证体积指标试验验证 第27页，本讲稿共51页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，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，根据沥青粘根据沥青粘温曲线得到的拌和温度和压实温度（选择拌和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与压实温度相应的胶结料表观粘度分别为0.170.170.02Pa.s0.02Pa.s和和0.280.280.03Pa.s0.03Pa.s），采用旋转压实仪（），采用旋转压实仪（SGCSGC）至少压实两个试）至少压实两个试件，同时准备件，同时准备2 2个试样用于确定沥青混合料理论最大相对密度个试样用于确定沥青混合料理论最大相对密度（G Gmmmm）。）。对压实成型试样，通常取对压实成型试样，通常取45004500克集料；确定理论最大相对密度克集料；确定理论最大相对密度（G Gmmmm）所用试样，通常取）所用试样，通常取20002000克混合料质量。用于测定克混合料质量。用于测定体积指标和理论最大相对密度（体积指标和理论最大相对密度（G Gmmmm）所用试样，应在选）所用试样，应在选定的拌和温度下，在烘箱中短期老化定的拌和温度下，在烘箱中短期老化2 2小时。同样，根据小时。同样，根据P Pbmbm0.50.5、P Pbmbm1.01.0做不同沥青含量试件的旋转压实成型测定，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。全面比较后确定最佳沥青含量。第28页，本讲稿共51页（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设计ESALs(百万)压实次数应用范围M初始M设计M最大0.365075很轻交通量0.33775115中等交通量3308100160中等至重交通量309125205重交通量第29页，本讲稿共51页 （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。第30页，本讲稿共51页表14 理论最大密度试验结果（真空法）序号沥青用量(%)理论最大密度（g/cm3）试件1试件2平均值13.82.6362.6272.63224.22.6212.6172.61934.62.6012.6102.60645.02.5942.5902.59255.42.5852.5862.586第31页，本讲稿共51页 （3 3）试样的毛体积相对密度（）试样的毛体积相对密度（G Gmbmb）用表干法测定，试验方）用表干法测定，试验方法为：法为：T 0705-2000T 0705-2000。测试结果见表。测试结果见表1515。（4 4）由由沥沥青青混混合合料料的的理理论论最最大大相相对对密密度度G Gmmmm和和毛毛体体积积相相对对密密度度G Gmbmb求求得得空空隙隙率率V Va a、矿矿料料间间隙隙率率VMAVMAa a和和饱饱和和度度。计计算算结结果见表果见表1515。第32页，本讲稿共51页表15 旋压成型试件体积特性指标结果序号沥青用量(%)毛体积密度理论最大密度（真空法）空隙率VAVMAVFA13.82.5132.6324.5012.9365.2924.22.5102.6194.1513.4069.0534.62.5272.6062.9813.1877.4045.02.5452.5921.9912.9384.6555.42.5582.5861.0912.8791.54第33页，本讲稿共51页第34页，本讲稿共51页表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（%）：第35页，本讲稿共51页 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。第36页，本讲稿共51页 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。第37页，本讲稿共51页 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。第38页，本讲稿共51页矿料间隙率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。第39页，本讲稿共51页 （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。第40页，本讲稿共51页表16 压实成型的混合料试件压实性能检测指标设计ESALs要求压实度(理论最大相对密度%)M初始M设计M最大0.391.596.098.00.3390.531089.0103030第41页，本讲稿共51页6 对设计配合比进行马歇尔试验检验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。第42页，本讲稿共51页表17 马歇尔试验检测结果沥青含量%理论密度kg/cm3表干密度kg/cm3空隙率%矿料间隙率%饱和度%稳定度kN流值cm3.92.6272.4646.21114.7457.913.322.514.22.6192.4855.10914.2764.313.312.684.52.6102.5034.10513.93170.5612.931.38技术标准36146575824注：对改性沥青混合料,马歇尔试验的流值可适当放宽。第43页，本讲稿共51页表18 18 密级配沥青混凝土混合料试验技术标准试验指标单位夏炎热区(1-1、1-2、1-3、1-4区)夏热区及夏凉区(2-1、2-2、2-3、2-4、3-2区)中轻交通重载交通中轻交通重载交通马歇尔试验标准马歇尔击实法击实次数(双面)次75试件尺寸mm101.6mm63.5mm稳定度MS不小于kN8流值FLmm241.5424.524体积指标旋转压实仪法成型设计空隙率V(%)%4矿料间隙率VMA(%)不小于相应于以下公称最大粒径(mm)的最小VMA及VFA技术要求(%)26.51916121313.5沥青饱和度VFA(%)6575第44页，本讲稿共51页 7.沥青混合料使用性能的检验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 7.1 热稳定性热稳定性 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。第45页，本讲稿共51页表19 沥青混合料车辙试验动稳定度技术要求气候条件与技术指标相应于下列气候分区所要求的动稳定度(次/mm)试验方法七月平均最高气温()及气候分区302030100050010002505002501.潮湿区2.湿润区3.半干区4.干旱区浸水马歇尔试验残留稳定度(%)，不小于普通沥青混合料8075T 0790改性沥青混合料8580冻融劈裂试验的残留强度比(%)，不小于普通沥青混合料7570T 0729改性沥青混合料8075第48页，本讲稿共51页 7.3 冻稳定性冻稳定性 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。第49页，本讲稿共51页表21 沥青混合料低温弯曲试验破坏应变（）技术要求气候条件与技术指标相应于下列气候分区的破坏应变()试验方法年极端最低气温()及气候分区-9.01.冬严寒区2.冬寒区3.冬冷区4.冬暖区1-12-11-22-23-21-32-31-42-4普通沥青混合料，不小于260023002000T0728改性沥青混合料，不于300028002500第50页，本讲稿共51页 7.4 渗水性渗水性 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)技术要求级配类型渗水系数(ml/min)试验方法密级配沥青混凝土，不大于120T 0730第51页，本讲稿共51页