盐通高速排水性沥青混合料目标配合比设计方案

1、盐通高速排水性沥青混合料目标配合比设计方案排水性沥青路面应用技术研究课题组2005年8月8日盐通高速排水性沥青路面目标配合比设计方案根据江苏省高速公路建设指挥部有关文件要求，盐通高速公路南通YT-NT22合同标单幅(上海连云港)修筑排水性沥青路面，交通部公路科学研究所、东南大学及日本大有建设株式会社中央研究所按省高指要求进行了目标配合比设计。现将情况汇报如下。一、 原材料原材料主要有粗集料、细集料、矿粉和高粘度改性沥青四种材料。玄武岩碎石分为1料(10mm15mm)和2料(5mm10mm)两种规格；经过不同类型细集料的性能对比实验，结合江苏省工程应用经验与材料料源情况，细集料(4#料)采用玄武

2、岩机制砂；矿粉为石灰岩矿粉，并考虑用部分消石灰代替矿粉。排水性沥青路面要求采用高粘度改性沥青，通过试验性能试验，并考虑性能价格比因素，确定采用日本三菱产70沥青TPS改性剂(比例为12：88)和SBS改性沥青TPS改性剂(比例为8：92)两种方案，其中采用第一种高粘度改性沥青方案修筑10km排水性沥青路面，第二种高粘度改性沥青方案修筑6.685km排水性沥青路面。下面为各种原材料性能检验结果。 1. 粗集料粗集料试验结果试验项目单位测试值标准压碎值10.520洛杉矶磨耗损失量111.125215.225视密度1g/cm32.9772.602g/cm32.9782.60吸水率10.8652.02

3、0.9642.0沥青粘附性级SBS44SBS+8%TPS570#+12%TPS5SK5坚固性试验2.512针片状含量13.01026.210水洗法 1.2 (25) (40)0.070.050.62 0.4 (50) (模拟20)MPa1.931.951.81 1.2 (25)2.59 (模拟40)0.610.660.61 0.4 (50)0.69拉拔强度 (20)MPa1.281.051.12 0.5 (25) (40)0.470.320.41 0.2 (50) (模拟20)MPa0.740.540.48 0.5 (25)0.83 (模拟40)0.060.150.1 0.2 (50)0.24

4、低温冻融柔性(+20-20各2h)无无无涂膜无裂纹开裂后存在性0无无较少20较少较少多40较少极少少60较少无极少粘轮情况(50,10次)粘粘防水膜粘起涂膜干燥时间 表干3d2h不粘手实干5天12h无粘着根据试验结果可见：1)不同材料防水性能不具有显著差异，但在实验室条件下改性热沥青成膜质量不易控制，因此只有实际施工时能准确控制撒布量、且均匀撒布条件下才考虑使用；2) 粘结强度和拉拔强度不具有显著差异； 使用实际沥青混合料（即表中模拟抗剪试验）的抗剪强度不具有显著差异，但与非模拟状态材料的数据差距较大；3) 在延伸率方面，FYT防水材料要好于改性乳化沥青，这也在开裂后防水粘结层的存在性检验中得

5、到验证；4) 50时存在粘轮现象，其中FYT粘结较严重，此问题将直接影响施工；室内试验结果表明，FYT防水涂料与改性乳化沥青都有用于防水粘结层的可能性，考虑到施工特性的差异，需要现场对两种材料进行了性能对比试验，根据现场实际性能来最后选定防水粘结层材料。三、 推荐配合比根据排水性沥青混合料的配合比设计方法，进行了本项目的目标配合比设计，同时比较了不同设计方案的性能差异，包括考虑不同类型细集料、不同比例的粗集料、掺加与不掺消石灰等方案，目的是确定目标配合比的最优设计方案，具体过程及有关数据可见附件，下面为设计结果。 1. 推荐配比与合成级配排水沥青混合料目标配合比(%)材 料1#2#砂矿粉油石比

6、比例（）55301054.6合成级配级配号各级粒径累计通过百分率1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075V1100.090.051.718.314.210.58.36.85.94.7 2. 性能 对上述配比方案的排水性沥青混合料进行性能检验，结果见下表。根据试验结果可知，本目标配合比设计方案得到的排水性沥青混合料完全满足相应技术要求。排水沥青混合料目标配比的性能检验项 目SBS+8%TPS70#+12%TPS技术要求油石比,4.74.6析漏率,0.660.820.8空隙率,20.0722.172022联通空隙率,13.8716.69渗水系数,cm/s0.3020

7、.3330.15马歇尔强度,KN6.845.314.0浸水马歇尔强度,KN6.404.66残留稳定度93.687.780劈裂强度，MPa0.5930.557冻融劈裂强度，MPa0.5500.476TSR,%92.885.470标准飞散损失，6.519.820浸水飞散损失，7.422.225动稳定度,次/mm853988104500四、 材料数量估算根据上述确定的排水性沥青混合料目标配合比，计算主要工程材料数量如下表，路面宽度按单幅15.02m，厚度为4cm。沥青面层主要材料数量表(单位：吨)材料类型70TPS段长度10kmSBSTPS段长度6.685km合计16792.0 4536.1 113

8、28.2 23704.7 2474.3 6179.0 玄武岩机制砂1234.9 824.8 2059.7 矿粉617.5 412.4 1029.8 沥青568.1 387.6 955.7 基质沥青499.9356.6TPS68.231.099.2说 明油石比4.6%,混合料密度2.15g/cm3油石比4.7%，混合料密度2.15g/cm3 注：计算未考虑加减速车道加宽因素和各环节的损耗。附件：盐通高速排水性沥青路面配合比设计资料 1. 目标配合比设计方法配合设计步骤如下：检验原材料的技术指标；在推荐的级配范围，根据期望的目标空隙率试配三种配比方案，使2.36mm筛孔通过率在中值范围3内；利用理

9、论计算法，根据沥青膜厚度和集料表面积预估沥青用量，不同沥青按不同膜厚计算；击实成型MASHALL试件与车辙试件，检验体积指标，主要是空隙率能否达到目标空隙率的要求；如果达到要求后再按0.5%，1%变化沥青用量，分别进行析漏试验、飞散试验确定根据最佳沥青用量，通常以沥青析漏试验的反弯点作为最佳沥青用量，而且析漏量一般不超过0.8%(烧杯法)，在此范围内再参照马歇尔试验的结果，选择合适的沥青用量作为最佳沥青用量；最后以混合料性能试验进行验证(配合比设计要求见下表)，包括排水性能、抗水损坏性能、飞散试验与车辙试验等。排水性混合料集料级配范围(NMAS=13.2mm)筛孔尺寸（mm）通过率（%）（本文

10、稿）16.010013.2851009.530604.7510302.369201.187170.66140.35120.15490.07537排水性沥青混合料设计技术要求试 验 项 目单位技 术 要 求备 注MASHALL试件击实次数次双面50空隙率1822（2022，1）稳定度kN4.0析漏损失0.8飞散损失20车辙试验次/mm4533000（5000）残留马歇尔稳定度80冻融劈裂试验残留稳定度70浸水飞散损失30（一天15；两天25；三天30浸水2天渗透系数cm/s0.15（0.02？或 规范 实测）渗水量ml/15s900 2. 不同类型细集料的试验结果为优化排水性沥青混合料目标配合比

11、设计方案，对玄武岩机制砂、石灰岩机制砂和天然砂三种不同类型细集料进行了性能试验的对比。 2.1. 配比与级配排水沥青混合料组成配比(%)级配编号1#2#砂矿粉备注S15032135玄武岩机制砂S23552.566.5天然砂S35332105石灰岩机制砂合成级配级配各级粒径累计通过百分率1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075S110095.165.919.616.113119.27.45.4S210093.6 68.2 17.8 12.5 12.1 11.5 8.7 6.3 5.2 S3100.0 90.3 53.3 18.414.0 10.6 8.3 6.4

12、5.5 4.3 2.2. 性能项目玄武岩机制砂天然砂石灰岩机制砂70SBSSK70SBSSK70SBSSK油石比,4.84.84.84.84.84.84.64.84.8析漏率,0.340.340.280.830.60.750.70.80.5空隙率,20.7520.9920.1420.520.821.220.419.721.5联通空隙率,12.913.317.315.213.616.9渗水系数,cm/s0.3020.3120.3130.2810.240.26马歇尔强度,KN6.316.056.596.236.156.596.68.137.09动稳定度,次/mm929566006468670792

13、475864740483919767不同砂子的析漏率比较不同砂子的动稳定度比较 2.3. 分析 1) 使用不同类型的砂子，根据析漏试验拐点所确定最佳沥青油石比基本为4.8%；天然砂的级配连续性较好，规格上较细，故空隙特征较好，联通空隙增加，但也会导致析漏量增加，需要减小最佳油石比，防止细砂和沥青出现明显析漏。 2) 石灰岩机制砂后，并没有预期的较好的吸油的效果。最佳沥青用量不仅略有减小，且析漏量增加，其他技术指标也没有见明显优势，故不推荐使用石灰岩机制砂。 3) 东南大学的试验也表明，采用石灰岩方案的最佳油石比只有4.6，析漏损失较高；对于使用天然砂方案，在油石比较大时，析漏损失要明显大于玄武

14、岩。4）相对而言，玄武岩机制砂强度高，抗磨性能好；但从级配上看，该砂有些偏粗。 3. 不同级配的对比结果为优化排水性沥青混合料目标配合比设计方案，在目标设计空隙率基本一致的条件下，对不同级配的排水沥青混合料性能进行了对比实验。 3.1. 配比与级配排水沥青混合料组成配比(%)级配编号1#2#砂矿粉备注T15032135玄武岩机制砂T23549115玄武岩机制砂T36516145玄武岩机制砂 3.2. 性能项目级配T1级配T2级配T370SBSSK70SBSSK70SBSSK油石比,4.84.84.84.74.74.74.64.64.8析漏率,0.340.340.280.510.50.30.8空

15、隙率,20.7520.9920.1420.220.521.218.919.720.4联通空隙率,13.514.214.8渗水系数,cm/s0.3020.3120.313马歇尔强度,KN6.316.056.595.766.16.535.947.017.46动稳定度,次/mm929566006468584589437595 不同级配的最佳油石比比较不同级配的析漏率比较不同级配的动稳定度比较 3.3. 分析1)级配T2与级配T3均存在最佳沥青用量减少，析漏量有所增大的问题，故不推荐选用；不同级配之间的其他技术指标没有见明显差异。2) 试验结果表明，如果级配过粗，9.5mm通过率过高，那么空隙特征会变

16、好，但会损失混合料的强度性能，造成飞散损失增大，稳定度、劈裂强度和动稳定度等强度指标下降；如果粗集料中4.759.5mm部分颗粒含量较多，会造成混合料级配偏细，虽然强度特性会变好，但可能会导致空隙特征变差，排水效率降低。 4. 掺加消石灰的性能影响为优化排水性沥青混合料目标配合比设计方案，提高排水性沥青路面性能，因此考虑掺加消石灰的方案，对掺加与不掺消石灰的沥青混合料性能进行了路用性能的比较。由于消石灰的细度较大，最佳沥青用量会提高，因此空隙率会降低，在级配上需要将细集料有所减少。 4.1. 配比与级配排水沥青混合料组成配比(%)材 料1#2#砂矿粉消石灰备注L050321350玄武岩机制砂L

17、152321132.0玄武岩机制砂合成级配级配各级粒径累计通过百分率1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075L010095.165.919.616.113119.27.45.4L1100.0 90.5 54.2 19.4 15.1 11.0 8.6 7.0 6.2 5.2 4.2. 性能项目不掺加消石灰掺加消石灰70SBSSK70SBSSK油石比,4.84.84.84.855.2析漏率,0.780.751.260.750.30.41空隙率,20.7520.9920.1419.420.119.6联通空隙率,13.513.312.7渗水系数,cm/s0.3020.3

18、120.3130.3030.2580.319马歇尔强度,KN6.316.056.597.748.118.37动稳定度,次/mm929566006468109201118410552不同方案的最佳油石比比较不同方案的析漏率比较不同方案的动稳定度比较 4.3. 分析 1) 从试验结果见，掺加消石灰后，排水性沥青混合料最佳沥青用量明显增大，而且析漏量有较大幅度减少。 2) 掺加消石灰后排水性沥青混合料马歇尔稳定度、动稳定度明显增加。 因此，根据实验室内的研究成果，可以考虑掺加消石灰的设计方案，但要控制好消石灰的原材料质量，并有可靠的掺加工艺。 5. 不同配合比设计方案的比较首先初步筛选出几个的性能较

19、好的排水性沥青混合料目标配合比设计方案，然后在对这些设计方案进行路用性能比较。 5.1. 配比方案排水沥青混合料组成配比(%)级配编号1#2#砂矿粉消石灰备注G1玄武岩G252321132.0玄武岩SE1 5826.5114.5玄武岩D159.825.79.94.6玄武岩D259.825.79.94.6石灰岩砂D360.5268.94.6天然砂 5.2. 性能比较70#+TPS沥青的不同配合比方案性能比较项 目G1G2SE1D1D2D3油石比,4.84.84.84.855析漏率,0.780.751.131.140.72*0.19*空隙率,20.7519.421.120.921.621.1联通空

20、隙率,13.51514渗水系数,cm/s0.3020.3030.2780.239马歇尔强度,KN6.317.745.696.014.665.3动稳定度,次/mm9295109208434653870586533注：表中E1与D1为公路所验证数据；D1原设计为5.0%,析漏量为1.27；D2与D3析漏量试验条件与现行规范不同,按我国规范为1.52和1.68，析漏量过大（见下图），因此其他性能验证试验将最佳油石比调整4.8%和4.7%。严重的析漏SBS+TPS沥青的不同配合比方案性能比较项 目G1G2SE1油石比,4.854.8析漏率,0.750.31.07空隙率,20.9920.120.5联通空

21、隙率,13.3渗水系数,cm/s0.3120.258马歇尔强度,KN6.058.115.45动稳定度,次/mm6600111846097SK沥青的不同配合比方案性能比较项 目G1G2SE1油石比,4.85.24.8析漏率,1.260.411.18空隙率,20.1419.620.3联通空隙率,12.7渗水系数,cm/s0.3130.319马歇尔强度,KN6.598.375.6动稳定度,次/mm6468105520 5.3. 分析1）根据上述试验结果可见，配合比设计方案G1与G2力学强度较好，析漏率较低，尤其是掺加消石灰后；配合比设计方案D3采用天然砂，根据级配推断应有较好的空隙特征，但设计油石比

22、为5.0%，析漏量很大，因此试验条件得到的联通空隙率只有11.5%，渗水系数只有0.19cm/s，需要降低最佳油石比。级配SE1、D1性能与G1基本一致。2）对于相同级配的方案，采用不同的改性沥青方案时，沥青混合料的性能差异不大；但掺加消石灰后，最佳沥青用量有一定增大，析漏量明显减少。 6. 考虑热料仓筛分作用后的目标配合比为更准确地确定冷料配比，考虑热料仓筛分作用，对2料4.75mm以下和4料2.36mm以上的部分进行了筛除，对目标配合比设计方案进行调整，试验结果如下。 6.1. 推荐配比与合成级配排水沥青混合料组成配比(%)材 料1#2#砂矿粉油石比比例（）55291154.6合成级配级配

23、各级粒径累计通过百分率1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075S1100.090.051.616.316.111.69.07.26.24.9 6.2. 性能 对上述配比方案的排水性沥青混合料进行性能检验，结果见下表，此设计方案的排水性沥青混合料性能也完全满足相应的技术要求。排水沥青混合料目标配比的性能检验项 目SBS+8%TPS70#+12%TPS技术要求油石比,4.74.6析漏率,0.580.760.8空隙率,21.7521.422022联通空隙率,16.6315.69渗水系数,cm/s0.3310.3220.15马歇尔强度,KN6.575.974.0浸水马歇尔强度,KN残留稳定度80劈裂强度，MPa0.5330.623冻融劈裂强度，MPa0.4970.494TSR,%93.279.370标准飞散损失，9.310.420浸水飞散损失，25动稳定度,次/mm1032578214500 7. 排水性沥青混合料的级配范