沥青混凝土混合料组成设计课件.pptx
一、沥青混凝土设计总论沥青混凝土设计的目标是确定可用于生产、铺筑沥青路面的沥青混凝土各组成材料的配合比，由此配合比形成的混合料，其各种技术性能指标能满足规范指标要求、具有良好的工作性、可用摊铺设备均匀地铺筑。第1页/共34页沥青混凝土配合比设计三阶段目标配合比设计阶段 生产配合比设计阶段 生产配合比验证阶段 一阶段二阶段三阶段第2页/共34页二、混合料组成设计马歇尔法 1.矿料级配理论 2.马歇尔设计法设计原理 3.马歇尔设计步骤 4.设计综合示例第3页/共34页矿料级配理论最大密度理论：认为“矿料的颗粒级配曲线愈接近抛物线,其密度愈大”,主要描述了连续级配的粒径分布,用于计算连续级配。粒子干涉理论：可用于计算连续级配、间断级配和折断级配。分形理论：是近年来随着材料学的发展,将分形几何理论应用于路面材料集料级配研究而出现的一种新方法,目前研究很少。第4页/共34页马歇尔设计法设计原理混合料的主要技术指标是通过马歇尔试验测定，将测定的技术指标值与规范所规定的马歇尔技术指标要求值进行对比，通过对材料品种、配合比例的反复调整，使所设计的沥青混合料的各项马歇尔技术指标满足规范的要求值。第5页/共34页采用技术标准1、公路沥青路面施工技术规范 （JTG F40-2004）2、公路工程集料试验规程 （JTG E42-2005）3、公路工程沥青及沥青混合料试验规程 （JTJ052-2000）第6页/共34页马歇尔设计步骤 目标配合比设计主要步骤1、材料准备2、矿质混合料的配合比组成设计确定沥青混合料类型确定矿料的最大粒径确定矿质混合料的级配范围矿质混合料配合比例计算第7页/共34页3、通过马歇尔试验确定沥青混合料最佳沥青用量制备试样根据推荐的沥青用量范围，估计适宜的油石比，然后按0.5沥青量间隔增减变化沥青用量，制备不少于5种沥青用量的马歇尔试件，每组马歇尔试件不少于4个；每个试件均分别分级备料、分别拌和，拌和、击实试件温度严格按照规范要求；沥青结合料种类沥青结合料种类 拌和温度拌和温度()压实温度压实温度()石油沥青石油沥青 130130160 160 120120150 150 第8页/共34页测定计算物理、力学指标 压实沥青混合料试件视密度、最大理论密度、残留空隙率、矿质骨架间隙率、饱和度等指标；马歇尔试件的稳定度、流值；第9页/共34页分析马歇尔试验结果确定最佳沥青用量绘制沥青用量与物理、力学指标关系图，以沥青用量为横坐标，以视密度、空隙率、饱和度、稳定度、流值为纵坐标。第10页/共34页确定最佳沥青用量的初始值OACl和OAC2 OACl =(1+2+3)3 OAC2=(OACmin+OACmax)2 综合确定最佳沥青用量OAC OAC=（OACl+OAC2）/2式中：l 稳定度最大值的沥青用量 2 最大密度的沥青用量 3 空隙率范围中值的沥青用量 OACminOACmax：各项指标对应的沥青用量公共范围第11页/共34页进行水稳性与高温抗车辙能力检验水稳定性检验 制作马歇尔试件进行浸水马歇尔试验，沥青混凝土残留稳定度不低于75。高温抗车辙能力检验 用于上、下面层的沥青混凝土，在60下车辙试验的动稳定度：对高速公路、城市快速路不小于800次mm；对一级公路及城市主干路宜不小于600次mm。第12页/共34页配合比设计综合示例1、配合比设计第一阶段：目标配合比的设计材料选择和原材料试验沥青选择标号为AH90粗集料检测各项指标均符合要求；1030mm碎石的表观密度为2.8181g/cm3、1020mm碎石的表观密度为2.8364 g/cm3第13页/共34页 不同规格原粗集料的筛分结果 细集料采用某地河砂，细度模数3.02，属中砂偏粗，表观密度为2.6227g/cm3 第14页/共34页填料采用当地石灰石矿粉 矿质混合料的配合比组成设计进行矿料级配计算得到的各材料的配合比结果：1030m碎石：1020mm碎石：35mm石屑：砂：矿粉30：20：15：28：7第15页/共34页第16页/共34页马歇尔指标测定最佳油石比如下：OACl=4.54%OAC2=4.31%最佳油石比OAC=4.4%相应的最佳沥青用量：4.2%第17页/共34页高温稳定性检验测得的动稳定度为3150次mm，符合规范“不小于800次mm”的规定要求。水稳定性检验残留稳定为100.1，符合规范规定不得小于75的要求。第18页/共34页2、配合比设计第二阶段：生产配合比的设计该工程采用的振动筛为32mm、20mm、10mm、4mm四级，筛分后在热料仓取样。第19页/共34页计算合成级配均符合规定设计范围的要求。设计的矿料配合比为：4号仓(2030)：3号仓(1020)：2号仓(410)：1号仓(04)：矿粉=24：28：16：26：6第20页/共34页 经计算得：OACl 4.63%、OAC24.95%；此结果与目标配合比设计结果相差0.4%，基本吻合，结合以往经验，征求各方意见，决定采用平均值即油石4.6%(沥青用量4.4%)作为生产配合比的建议油石比供试拌试铺使用。第21页/共34页拌和机每一锅拌和能力为1600kg，故各料仓的用量为：l4号仓(2030)：1600 (14.4%)24%367(kg)l3号仓(1020)：1600 (14.4%)28%428(kg)l2号仓(410)：1600 (14.4%)16%245(kg)l1号仓(04)：1600 (14.4%)26%398(kg)l矿粉：1600 (14.4%)6%92(kg)l沥青：1600 4.4%70(kg)第22页/共34页3、配合比设计第三阶段：生产配合比的验证该工程按上述配合比及4.6%油石比试拌试铺时，级配及油石比均认为符合经验认识。比较正常，取样测定马歇尔指标为：稳定度11.1kN，流值3.5mm，空隙率3.7%，沥青饱和度78.5%，实际油石比4.55%。第23页/共34页浸水马歇尔试验和车辙试验进行验证试验结果表明：高温及水稳均符合规范要求。由此，可以认为，生产配合比经验证是可行的 第24页/共34页 最后试验室编写配合比设计报告及试拌试铺总结。经监量业主批准、下达施工单位的标准配合比如下：u料仓材料配合比例：4号仓(2032)：3号仓(1020)：2号仓(410)：1号仓(04)：矿粉24：28：16：26：6 (%)u设计油石比：4.6%，相应的沥青用量4.4%，施工容许误差不得超过0.3%至此，整个配合比设计均已完成，可以开始正常生产。第25页/共34页三、混合料组成设计旋转压实法1.旋转压实法的设计原理2.旋转压实法的设计步骤3.Superpave混合料体积设计特点第26页/共34页旋转压实法的设计原理旋转压实仪是用于Superpave 沥青混合料设计的核心仪器,它用于制备测定热拌沥青混合料力学和体积性质的试件。试件的压实成型过程模拟了压路机的现场碾压状态,成型后的试件与实际路面在密度、集料排列和结构特性等方面比较接近。试件成型的输出结果可以用于监测试件制备过程中的压实混合料密度与混合料的压实特性,也可用于沥青混合料生产过程中的现场控制。第27页/共34页旋转压实法的设计步骤1、原材料试验原材料的各种相对密度集料的筛分材质性能试验胶结料的性能指标试验矿粉性能试验2、设计集料级配选择根据0.45次方图、控制点和限制区准备3或4个试验级配计算每个试验级配的初始沥青（每种级配4%空隙率2个用量试件，共6或8个试件）评价压实试验级配，选者一个设计级配，估计设计沥青用量第28页/共34页其中旋转压实设计参数(初始压实次数、设计压实次数与最大压实次数)的选择，如下表。设计轴载次数/106压实参数应用的典型道路N 初始N 设计N 最大 0.36 650507575轻交通,地方/县级路0.3 37 77575115115中等交通的路3 308 8100100160160中等至重交通量公路309 9125125205205重交通量道路第29页/共34页Superpave 混合料体积设计指标的选择按下表。设计轴载次数/106压实试件的密度(最大理论密度的%)最小矿料间隙率VM A%沥青饱和度V FA/%最大公称尺寸/m mN 初始N 设计N 最大37.525.025.019.019.012.512.59.59.5 0.391.596.096.098.011.011.012.012.013.013.014.014.015.015.070 800.3 390.565 783 1089.065 7510 3030第30页/共34页3、沥青用量选择在估计沥青含量周围4个沥青用量下压实试件（每个沥青用量2个试件，共8个试件），选择沥青用量4、验证用AASHTO283验证设计级配设计沥青用量的水敏感性（6个试件，7%空隙率，3干3湿）对选择和选择设计沥青用量进行验证，使满足体积设计标准，即设计、最大、初始压实次数时的体积标准以及VMA5、最终生产用混合料配合比6、现场混合料控制试验第31页/共34页Superpave混合料体积设计特点 与马歇尔设计方法相比，Superpave混合料体积设计有几个不同之处旋转压实机更接近现场压实过程，其性质更接近于现场岩心式样增加了混合料的短期老化，使压实和孔隙率更符合实际增大了试件尺寸（直径150mm)，使其更适合大粒径集料实时测量试件高度与旋转次数，画出压实曲线，能评价压实特性在最大压实次数时规定一个最大压实度，使抗车辙能力更有保障在最初压实次数时规定一个最大压实度，避免不稳定混合料产生第32页/共34页Thanks for your attention！第33页/共34页感谢您的观看。第34页/共34页
