下面层AC-25型沥青混合料目标配比设计报告(10[1].17修改).doc

附件国道主干线广州绕城公路东段(珠江黄埔大桥)高速公路下面层AC-25型沥青混合料目标配合比设计报告广州珠江黄埔大桥路面工程技术咨询项目部二七年十月十七日国道主干线广州绕城公路东段(珠江黄埔大桥)高速公路下面层AC-25型沥青混合料目标配合比设计报告 试验人员：黄 涛 王 钊 刘 煜 曾俊标 关志深 报告编写：黄 涛 王 钊 袁万杰 报告审核：孙长新广州珠江黄埔大桥路面工程技术咨询项目部二七年十月十七日目 录说 明1AC-25型沥青混凝土目标配合比设计3（一）原材料试验31. 沥青试验32. 沥青与集料的粘附性试验53. 集料试验54. 矿粉及水泥试验7（二）AC-25型沥青混凝土目标配合比设计81. 掺2SBS改性剂的改性沥青目标配合比试验（方案）82. 掺3SBS改性剂的改性沥青目标配合比试验（方案）133. 掺3SBS改性剂的改性沥青目标配合比试验（方案）16（三）AC-25型沥青混凝土目标配合比设计试验结果汇总表21（四）AC-25型沥青混凝土目标配合比推荐方案22说 明（一）设计依据1. 公路沥青路面设计规范(JTG D50-2006)2. 公路沥青路面施工技术规范(JTG F40-2004)3. 公路工程沥青与沥青混合料试验规程(JTJ052-2000)4. 公路工程集料试验规程(JTG E42-2005)5. 广东省交通厅粤交基函2003299号关于加强我省高速公路一级公路沥青路面质量管理的通知(2003.3)6. 广东省交通工程质量监督站粤交监督2002106号关于要求进一步加强沥青混凝土路面原材料及配合比质量管理的通知(2002.5)7. 国道主干线广州绕城公路东段(珠江黄埔大桥)两阶段施工图设计及修编（二）设计内容1. 按公路工程集料试验规程(JTG E42-2005)和公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTJ052-2000)对原材料的各项物理力学指标进行试验并判断材料的性能；2. 按集料的筛分结果，并按公路沥青路面施工技术规范(JTG F40-2004)中对AC-25型沥青混凝土矿料级配范围的要求，对其进行矿料组成设计，提出三个设计方案；3. 按公路沥青路面施工技术规范(JTG F40-2004)和公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTJ052-2000)的规定，分别对AC-25型沥青混凝土三个设计方案进行马歇尔试验，并确定出最佳用油量；4. 依据确定的最佳沥青用量，分别对AC-25型沥青混凝土三个设计方案进行车辙试验；5. 依据确定的最佳沥青用量，分别对AC-25型沥青混凝土三个设计方案进行水稳定性试验；6. 依据确定的最佳沥青用量，分别对AC-25型沥青混凝土三个设计方案进行渗水试验。（三）试验过程受基质沥青质量的影响，建设单位提出采用掺加低剂量SBS的改性沥青，针对该情况，我部在前期已完成的下面层原基质沥青混合料目标配合比设计的基础上，对其进行了优化及配合比试验，通过检验沥青混合料的高温稳定性、水稳定性和渗水系数，最终提出本项目下面层目标配合比设计的优选方案。（四）原材料选用本项目下面层AC-25型沥青混合料目标配合比设计试验所采用的集料为佛山三水田野石料场生产的石灰岩，集料粒径规格分别为S8(1025mm)、S9(1020mm)、S11(515mm)和S15(05mm)；矿粉由石灰岩磨细制成；水泥采用“粤花”牌32.5水泥；第一阶段沥青为壳牌新粤(佛山)沥青有限公司生产的CBC重交通道路石油沥青AH-70，第二阶段沥青为壳牌新粤（佛山）沥青有限公司生产的低剂量SBS改性沥青。2AC-25型沥青混凝土目标配合比设计（一）原材料试验1. 沥青试验沥青试验严格按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTJ 052-2000）的要求和方法进行，基质沥青性能指标试验结果见表1所列。 壳牌新粤(佛山)重交通道路石油沥青AH-70试验结果 表1项 目试验结果设计要求试验依据针入度(10，100g， 5s，0.1mm)16-T0604-2000针入度(15，100g， 5s，0.1mm)22-针入度(20，100g， 5s，0.1mm)36-针入度(25，100g， 5s，0.1mm)666080针入度(30，100g， 5s，0.1mm)112-针入度指数P.I-0.5-1.01.0延度(5cm/min，10，cm)脆断15T0605-1993延度(5cm/min，15，cm)100100软化点()46.5/47.34754T0606-2000动力粘度(60，Pa.s)-180240T0620-2000运动粘度(135，Pa.s)0.449实测T0619-1993运动粘度(165，Pa.s)0.111实测闪点()260260T0611-1993含蜡量(蒸馏法)()1.72.2T0615-2000溶解度()99.899.5T0607-1993密度(15)1.037实测T0603-1993旋转薄膜加热试验(163，5h)T0610-1993质量损失()0.170.8残留针入度比()6161T0604-2000残留延度(5cm/min，10，cm)106T0605-1993残留延度(5cm/min，15，cm)66.350注：试验结果显示，软化点和残留针入度接近低值，将影响沥青的抗高温变形能力和抗老化性能。根据表1中所测定不同温度的运动粘度，绘制粘温曲线，以确定适宜的沥青混合料拌和及压实温度，如图1所示，拌和温度宜为153158，压实温度宜为143147。图1 粘温曲线改用掺加2和3SBS改性剂的低剂量改性沥青后，严格按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTJ 052-2000）的要求和方法对低剂量改性沥青进行了相关试验，改性沥青性能指标试验结果见表2所列。鉴于低剂量SBS改性沥青已具有改性沥青的特点，对其指标要求应高于基质沥青，但个别指标略低于SBS(-D)改性沥青的要求，结合3SBS低剂量改性沥青的指标检测结果，提出了表2中的指标检测内容和要求范围，作为本项目下面层施工过程中进场沥青的质量评价标准。 壳牌新粤(佛山)试验结果 表2项 目试验结果施工要求试验依据掺2SBS改性剂掺3SBS改性剂针入度(15，100g， 5s，0.1mm)21.018.7-T0604-2000针入度(25，100g， 5s，0.1mm)63.458.765针入度(30，100g， 5s，0.1mm)101.9101.7-针入度指数P.I-0.9-1.3-0.4延度(5cm/min， 5，cm)41.347.325软化点()51.358.155T0606-2000运动粘度(135，Pa.s)0.9332.0443T0619-1993运动粘度(175，Pa.s)0.1860.276实测闪点()-260T0611-1993溶解度()-99.5T0607-1993弹性恢复(25，)758475T0662-2000密度(15)-1.033实测T0603-1993旋转薄膜加热试验(163，5h)T0610-1993质量损失()-0.8残留针入度比()-7565T0604-2000残留延度(5cm/min，5，cm)-2210T0605-19932. 沥青与集料的粘附性试验本试验采用T0616-1993中的水煮法，沥青与粗集料粘附性试验结果见表3、表4所列。 基质沥青与集料粘附性试验结果 表3基质沥青与集料粘附性试验后石料表面上沥青膜剥落情况粘附性等级沥青膜有少部分为水所移动，剥离面积百分率少于104备注所用石料为石灰岩 低剂量SBS改性沥青与集料粘附性试验结果 表4低剂量改性沥青与集料粘附性试验后石料表面上沥青膜剥落情况粘附性等级掺2SBS改性剂掺3SBS改性剂沥青膜有少部分为水所移动，剥离面积百分率少于1044备注所用石料为石灰岩3. 集料试验集料试验严格按照公路工程集料试验规程(JTG E42-2005)的要求和方法进行，粗、细集料试验结果分别见表5、表6所列。 粗集料试验结果 表5试验项目单位试验结果规范标准试验依据洛杉矶磨耗损失-30T03172005压碎值19.825T03162005粘附性级44T06161993表观相对密度1025mm碎石-2.7492.50T030420051020mm碎石2.747515mm碎石2.749吸水率1025mm碎石0.212.0T030720051020mm碎石0.32515mm碎石0.36坚固性-12T03142000冲击值-28T03222000软石含量-5T03202000针片状颗粒含量(混合料)其中粒径大于9.5mm其中粒径小于9.5mm10.19.310.9181520T03122005水洗法0.075mm颗粒含量1025mm碎石0.51T031020051020mm碎石0.6515mm碎石0.7各种集料的毛体积相对密度1025mm碎石-2.733-T030420051020mm碎石2.723515mm碎石2.722各种集料的松装密度1025mm碎石t/cm31.437-T030920051020mm碎石1.478515mm碎石1.491各种集料的干捣密度1025mm碎石t/cm31.590-1020mm碎石1.604515mm碎石1.628 细集料试验结果 表6试验项目单位试验结果规范标准试验依据表观相对密度-2.7602.50T03282005毛体积相对密度-T03042005紧装密度g/cm31.696-T03311994砂当量6160T03342005坚固性-12T03402005亚甲蓝值g/cm3-25T03492005棱角性(流动时间)s-30T03452005注：1)石屑的砂当量值偏低，应加强碎石生产过程中的除尘效果，减少已开采碎石被山体泥土污染，此外，对矿料的一些指标要求缺乏相应的检测，不利于对面层矿料的质量控制，应按要求频率进行检测。4. 矿粉及水泥试验矿粉及水泥试验结果见表7所列。矿粉及水泥技术指标 表7试验项目单位试验结果规范标准试验依据表观相对密度矿粉t/m32.7732.50T0352-2000水泥3.050矿粉亲水系数-0.871T0353-2000含水量0.091T0332-2005塑性指数-24T0354-2000粒度范围0.6mm0.15mm0.075mm100(100)93.5(100)79.5(99.5)1009010075100T0351-2000 注：括号内数值为水泥粒度范围。 22（二）AC-25型沥青混凝土目标配合比设计在目标配合比设计推荐的优选级配方案及最佳油石比3.8的基础上，方案采用掺加2和3SBS改性剂的低剂量改性沥青，对3.5、3.8、4.1三个油量进行马歇尔试验，方案采用掺加3SBS改性剂的低剂量改性沥青，对3.5、3.8、4.1三个油量进行马歇尔试验。1. 掺2SBS改性剂的改性沥青目标配合比试验（方案）1)原材料筛分及合成级配AC-25型沥青混凝土合成矿料级配组成(方案) 表8筛孔尺寸(mm)原材料级配通过百分率()合成级配()规范推荐范围()1025mm碎石1020mm碎石515mm碎石05mm石屑矿粉水泥37.5100.0100.0100.0100.0100.0100.0100.010031.599.2100.0100.0100.0100.0100.099.910026.588.4100.0100.0100.0100.0100.098.19010019.02.994.9100.0100.0100.0100.083.3759016.00.770.8100.0100.0100.0100.077.7658313.20.623.699.7100.0100.0100.067.257769.50.61.079.0100.0100.0100.055.945654.750.60.74.799.7100.0100.032.924522.360.50.70.873.1100.0100.023.916421.180.50.70.747.1100.0100.016.212330.60.50.70.733.3100.0100.012.28240.30.50.70.724.499.2100.09.65170.150.50.60.719.393.5100.08.04130.0750.50.60.710.079.599.55.137掺配比例()16.022.030.729.31.01.0/2)方案矿料合成级配曲线如图2所示。 图2 AC-25型(方案)矿料合成级配曲线图 3）马歇尔试验结果及最佳沥青用量确定马歇尔试验结果见表9。 AC-25型沥青混合料马歇尔试验结果 表9试件组号油石比()试件相对密度空隙率()矿料间隙率()沥青饱和度()稳定度(KN)流值(0.1mm)实际理论13.52.4802.6054.812.561.710.5335.623.82.4962.5933.812.269.410.2936.134.12.4992.5823.212.374.110.4033.6技术要求-368+设计空隙率55708.01540注：1)沥青加热温度控制在160，上下浮动5；矿料加热温度为170180；混合料拌和温度为160，上下浮动5；击实温度为148；混合料废弃温度195；2)沥青混合料理论最大相对密度采用计算法得出。最佳沥青用量确定由表9得出的油石比与各项测定指标的关系曲线如图3所示。图3 AC-25目标配合比确定沥青用量图 根据曲线图，由于稳定度没有出现峰值，所以采用目标空隙率4.0对应的油石比作为OAC1，可以得到：OAC1=3.73 ，OAC23.67各项指标均符合沥青混合料技术要求的沥青油石比范围为3.53.84，最佳油石比的初始值OAC1在此范围内。根据OAC1和OAC2，结合省内类似工程的沥青用量和使用效果、本项目公路等级和交通情况以及所在结构层位受力要求，综合确定AC-25目标配合比的最佳油石比为：OAC=3.7。且OAC位于VMA凹形曲线最小值的贫油一侧，当OAC=3.7时，空隙率为4.1，VMA值为12.2，满足设计要求。4)最佳油石比马歇尔试验 AC-25最佳油石比马歇尔试验结果 表10试件组号油石比()试件相对密度空隙率()矿料间隙率()沥青饱和度()稳定度(KN)流值(0.1mm)实际理论13.72.4972.5973.912.168.210.0731.9技术要求-368+设计空隙率55708.01540注：1)沥青加热温度控制在160，上下浮动5；矿料加热温度为170180；混合料拌和温度为160，上下浮动5；击实温度为148；混合料废弃温度195；2)沥青混合料理论最大相对密度是采用计算法得出。5)浸水马歇尔试验 AC-25残留稳定度试验结果 表11油石比()浸水时间稳定度(KN)残留稳定度()试验结果平均值3.730min9.5410.0796.19.7511.309.6948h9.83 9.678.96 9.38 10.52 6)冻融劈裂试验AC-25冻融劈裂试验结果 表12油石比()试验条件稳定度(KN)劈裂抗拉强度(MPa)冻融劈裂强度比()3.7未经受冻融循环8.770.84198.08.478.098.79经受冻融循环6.480.8247.869.639.047)车辙试验 AC-25车辙试验结果 表13 车辙板尺寸：30030050mm 拌和温度：160 碾压温度：140行走距离：231cm 轮压：0.7MPa试验编号试验温度()动稳定度(次/mm)平均值(次/mm)6056255673572756678)渗水试验 AC-25渗水试验结果 表14试验编号初始读数时间(s)初始读数(ml)终读数时间(s)终读数(ml)渗水系数(ml/min)0100180340800100180330870100180360772. 掺3SBS改性剂的改性沥青目标配合比试验（方案）1）马歇尔试验结果及最佳沥青用量确定马歇尔试验结果见表15。 AC-25型沥青混合料马歇尔试验结果 表15试件组号油石比()试件相对密度空隙率()矿料间隙率()沥青饱和度()稳定度(KN)流值(0.1mm)实际理论13.52.4812.6054.712.4561.910.5431.423.82.4922.5933.912.3468.310.2027.934.12.5012.5823.112.2674.59.8730.9技术要求-368+设计空隙率55708.01540注：1)沥青加热温度控制在160，上下浮动5；矿料加热温度为170180；混合料拌和温度为160，上下浮动5；击实温度为148；混合料废弃温度195；2)沥青混合料理论最大相对密度采用计算法得出。最佳沥青用量确定由表15得出的油石比与各项测定指标的关系曲线如图4所示。根据曲线图，由于稳定度没有出现峰值，所以采用目标空隙率4.0对应的油石比作为OAC1，可以得到：OAC1=3.78 ，OAC23.70各项指标均符合沥青混合料技术要求的沥青油石比范围为3.53.89，最佳油石比的初始值OAC1在此范围内。根据OAC1和OAC2，结合省内类似工程的沥青用量和使用效果、本项目公路等级和交通情况以及所在结构层位受力要求，综合确定AC-25目标配合比的最佳油石比为：OAC=3.8。当OAC=3.8时，空隙率为3.9，VMA值为12.3，满足设计要求。 图4 AC-25目标配合比确定沥青用量图 2)最佳油石比马歇尔试验 AC-25最佳油石比马歇尔试验结果 表16试件组号油石比()试件相对密度空隙率()矿料间隙率()沥青饱和度()稳定度(KN)流值(0.1mm)实际理论13.82.4932.5933.912.368.610.4728.4技术要求-368+设计空隙率55708.01540注：1)沥青加热温度控制在160，上下浮动5；矿料加热温度为170180；混合料拌和温度为160，上下浮动5；击实温度为148；混合料废弃温度195；2)沥青混合料理论最大相对密度是采用计算法得出。3)浸水马歇尔试验 AC-25残留稳定度试验结果 表17油石比()浸水时间稳定度(KN)残留稳定度()试验结果平均值3.830min10.23 10.2097.19.39 10.48 10.71 48h10.019.9110.32 10.099.39 4)冻融劈裂试验AC-25冻融劈裂试验结果 表18油石比()试验条件稳定度(KN)劈裂抗拉强度(MPa)冻融劈裂强度比()3.8未经受冻融循环9.661.01592.110.4610.2510.47经受冻融循环9.000.93510.119.988.525)车辙试验 AC-25车辙试验结果 表19 车辙板尺寸：30030050mm 拌和温度：160 碾压温度：140行走距离：231cm 轮压：0.7MPa试验编号试验温度()动稳定度(次/mm)平均值(次/mm)6070797138692374126)渗水试验 AC-25渗水试验结果 表20试验编号初始读数时间(s)初始读数(ml)终读数时间(s)终读数(ml)渗水系数(ml/min)0100180354850100180200330100180252513. 掺3SBS改性剂的改性沥青目标配合比试验（方案）1)原材料筛分及合成级配 AC-25型沥青混凝土合成矿料级配组成(方案) 表21筛孔尺寸(mm)原材料级配通过百分率()合成级配()规范推荐范围()1025mm碎石1020mm碎石515mm碎石05mm石屑矿粉水泥37.5100.0100.0100.0100.0100.0100.0100.010031.599.2100.0100.0100.0100.0100.099.910026.588.4100.0100.0100.0100.0100.098.39010019.02.994.9100.0100.0100.0100.084.4759016.00.770.8100.0100.0100.0100.079.1658313.20.623.699.7100.0100.0100.069.257769.50.61.079.0100.0100.0100.057.545654.750.60.74.799.7100.0100.031.724522.360.50.70.873.1100.0100.022.916421.180.50.70.747.1100.0100.015.612330.60.50.70.733.3100.0100.011.88240.30.50.70.724.499.2100.09.35170.150.50.60.719.393.5100.07.84130.0750.50.60.710.579.599.55.237掺配比例()15.020.634.527.91.01.0/2)方案矿料合成级配曲线如图5所示。图5 AC-25型(方案)矿料合成级配曲线图3）马歇尔试验结果及最佳沥青用量确定马歇尔试验结果见表22。 AC-25型沥青混合料马歇尔试验结果 表22试件组号油石比()试件相对密度空隙率()矿料间隙率()沥青饱和度()稳定度(KN)流值(0.1mm)实际理论13.52.4812.6064.812.4661.410.6231.423.82.4922.5943.912.3168.111.5227.934.12.5012.5833.312.2472.810.6930.9技术要求-368+设计空隙率55708.01540注：1)沥青加热温度控制在160，上下浮动5；矿料加热温度为170180；混合料拌和温度为160，上下浮动5；击实温度为148；混合料废弃温度195；2)沥青混合料理论最大相对密度采用计算法得出。最佳沥青用量确定由表22得出的油石比与各项测定指标的关系曲线如图6所示。图6 AC-25目标配合比确定沥青用量图 根据曲线图，由于稳定度没有出现峰值，所以采用目标空隙率4.0对应的油石比作为OAC1，可以得到：OAC1=3.79 ，OAC23.71各项指标均符合沥青混合料技术要求的沥青油石比范围为3.53.92，最佳油石比的初始值OAC1在此范围内。根据OAC1和OAC2，结合省内类似工程的沥青用量和使用效果、本项目公路等级和交通情况以及所在结构层位受力要求，综合确定AC-25目标配合比的最佳油石比为：OAC=3.8。当OAC=3.8时，空隙率为3.9，VMA值为12.3，满足设计要求。4)最佳油石比马歇尔试验 AC-25最佳油石比马歇尔试验结果 表23试件组号油石比()试件相对密度空隙率()矿料间隙率()沥青饱和度()稳定度(KN)流值(0.1mm)实际理论13.82.4912.5943.9612.3567.811.5930.5技术要求-368+设计空隙率55708.01540注：1)沥青加热温度控制在160，上下浮动5；矿料加热温度为170180；混合料拌和温度为160，上下浮动5；击实温度为148；混合料废弃温度195；2)沥青混合料理论最大相对密度是采用计算法得出。5)浸水马歇尔试验 AC-25残留稳定度试验结果 表24油石比()浸水时间稳定度(KN)残留稳定度()试验结果平均值3.830min10.68 11.5989.212.14 12.62 10.92 48h10.0210.349.88 10.0611.40 6)冻融劈裂试验AC-25冻融劈裂试验结果 表25油石比()试验条件稳定度(KN)劈裂抗拉强度(MPa)冻融劈裂强度比()3.8未经受冻融循环10.491.03694.59.3110.4911.96经受冻融循环9.220.9799.9010.809.997)车辙试验 AC-25车辙试验结果 表26 车辙板尺寸：30030050mm 拌和温度：160 碾压温度