采用体积法进行AC-16I型沥青混合料设计浅析.doc

采用体积法进行AC-16I型沥青混合料设计浅析前言：当前高速公路大多使用性能优良的沥青结合料，因此，沥青混合料设计成为决定混合料的路用性能的关键因素，在我们进行沥青混合料设计的实践当中认为，最佳沥青用量的选择是与体积参数的满足、集料的级配有机的结合在一起的；生产配合比设计应该是对目标配合比设计结果的验证和完善，因此目标配合比设计应该放到一个极为重要的位置上。福建罗源至长乐高速公路B1标段采用体积参数控制沥青混合料设计，在充分考虑了不同集料级配对最佳沥青用量的影响的同时，使混合料中各项体积参数得到了合理的控制。吉林交建罗长项目部在福建省高速公路指挥部课题组的参与指导下采用体积法进行了普通沥青混合料的设计，达到了较好的预期效果。下面简要介绍一下我部AC-16I型沥青混合料目标配合比设计的情况。一、 AC-16I型沥青混合料的目标配合比设计在体积法设计沥青混合料的过程中，目标配合比设计在三阶段设计过程中具有十分重要的地位，其后的生产配合比紧紧围绕目标配合比设计的结果进行验证，试验段的铺筑进一步对目标配合比室内试验的结果进行施工检验，因此，做好目标配合比设计至关重要。1、 材料准备a、 沥青结合料 采用韩国SK AH-70重交通沥青，该沥青性能较为优良，沥青在满足招标文件中对AH-70重交通石油沥青各项指标的要求外，还需满足要求的沥青PG等级。b、 集料质量 在体积法设计AC-16I型沥青混合料的过程中，我们始终遵循着一个原则，那就是在保证集料的各种物理力学指标满足要求的前提下，集料必须有稳定的料源，采取适合的破碎加工与筛选方法。只有这样才能获得规格稳定一致的各级料堆集料，目标配合比才具有指导以后大面积生产的实际意义。因此，我们采用业主指定的片石，利用二次反击破碎的方法自行进行碎石的生产加工，在集料的生产过程中全程参与，制定了合理的振动筛筛孔，保证了各粒级集料与方孔筛对应，同时我们对集料进行了大量的试验，每次均从生产集料的传送带上取样，使试样具有代表性，全面掌握了料堆中各级石料的真实情况，如筛分结果、密度等。尤其应该强调的是我们对集料的针片状控制到10-15，因为太小的针片状含量意味着棱角性的丧失，将使沥青混合料没有足够的VMA。c 、填料 填料采用石灰岩磨细的矿粉。在保证矿粉各项指标满足要求的同时，我们强调为了改善集料与沥青结合料的粘附性，在矿粉中掺加了20%的消石灰，因为这项工作非常重要，我们采用测定有效钙镁含量的方法进行施工控制，确保掺加消石灰的比例。2、 选择设计集料级配：2-1 集料级配的初选在JTJ024-98中规定的AC-16I型中粒式沥青混合料的级配范围内，根据我们掌握的料堆整体颗粒组成情况以及填料的颗粒组成，利用计算机初拟了三种级配，一种级配位于规定级配范围的中值附近，另外2组接近级配范围的上限和下限，其中接近上限的级配中关键筛孔4.75、2.36的通过率按中限+4%左右考虑，接近下限的级配中关键筛孔4.75、2.36的通过率按中限-4%左右考虑，三种级配的0.075的通过率均控制在中值。根据我们已知的各种粒径的集料毛体积比重与视比重及填料的视比重，计算选定的三种试验级配混合物组合集料的视比重Gsa与毛体积比重Gsb 。按下式1-1 式中a、P1、P2、PN -各种集料组分(含矿粉)的质量百分率 P1+P2+PN=100b、G1+G2+ +GN-各种集料组分(含矿粉)的视比重（毛体积比重）注意在计算Gsb 的过程中，矿粉采用视比重，其余采用毛体积比重。2-2 选择混合料的初试沥青含量根据经验公式计算最佳沥青含量，公式中充分考虑了目标配合比设计后混合料的体积指标，并以此初试沥青含量进行三种级配的马歇尔试验，根据试验结果进行级配筛选。按公式 1-2 0.982 ( VMA-V a )Gsb Pbi=1.18+Pbi：初试沥青含量，按混合料质量百分率计，%；VMA：对AC-16I取14%。Va：取4%2-3 对三种级配进行马歇尔试验 室内制备试件时温度的选择非常关键，要考虑到施工时既要保证沥青和混合料的质量又要保证施工和易性。具体是参照沥青结合料的粘度温度曲线来确定的。其中拌合温度为粘度在0.17 0.02PaS时的温度，压实温度为粘度在0.28 0.03PaS时的温度。根据韩国SK AH-70重交沥青的粘度温度曲线，得到拌和温度为154-160，压实温度143-148。根据确定好的拌和温度，我们三种级配每种拌制5个试样。每一试样都采用同一初试沥青含量进行拌制，并且为了保证试样的准确性，我们事先把集料筛分成对应方孔筛的单粒级，然后根据每一筛孔的筛余百分率来进行试样的配制。每一试样配制的质量根据预先进行一次击实来确定。将拌和好的试样放入烘箱在拟定的压实温度平均值即145保持2小时进行短期老化以模拟路面施工时的混合料中集料对沥青的吸附情况。将试样从烘箱取出后对每一试验级配试样中的3个进行击实，按每面75击次制成马歇尔试件。马歇尔试件的高度应为63.5mm1.3mm。剩余2份试样按真空饱水法测定理论最大比重Gmm ，取其平均值。试件被压实冷却后，将其脱模，测定试件毛体积比重Gmb。并用JTJ052-2000公路工程沥青及沥青混合料试验规程T0705-2000中的公式计算击实混合料的VV、VMA、和VFA，其中试件的空隙率VV计算采用公式 VV=100（1- Gmb/Gmm ）其中沥青混合料试件的矿料间隙率VMA计算采用公式VMA=100（PsGmb/GSb）试件的沥青饱和度VFA计算采用公式VFA=100（VMAVV）/ VMA式中：Ps-沥青混合料中集料百分率。 GSb-组合集料的毛体积比重。 Gmb-压实试件毛体积比重。 Gmm-沥青混合料的实测理论最大比重。三种试验级配试件的马歇尔试验结束后，计算组合集料的有效比重GSe100 Pb Gmm GbGSe=PS 式中：Gmm-沥青混合料的实测理论最大比重 Pb-沥青含量，以混合料质量计 PS-沥青混合料中集料百分率， PS=100-Pb Gb-沥青结合料比重 根据GSe与 GSa、GSb之间的关系进行判断，如果GSe在 GSa与GSb之间则结果无误；若GSe 在 GSa与GSb之外，则结果有误，应查出错误原因，并予以纠正。比如在设计实践中，我们在实测混合料理论最大比重的过程中，在拌制好的5000g混合料中取试样1500g进行试验，因为取样有误差，使试样偏粗造成混合料实测的理论最大比重偏大，使计算后的GSe 大于GSa ，后我们采取每次只拌制1500g并取全部试样进行试验，才得到了满意的结果。混合料实测的理论最大比重在体积法进行沥青混合料设计中是一个非常关键的指标，为了确保测定的准确性，我们根据课题组提供的经验公式进行了估算，结果非常接近，估算公式为 Gmm=100/(ps/Gse+ pb/Gb)式中：Gse为估算的有效比重，计算公式为 Gse = Gsb +K（Gsa- Gsb ） K-为经验系数，根据集料对沥青的吸收性的大小，可以取0.8、0.6和0.5。2-4 试验结果分析对三种试验级配混合料进行评价：其中VMA、VFA、马歇尔稳定度与流值均符合设计要求，空隙率又接近4%设计值的一种级配，被确定为最佳级配或设计级配。3、选择最佳沥青含量根据已确定的设计集料级配，用增加和减少沥青含量0.5%和1.0%的方法来获得与混合料设计空隙率相应的设计沥青含量。确定四种沥青含量，每种至少压实3个马歇尔试件，并至少准备两个试样，确定不同沥青含量时混合料的理论最大比重Gmm ，取其平均值。按节2所述方法进行混合料试样准备与击实，并进行试验，确定不同沥青含量击实混合料的马歇尔特性参数：VV、VMA、VFA，以及马歇尔稳定度与流值。绘制Gmb 、VV、VMA、VFA、马歇尔稳定度与流值，分别与沥青含量Pb的关系曲线。在VV与Pb的关系曲线上，与设计空隙率4%对应的沥青含量，即为最佳沥青含量。并在此沥青含量从其余关系曲线上找出相应的VMA、VFA、马歇尔稳定度与流值。并将这些数值与设计标准进行对照。如所有特性值均符合设计要求，则此沥青含量即为设计沥青含量。以上表明，所选择的沥青混合料符合所有设计标准，目标配合比中混合料的级配组成与沥青含量是设计所期望的。至此混合料设计的体积设计部分包括配合比设计，冷料料堆比例设计即告完成。4、沥青混合料性能评价将按以上设计程序完成的混合料设计结果进行性能评价。a 、水损害性能评价.混合料经过短期老化，采用48小时浸水马歇尔试验，残留稳定度75%。b、热稳定性评价采用T0717沥青混合料车辙试验的动稳定度DS对热稳定性评价。（针对使用韩国SK AH-70沥青的AC-16I中面层沥青混合料） DS1200次/mm由以上设计程序设计的沥青混合料通过混合料性能评价，检验合格后，混合料设计即全部完成。混合料目标配合比设计的结果包括混合料设计级配和沥青含量，以及冷料料堆的比例，混合料体积参数与相关特性。结束语在采用体积法进行AC-16I型中粒式沥青混合料目标配合比的设计过程中，我们切实的体会到综合考虑混合料的体积参数进行集料级配和沥青用量的选择，相比普通的沥青混合料设计避免了集料级配选择的盲目性，沥青用量的选择更加趋于合理，而且设计