湖沥青改性沥青及混合料性能研究报告.doc

河南省内乡至邓州高速公路特立尼达湖沥青改性沥青及混合料性能研究报告天津市市政工程研究院2011年8月目 录1 总体说明11.1 试验说明11.2 试验用原材料说明12 原材料性能检验2 2.1 普通沥青性能试验22.2 湖沥青性能试验3 2.3 粗、细集料性能试验3 2.4 矿粉性能试验43 湖沥青改性沥青掺配比例研究43.1 室内制备工艺43.2 不同掺配比例下湖沥青改性沥青性能试验43.3 研究结论54 湖沥青改性沥青混合料配合比优化设计64.1 GTM旋转成型设计方法概述64.2 中面层AC-20型沥青混合料配合比设计94.3 表面层AC-13型沥青混合料配合比设计134.4研究结论165 湖沥青改性沥青混合料性能试验研究175.1 高温抗车辙性能试验175.2 水稳定性试验195.3 低温抗裂性能试验215.4 研究结论226 结论及建议23 河南省内乡至邓州高速公路特立尼达湖沥青改性沥青及混合料性能研究报告1总体说明1.1 试验说明（1）本次试验由南阳宛达昕高速公路建设有限公司委托我院进行，主要对特立尼达湖沥青及混合料的性能进行试验研究。（2）本次试验严格按照交通运输部颁发的公路工程集料试验规程（JTG E42-2005）、公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTJ 052-2000）及公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004）相关规定对试验用原材料进行全项检测及评定。（3）本次试验结果仅对样品负责，普通沥青及特立尼达湖沥青由委托方提供，湖沥青改性沥青由我院在实验室内掺配制备；粗、细集料根据试验结果在保证沥青混合料合成级配的前提下，采用委托方和我院暂存材料共同掺配；矿粉由我院提供。沥青混合料配合比设计及性能验证均采用实验室内制备的湖沥青改性沥青小样进行试验。（4）湖沥青改性沥青混合料配合比采用GTM旋转成型法进行优化设计，混合料最大理论密度采用沥青浸渍法实测得到，混合料毛体积密度均采用表干法进行测定。湖沥青改性沥青混合料试件成型过程中，拌和温度为180，成型温度为165175。（5）湖沥青改性沥青混合料性能验证试验严格按照交通运输部颁发的公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004）相关规定进行检验和评定；相应的试验方法严格执行交通运输部颁发的公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTJ 052-2000）相关规定。1.2 试验用原材料说明本次试验用主要原材料由南阳宛达昕高速公路建设有限公司提供，普通沥青采用中海和中油70号A级道路石油沥青，特立尼达湖沥青采用北京豪银有限公司代理产品；粗、细集料采用内乡至邓州高速公路沿线代表性石灰岩石料，上述所有材料均由委托方送样。经初步检测，委托方所送10mm20mm和10mm15mm石灰岩粒径过细。在配合比优化设计过程中，为保证沥青混合料合成级配，确保湖沥青改性沥青混合料性能试验结果的代表性，上述两档材料采用山西保德正泰及山西定襄石料代替。矿粉采用我院暂存的山西忻州产石灰岩矿粉。试验用原材料基本情况详见表1-1。表1-1 试验用原材料基本情况表材料种类样品名称样品产地品种/型号粗集料10mm20mm山西保德正泰石灰岩10mm15mm山西定襄石灰岩 5mm10mm（粗）河南南阳石灰岩 5mm10mm（细）河南南阳石灰岩细集料0mm5mm石屑河南南阳石灰岩填料石灰岩矿粉山西忻州石灰岩矿粉沥青道路石油沥青中海70号A级道路石油沥青中油70号A级湖沥青特立尼达湖-2 原材料性能检验2.1 基质沥青性能试验对两种70号A级道路石油沥青按照公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004）表4.2.11要求进行了规定项目的试验检测。试验检测结果见表2-1，检测结果表明，对该样品所检测项目均符合70号A级道路石油沥青技术要求。表2-1 试验用70号A级道路石油沥青检测结果检 测 项 目单位70号A级沥青技术要求试验结果试验方法中油中海针入度（25，100g，5s）0.1mm60806564T 06042000软化点（环球法）不小于4547.247.1T 06062000延度（5cm/min，15）cm不小于100100100T 06051993含蜡量（蒸馏法）%不大于2.21.22.0T 06152000闪点不小于260288290T 06111993溶解度（三氯乙烯）%不小于99.599.5899.90T 06071993密度（15）g/cm3实测记录1.0241.016T 06031993TFOT后残留物（163，5h）质量变化%不大于0.8-0.2-0.1T 06091993针入度比%不小于616969T 06042000延度（10）cm不小于689T 060519932.2 湖沥青性能试验对特立尼达湖沥青按照公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004）附录4.6.4表4-4要求进行了规定项目的试验检测。试验检测结果见表2-2，检测结果表明，除灰分外，对该样品所检测项目均符合特立尼达湖沥青质量技术要求。表2-2 试验用特立尼达湖沥青检测结果检 测 项 目单位湖沥青技术要求试验结果试验方法针入度（25，100g，5s）0.1mm053T 0604软化点（环球法）不小于90100.0T 0606密度（25）g/cm3实测记录1.363T 0603灰分%333831.8T 0614TFOT后残留针入度比%不小于5067T 06042.3 粗、细集料性能试验粗集料为10mm20mm、10mm15mm、5mm10mm（粗）和5mm10mm（细）石灰岩，试验检测项目及结果见表2-3。试验检测结果表明，对各规格粗集料所检测项目均符合公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004）关于高速公路沥青混合料表面层及中面层用粗集料质量技术要求。表2-3 试验用粗集料检测结果检 测 项 目单位标准要求试验结果试验方法10mm20mm5mm10mm细10mm15mm5mm10mm细集料压碎值%不大于2617.6-15.4-T 0316洛杉矶磨耗损失%不大于2819.817.8T 0317表观相对密度-不小于2.602.7262.7792.8182.838T 0304毛体积相对密度-实测记录2.6952.7312.7842.783吸水率%不大于2.00.40.60.40.7对沥青的粘附性-不小于44-5-T 0616细集料为石屑，试验检测项目及结果见表2-4。试验检测结果表明，所用石屑砂当量指标不合格，除此之外，对该样品所检项目均符合公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004）关于高速公路沥青混合料用细集料质量技术要求。表2-4 试验用细集料检测结果检 测 项 目单位标准要求试验结果试验方法表观相对密度不小于2.502.742T 0328毛体积相对密度2.662T 0330砂当量%不小于6053T 0334棱角性（流动时间）s不小于3032T 03452.4 填料性能试验矿粉为石灰岩矿粉，试验检测项目及结果见表2-5。试验检测结果表明，对矿粉所检测项目均符合公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004）关于高速公路沥青混合料用矿粉质量技术要求。表2-5 试验用矿粉检测结果检 测 项 目单位标准要求试验结果试验方法表观密度t/m3不小于2.502.738T 0352粒度范围 0.6mm0.15mm0.075mm%1009010075100100.095.388.1T 0351外观无团粒结块无团粒结块-亲水系数10.9T 03533 湖沥青改性沥青掺配比例研究3.1 湖沥青改性沥青室内制备工艺由于特立尼达湖沥青的特殊性质，其改性沥青的生产宜由有经验的工程技术人员现场操作，具体制备工艺为：分别预热基质沥青和湖沥青到150160，将基质沥青和湖沥青按设计比例拌和，并升温至170后，充分搅拌3040分钟，使其混合均匀即可。特立尼达湖沥青密度较大且含有30%左右的灰分，与普通沥青在加热混熔搅拌时容易产生沉淀。为防止湖沥青改性沥青离析分层，在进行室内试验时，宜采取小样配伍、随用随制的原则，并在试验前充分搅拌使其混合均匀。因此，在实际应用过程中，湖沥青改性沥青的熔化罐、熔混罐、成品罐均应采用卧式搅拌，且搅拌轴必须是水平方向。3.2 不同掺配比例下湖沥青改性沥青性能试验为配伍出性能优越的湖沥青改性沥青，实验室内对委托方提供的两种70号A级道路石油沥青分别与湖沥青制备改性沥青，掺配比例分别选择内掺25%和内掺30%，制备工艺参照上节所述。实验室对上述四种湖沥青改性沥青按照公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004）附录4.6.4表4-5要求进行了规定项目的试验检测。试验检测结果见表3-1和表3-2。检测结果表明：（1）内掺湖沥青对两种普通沥青具有类似的改性效果。普通沥青在内掺湖沥青进行改性之后，其针入度下降、软化点上升、粘度升高，高温性能得到一定程度的改善。（2）随着湖沥青内掺比例的提高，普通沥青改性效果更加明显。在试验范围内，湖沥青掺量的增加能够进一步提高普通沥青的高温性能。（3）试验结果表明，两种TLA湖沥青改性沥青同掺量下的性能相近，结合我院长期工程质量控制经验，考虑到湖沥青改性沥青的粘度指标以及含蜡量指标对普通沥青性能的影响，建议采用内掺25%和30%湖沥青的中油-湖沥青改性沥青作为备选沥青，进行沥青混合料配合比设计及后续的性能验证试验。表3-1 25%内掺湖沥青改性沥青检测结果检 测 项 目单位试验结果试验方法中海-湖沥青中油-湖沥青针入度（25,100g,5s）0.1mm4342T 0604 粘度135Pas0.6120.725T 0625闪点300296T 0611灰分%7.617.82T 0614TFOT后残留针入度比%6363T 0604软化点（环球法）49.849.5T 0606表3-2 30%内掺湖沥青改性沥青检测结果检 测 项 目单位试验结果试验方法中海-湖沥青中油-湖沥青针入度（25,100g,5s）0.1mm3836T 0604粘度135Pas0.7350.842T 0625闪点312300T 0611灰分%8.899.02T 0614TFOT后残留针入度比%6061T 0604软化点（环球法）52.352.5T 06063.3 研究小结通过湖沥青改性沥青掺配试验，可以得出以下结论：（1）特立尼达湖沥青密度较大且含有30%左右的灰分，与普通沥青加热混熔搅拌时容易产生沉淀。为防止湖沥青改性沥青离析分层而影响试验结果及应用效果，室内试验宜采取小样配伍、随用随制，并在试验前充分搅拌使其混合均匀。而且，在实际应用过程中应加强对湖沥青改性沥青的搅拌，建议其熔化罐、熔混罐、成品罐均应采用卧式搅拌，且搅拌轴必须是水平方向。（2）湖沥青与普通沥青掺配改性时，必须严格控制生产温度，分别预热基质沥青和湖沥青到150160，按设计比例拌和后，并升温至170后，再充分搅拌3040分钟，使其混合均匀。（3）内掺湖沥青对普通沥青进行改性，能够明显提高普通沥青的高温稳定性，且掺量越大，提高效果越明显。而湖沥青改性沥青TFOT后残留针入度比均有所下降，说明内掺湖沥青对普通沥青的抗老化性能有一定程度的影响。（4）试验结果表明，两种TLA湖沥青改性沥青同掺量下的性能相近，结合我院长期工程质量控制经验，考虑到湖沥青改性沥青的粘度指标以及含蜡量指标对普通沥青性能的影响，建议采用内掺25%和30%湖沥青的中油-湖沥青改性沥青作为备选沥青，进行沥青混合料配合比设计及后续的性能验证试验。4 湖沥青改性沥青混合料配合比优化设计4.1 GTM旋转成型设计方法概述4.1.1 GTM旋转试验机工作原理GTM（Gyratory Testing Machine）旋转试验机是美国工程兵团(U.S. Army Corps of Engineers)在60年代以推理的方法发明的路面材料试验机，后来美国空军为解决重型轰炸机跑道容易破损的问题，又专门组织人员对GTM进行了研究开发。GTM试验机把混合料成型压实实验机、力学剪切实验机和车辆模拟机合并为一体，采用和应力有关的推理方法进行混合料的力学分析和设计，克服了马歇尔等经验方法的不足。GTM一个重要的特性是能够直接反映出颗粒状塑性材料中可能出现的塑性过大的现象。这时材料会呈现过饱和状态，或许是因为过度压实，也或许是因为孔隙中填充了过多的介质如土中的水或沥青混合料中的沥青。当沥青含量或含水量一定时，这种现象可以通过GTM滚轮压力的下降和旋转角度的增加显示出来，依据这一原理可以预测在设定的垂直应力下所设计的沥青混合料的最大允许沥青含量。同时GTM还可对路面的取样进行试验，以此来确定未来某时在已知轮胎与路面接触压力的交通量作用下，是否会造成由于混合料的不断密实而使塑性过大，是否会对路面造成破坏。GTM设备的主要组成部件与工作原理如图4-1所示。试模夹具顶部有一突出圆盘，在圆盘上、下面各有一滚轮，上下滚轮之间的连线与水平面有一定角度，称为机器角（机器角可通过调整滚轮相对高低而改变）。与试模同一轴线的上下有垂直压力加载系统，施加与实际路面结构受力相等的最大压力。当上下滚轮旋转时，试件便随着试模夹具在设定垂直压力下被不断揉搓、剪切、压实，直到平衡状态（指每旋转100次试件的密度变化率为0.016g/cm3）。在试件成型过程中，GTM自动采集试件的应力、应变数据，并显示抗剪强度变化曲线。试件的应变是通过机器角的大小来表征的。GTM成型试验的目的还在于模拟路面行车荷载作用下沥青混合料的最终压实状态即平衡状态，并测试分析试样在被压实到平衡状态过程中剪切强度SG和最终塑性形变的大小，以判断混合料组成是否合理。在混合料被压实到平衡状态过程中，若机器角上升，滚轮压力下降，说明混合料的抗剪强度在降低，变形在增加，呈现出了塑性状态，即表明沥青混合料的沥青用量已经过大。压实试件的最终塑性形变大小是用旋转稳定系数GSI（Gyratory Stability Index）来表示的。GSI是试验结束时的机器角与压实过程中的最小机器角的比值，是表征试件受剪应力作用的变形稳定程度的参数。初期的GTM设计方法以GSI接近于1.0时所对应的沥青用量为混合料的最大沥青用量。 L N b W N SG*AFW h F l 滚轮 夹具 q L N 旋转角传感器 q机器角 N图4-1 GTM的部件与原理图试验中需变化沥青用量分别进行GTM压实试验，然后绘制GSI与沥青用量的关系曲线，以确定混合料的最大沥青用量。另外，GTM还可提供试件处于极限平衡状态下的最大密度，安全系数GSF抗剪强度与最大剪应力之比值，静态剪切模量，抗压模量等。GTM的旋转剪切应力SG的公式推导如下：对O点的力矩方程为（忽略试样筒壁的摩擦力以及旋转偏心力矩N*b）： 所以式中：W作用在滚轮上的荷载，L滚轮杠杆臂长，A试件横截面面积，H试件高度。对于GTM的滚轮压应力p，则有W=p*a ，其中a为滚轮活塞的有效面积，当滚轮压应力p不断下降，降至路面结构即将发生剪切破坏时，此时的滚轮压应力p称为临界滚轮压应力。而路面结构即将发生剪切破坏时SG=水平最大剪切应力tmax，根据均质弹性且各向同性理论，物体在圆形荷载作用下水平最大剪切应力tmax =P/p，因此可得到临界滚轮压应力p的表达式为： 式中：P试件垂直压力，a滚轮活塞的有效面积。 4.1.2 GTM旋转成型设计方法特点（1）GTM试验应用推理的方法，采用应力应变原理进行设计，以试验结束时的机器角与压实过程中的最小机器角的比值GSI作为确定最佳沥青用量的参数，使得最佳油石比的确定与混合料力学性能联系起来，相对于马歇尔方法，设计思想更为先进。（2）GTM采用旋转成型方式，精确模拟现场碾压工况，能够得到与现场混合料结构基本相同的室内试件，从而准确预测与控制现场工程质量。（3）利用GTM设计沥青混凝土时，充分考虑行车荷载的实际状况，设计沥青混凝土时选择不同的设计压强，从而使设计方法更为合理。（4）与Superpave成型方式不同，GTM不固定压实功，而是以极限平衡状态作为旋转结束条件，以避免路面出现因交通荷载作用产生的二次追密。4.2 中面层AC-20型沥青混合料配合比设计4.2.1 AC-20型矿料级配组成设计依据公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004）关于AC-20型沥青混合料矿料级配范围要求及我院对于AC-20型沥青混合料合成级配的优化设计研究成果（规范级配范围及我院优化级配范围见表4-1），确定矿料级配组成见表4-2，矿料级配曲线见图4-2。配合比设计结果为： 10mm20mm：5mm10mm细：机制砂：矿粉=46.0：29.0：22.0：3.0。表4-1 AC-20型沥青混合料规范级配范围及我院优化设计级配范围筛孔(mm)通过下列筛孔（mm）的质量百分率（%）26.519.016.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075规范级配范围1009010078926280507226561644123382451741337我院级配范围1009510080926579536335452232152210157115947图4-2 AC-20型矿料级配曲线图表4-2 AC-20型矿料筛分及级配组成计算结果筛孔尺寸（mm）矿料规格（mm）种类矿料规格（mm）种类合成级配(%)建议级配控制范围(%)1020510细机制砂矿粉1020510细机制砂矿粉矿料配合比例（%）46.029.022.03.0各规格种类矿料通过百分率(配合前)(%)各规格种类矿料通过百分率(配合后)(%)26.5100.0100.0 100.0100.046.029.022.03.0100.010019.091.2100.0 100.0100.041.929.022.03.095.99510016.068.5100.0 100.0100.031.529.022.03.085.5809213.238.6100.0 100.0100.017.729.022.03.071.765799.59.699.8 100.0100.04.429.022.03.058.453634.750.254.5 99.7100.00.115.821.93.040.835452.360.19.1 90.2100.00.02.619.83.025.522321.180.15.7 63.4100.00.01.713.93.018.715220.60.14.5 44.1100.00.01.39.73.014.110150.30.13.7 25.698.50.01.15.63.09.77110.150.12.8 13.395.30.00.82.92.96.7590.0750.11.8 7.988.10.00.51.72.65.0474.2.2 不同掺量下AC-20型湖沥青改性沥青混合料最佳油石比的确定本节主要通过GTM旋转成型设计方法来确定基质沥青及不同掺量下AC-20型湖沥青改性沥青混合料的最佳油石比，用以系统研究湖沥青掺量对混合料路用性能的影响。本节试验所采用的沥青分别为中油70号A级道路石油沥青及内掺25%、30%湖沥青的中油-湖沥青改性沥青；GTM旋转成型设计方法成型参数为：垂直压力0.8MPa；拌和温度160；成型温度140145；控制方式为极限平衡状态。 本节仅以AC-20型基质沥青混合料最佳油石比的确定为例，湖沥青改性沥青混合料最佳油石比的确定与此相同，不再重复叙述试验过程。4.2.2.1 AC-20型基质沥青混合料最佳油石比分别选择油石比3.9%、4.2%、4.5%、4.8%，按上述条件成型GTM试件，按T 0705-2000（表干法）测定试件毛体积相对密度，根据沥青浸渍法实测合成级配矿料混合料的有效相对密度见表4-3，并以此计算沥青混合料最大理论相对密度。GTM试件体积参数及马歇尔试验结果见表4-4，GTM试验结果及其与油石比的关系曲线见表4-5及图4-3。其中沥青混合料试件的矿料间隙率VMA依据公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004），采用矿料混合料的合成毛体积相对密度进行计算。表4-3 AC-20型合成级配矿料混合料的有效相对密度 项 目盆 勺重（g）盆 勺水中重（g）盆 勺料 重（g）盆 勺油料重（g）盆 勺 油料水中重（g）有 效相 对密 度平 均有效相对密度合成集料99.3 75.7 599.5 860.2 397.9 2.72072.722 102.5 77.4 602.7 909.5 400.8 2.7231沥青85.6 60.8 -420.9 68.4 1.02321.023 121.694.9-436.4101.91.0227表4-4 AC-20型基质沥青混合料GTM试件体积参数及稳定度试验结果序 号油石比（%）最大理论相对密度表干法毛体积相对密 度VV（%）VMA（%）VFA（%）稳定度（kN）流 值（mm）13.92.5622.4653.8 12.1 68.7 14.3 3.2 24.22.5512.4872.5 11.6 78.2 15.2 3.4 34.52.5402.5001.6 11.4 86.0 15.9 3.5 44.82.529 2.503 1.1 11.5 90.8 16.4 3.6 表4-5 AC-20型基质沥青混合料GTM试验结果序 号油石比 (%)表干法毛体积相对密度GSIGSF13.92.4651.01 1.24 24.22.4871.02 1.28 34.52.5001.08 1.25 44.82.503 1.18 1.22 图4-3 AC-20型沥青混合料GTM试验参数随油石比的变化曲线由表4-5及图4-3可见，判定沥青混合料这种粒状塑性材料是否会出现塑性变形过大现象的指标GSI（稳定系数）随油石比的增加而增大，当油石比大于4.2%，GSI大幅度增大，曲线已呈急剧增加趋势，表明混合料中的沥青已过量，试件的塑性变形过大；从反映沥青混合料抗剪强度方面的参数GSF（安全系数）随油石比的变化情况来看，油石比等于4.2%时，GSF值最大，当油石比大于4.2%，随油石比的增加，GSF值减小。综合考虑GTM试验结果并参考体积参数的大小及变化趋势，将AC-20型基质沥青混合料最佳油石比确定为4.2%。考虑到工程所处的地区气候特点、公路渠化交通的特点以及便于施工控制，建议此沥青混合料的油石比控制范围为4.0%4.4%。4.2.2.2 内掺25%湖沥青的AC-20型中海-湖沥青改性沥青混合料最佳油石比最佳油石比的确定方法及试验过程与基质沥青混合料油石比确定过程相同（见4.2.1.1），具体试验结果见表4-6。经GTM旋转成型试验，确定内掺25%湖沥青的AC-20型中油-湖沥青改性沥青混合料的最佳油石比为4.7%，建议控制范围为4.5%4.9%。表4-6 AC-20型沥青混合料GTM试验结果（内掺25%湖沥青的中油-湖沥青改性沥青）油石比（%）最大理论相对密度表干法毛体积相对密 度VV（%）VMA（%）VFA（%）稳定度（kN）流 值（mm）4.72.5502.4942.211.881.3 17.1 3.3沥青有效相对密度1.053合成集料有效相对密度2.732GSI1.03GSF1.264.2.2.3 内掺30%湖沥青的AC-20型中油-湖沥青改性沥青混合料最佳油石比最佳油石比的确定方法及试验过程与基质沥青混合料油石比确定过程相同（见4.2.1.1），具体试验结果见表4-7。经GTM旋转成型试验，确定内掺30%湖沥青的AC-20型中油-湖沥青改性沥青混合料的最佳油石比为4.7%，建议控制范围为4.5%4.9%。表4-7 AC-20型沥青混合料GTM试验结果（内掺25%湖沥青的中油-湖沥青改性沥青）油石比（%）最大理论相对密度表干法毛体积相对密 度VV（%）VMA（%）VFA（%）稳定度（kN）流 值（mm）4.72.5512.4932.3 11.8 80.7 17.6 3.3沥青有效相对密度1.057合成集料有效相对密度2.732GSI1.01GSF1.0304.2.3 不同掺量下AC-20型湖沥青改性沥青混合料马歇尔试验参数验证根据上节试验所确定的最佳油石比，分别对AC-20型普通沥青混合料及中油-湖沥青改性沥青混合料成型马歇尔试件（双面各成型75次，成型温度为165175），并各自进行马歇尔稳定度、流值试验，计算马歇尔试件体积参数，从而对最佳油石比进行初步验证。不同掺量下AC-20型中油-湖沥青改性沥青混合料马歇尔试验结果及体积参数见表4-8，试验结果表明，上述各种AC-20型沥青混合料在GTM旋转成型方法所确定的最佳油石比下，马歇尔体积参数及试验结果均满足公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004）表5.3.3-1相关要求。表4-8 不同掺量下AC-20型沥青混合料马歇尔试验结果沥青种类最佳油石比（%）最大理论相对密度表干法毛体积相对密度VV（%）VMA（%）VFA（%）稳定度（kN）流 值（mm）基质沥青4.22.5512.4304.7 13.6 65.1 11.23.7内掺25%湖沥青4.72.5502.4454.1 13.5 69.5 13.03.5内掺30%湖沥青4.72.5512.4474.1 13.4 69.8 13.6 3.5 4.3 表面层AC-13型沥青混合料配合比设计 4.3.1 AC-13型矿料级配组成设计依据公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004）关于AC-13型沥青混合料矿料级配范围要求及我院对于AC-13型沥青混合料合成级配的优化设计研究成果（规范级配范围及我院优化级配范围见表4-9），确定矿料级配组成见表4-10，矿料级配曲线见图4-4。配合比设计结果为： 10mm15mm：5mm10mm粗：机制砂：矿粉=32.0：31.0：35.0：2.0。表4-9 AC-13型沥青混合料规范级配范围及天津市市政工程研究院优化设计级配范围筛孔(mm)通过下列筛孔（mm）的质量百分率（%）16.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075规范级配范围100901006885386824501538102872051548我院级配范围100951007082425427381827121981451048图4-4 AC-13型矿料级配曲线图表4-10 AC-13 矿料筛分及级配组成计算结果筛孔尺寸矿料规格（mm）种类矿料规格（mm）种类合成级配建议级配控制范围1015510粗机制砂矿粉矿料配合比例(%)1015510粗机制砂矿粉32.031.035.02.0（mm）各规格种类矿料通过百分率(配合前)(%)各规格种类矿料通过百分率(配合后)(%)(%)(%)16.0100.0100.0100.0100.032.031.035.02.0100.010013.290.5100.0100.0100.029.031.035.02.097.0951009.529.499.2100.0100.09.430.835.02.077.270824.750.622.899.7100.00.27.134.92.044.242542.360.40.490.2100.00.10.131.62.033.827381.180.30.363.4100.00.10.122.22.024.418270.60.30.344.1100.00.10.115.42.017.612190.30.30.325.699.50.10.18.92.011.18140.150.30.313.391.20.10.14.71.86.75100.0750.30.37.981.20.10.12.81.64.6484.3.2 不同掺量下AC-13型湖沥青改性沥青混合料最佳油石比的确定本节主要通过GTM旋转成型设计方法来确定基质沥青及不同掺量下AC-13型湖沥青改性沥青混合料的最佳油石比，用以系统研究湖沥青掺量对混合料路用性能的影响。本节试验所采用的沥青分别为中油70号A级道路石油沥青及内掺25%、30%湖沥青的中油-湖沥青改性沥青；GTM旋转成型设计方法成型参数为：垂直压力0.8MPa；拌和温度160；成型温度140145；控制方式为极限平衡状态。湖沥青改性沥青混合料最佳油石比的确定方法及试验过程与基质沥青混合料油石比确定过程相同（见4.2.1.1），不再重复叙述试验过程。4.3.2.1 AC-13型基质沥青混合料最佳油石比经GTM旋转成型试验，确定AC-13型普通沥青混合料的最佳油石比为4.7%，建议控制范围为4.5%4.9%，具体试验结果见表4-11。表4-11 普通沥青混合料GTM试件体积参数及稳定度试验结果油石比（%）最大理论相对密度表干法毛体积相对密 度VV（%）VMA（%）VFA（%）稳定度（kN）流 值（mm）4.72.5722.5112.412.481.1 15.8 3.4沥青有效相对密度1.023合成集料有效相对密度2.769GSI1.01GSF1.284.3.2.2 内掺25%湖沥青的AC-13型中油-湖沥青改性沥青混合料最佳油石比经GTM旋转成型试验，确定内掺25%湖沥青的AC-13型中油-湖沥青AC-13型改性沥青混合料的最佳油石比为5.1%，建议控制范围为4.9%5.3%，具体试验结果见表4-12。表4-12 AC-13型改性沥青混合料GTM试件体积参数及稳定度试验结果油石比（%）最大理论相对密度表干法毛体积相对密 度VV（%）VMA（%）VFA（%）稳定度（kN）流 值（mm）5.12.5722.5192.112.583.4 16.3 3.3沥青有效相对密度1.053合成集料有效相对密度2.776GSI1.02GSF1.294.3.2.2 内掺30%湖沥青的AC-13型中油-湖沥青改性沥青混合料最佳油石比经GTM旋转成型试验，确定内掺30%湖沥青的AC-13型中油-湖沥青AC-13型改性沥青混合料的最佳油石比为5.2%，建议控制范围为5.0%5.4%，具体试验结果见表4-13。表4-13 AC-13型改性沥青混合料GTM试件体积参数及稳定度试验结果油石比（%）最大理论相对密度表干法毛体积相对密 度VV（%）VMA（%）VFA（%）稳定度（kN）流 值（mm）5.22.5712.5172.1 12.6 83.415.6 3.4沥青有效相对密度1.057合成集料有效相对密度2.778GSI1.01GSF1.0274.3.3 不同掺量下AC-13型湖沥青改性沥青混合料马歇尔试验参数验证根据上节试验所确定的最佳油石比，分别对AC-13型普通沥青混合料及中油-湖沥青改性沥青混合料成型马歇尔试件（双面各成型75次，成型温度为165175），并各自进行马歇尔稳定度、流值试验，计算马歇尔试件体积参数，从而对最佳油石比进行初步验证。不同掺量下AC-13型中油-湖沥青改性沥青混合料马歇尔试验结果及体积参数见表4-14，试验结果表明，上述各种AC-13型沥青混合料在GTM旋转成型方法所确定的最佳油石比下，马歇尔体积参数及试验结果均满足公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004）表5.3.3-1相关要求。表4-13 不同掺量下AC-13型沥青混合料马歇尔试验结果沥青种类最佳油石比（%）最大理论相对密度表干法毛体积相对密度VV（%）VMA（%）VFA（%）稳定度（kN）流 值（mm）基质沥青4.72.5722.4634.2 14.1 70.0 11.63.6内掺25%湖沥青5.12.5722.4704.0 14.2 72.113.33.5内掺30%湖沥青5.22.5712.4674.0 14.4 72.0 12.53.7 4.4 研究结论通过对湖沥青改性沥青混合料进行配合比设计，可以得出以下结论：（1）湖沥青改性沥青混合料的配合比设计方法与普通沥青混合料基本一致，可以采用GTM旋转成型方法对其进行优化设计。（2）在配合比设计过程中，应严格控制施工各阶段温度，湖沥青改性沥青加热温度及其混合料的拌和、成型温度远高于普通沥青混合料的施工温度，与SBS改性沥青混合料施工温度基本一致。（3）湖沥青改性沥青混合料在GTM方法所确定的最佳油石比下，其各项马歇尔试验技术指标能够满足公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004）相关要求。（4）由于湖沥青中含有30%左右的灰分，因此，湖沥青改性沥青混合料的最佳沥青用量会比普通沥青混合料稍高。5 湖沥青改性沥青混合料性能试验研究本章在上章配合比优化设计（普通沥青采用中油70号A级石油沥青，改性沥青采用中油-湖沥青改性沥青）的基础上，主要对AC-20型普通沥青混合料及内掺25%、30%的中油-湖沥青改性沥青混合料，以及AC-13型普通沥青混合料及内掺25%、30%的中油-湖沥青改性沥青混合料的高温抗车辙性能、水稳定性能、低温抗裂性能及抗渗性能进行检测，并与同级配类型下的SBS改性沥青混合料的路用性能经验值进行对比，以全面评价湖沥青改性沥青混合料的路用性能。5.1 高温抗车辙性能试验 5.1.1 试验原理及方法沥青混合料高温稳定性，主要是指沥青混合料在夏季高温（通常为路表温度60）条件下，经车辆荷载长期重复作用后，不产生车辙、推移、波浪、拥包、泛油等病害的性能。现在可用于沥青混合料高温稳定性能试验的方法很多，具体有：圆柱单轴静载、动载、重复试验，三轴静载、动载、重复试验，径向静载、动复试验，简单剪切的静载、重复加载和动力试验，此外还有中空圆柱试件剪切试验，棱柱形梁试件的弯曲蠕变试验，小型模拟试验设备的车辙试环道、直道试验设备的足尺路面高温性能试验和现场试验路面的加速车等。目前，许多国家己把车辙试验作为沥青混合料组成设计的一项评价指，SHRP计划也将它作为AAMAS沥青混合料分析系统的一项不可缺少的指标。我国目前采用马歇尔稳定度试验和车辙试验来评价沥青混合料的高温抗车辙性。大量的试验已经证明，马歇尔稳定度试验主要用于确定沥青混合料配合比设计的最佳沥青用量和施工质量管理，并不能正确地反映材料的抗车辙能力，而车辙试验结果与实际路面车辙有较好的相关性。因此，本研究采用车辙试验来评价混合料的高温抗车辙性能，本试验所采用的车辙试验仪温度控制和其他约束条件均满足公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTJ 052-2000）相关规定，具体试验要求及步骤如下所述。（1）试件尺寸：30030050mm；（2）试验荷重：施加的总荷重为700N左右，使试验轮与试件的接触60时为0.70.05MPa；（3）试验温度及试件养生时间：试验温度采用60，试件放入恒温环境养养524h；（4）行走距离及速度：试验轮行走距离为23010mm，行走42次min，其行走方向与试件碾压方向一致；（5）动稳定度计算方法如公式5-1： （公式5-1） 式中：DS沥青混合料的动稳定度，次mm；d1对应于时间t1的变形量，mm；d2