沥青混合料配合比设计

沥青混合料配合比设计《土木工程材料试验与检测》课程学习情境：沥青混合料主讲：赵丽萍主要内容矿质混合料的组成设计1最佳沥青用量确定2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矿料的组成设计最佳沥青用量确定图解法或试算法集料筛分（水洗法）马歇尔试验确定工程级配范围预估计算沥青用量沥青与集料相对密度测定配合比设计三个阶段热拌沥青混合料配合比设计方法1.1.1确定工程级配范围（合成级配）69.5131824.53448708495规范中值4579132034607690规范下限81418263648628092100规范上限0.0750.150.30.61.182.364.759.513.216.0筛孔尺寸例如：AC-16F沥青混凝土合成级配要求1.1矿料组成设计根据设计类型查施工技术规范如下表，确定类型及级配范围，并计算级配中值。1目标配合比设计阶段混合料类型公称最大粒径用以分类的关键性筛孔粗型密级配细型密级配名称关键性筛孔通过率

/%名称关键性筛孔通过率

/%AC-2526.54.75AC-25C<

40AC-25F>

40AC-20194.75AC-20C<

45AC-20F>

45AC-16162.36AC-16C<

38AC-16F>

38AC-1313.22.36AC-13C<

40AC-13F>

40AC-109.52.36AC-10C<45AC-10F>45密集配沥青混合料宜根据下表确定级配类型通过下列筛孔

/mm的质量百分率

/%31.526.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075粗粒式AC-2510090～10075～9065～8357～7645～6524～5216～4212～338～245～174～133～7中粒式AC-20

10090～10078～9262～8050～7226～5616～4412～338～245～174～133～7AC-16

10090～10076～9260～8034～6220～4813～369～267～185～144～8细粒式AC-13

10090～10068～8538～6824～5015～3810～287～205～154～8AC-10

10090～10045～7530～5820～4413～329～236～164～8砂粒式AC-5

10090～10055～7535～5520～4012～287～185～10密集配沥青混凝土混合料矿料级配范围（1）此处取样的集料为冷料，可以从料场直接取样。（3）料场取样尽量要有代表性、均匀性。（4）其他指标也需检测，只是配合比设计时不使用。（2）矿粉直接从包装袋中取样。1.1.2取样各种集料（冷料）筛分（水洗法）1.1.3图解法或试算法确定各种矿料的组成比例（1）图解法1）绘制级配曲线坐标图

2）确定各种集料用量①两相邻级配曲线重叠，等分；②两相邻级配曲线相接，连分；③两相邻级配曲线相离，平分。

3）校核按图解所得的各种集料用量，校核计算所得合成级配是否符合要求。如不能符合要求，即超出级配范围，应调整各集料的用量。矿质混合料配合比设计工程实例

试采用图解法设计某高速公路用细粒式沥青混凝土的矿质混合料配合比。

例题（1）确定矿质混合料的工程级配范围如下表：

级配类型筛孔尺寸(方孔筛)/mm16.O13.29.54.752.361.180.60.30.150.075细粒式沥青混凝土（AC-13）10095～10070～8848～6836～5324～4118～3012～228～164～8

级配中值10098795745

3324

17

12

6例题（2）现有碎石、石屑、砂和矿粉四种矿质集料，现场取样进行筛分如下表：材料名称筛孔尺寸（方筛孔）/mm16.O13.29.54.752.361.180.60.30.150.075通过百分率/%碎石1009426OOOOOOO石屑100100100804017OOOO砂1001001001009490763817O矿粉10010010010010010010010010083例题1）绘制级配曲线图，在纵坐标上按算术坐标绘出通过百分率Pi，如下图。2）连对角线OO′作为级配范围通过率中值。在纵坐标上找出各个筛孔通过率中值作水平线，通过与对角线OO′的交点作垂线，与横坐标的交点，即为相应的筛孔在横坐标上的位置。

（3）设计步骤例题3）将碎石、石屑、砂和矿粉四种集料的级配曲线绘于下图。4）从碎石、石屑、砂和矿粉四条级配曲线依次分析，均为重叠的位置关系。在其重叠部分分别作垂线AA′、BB′、CC′与对角线OO′依次相交于M、N、R；过M、N、R分别引水平线，可以确定

碎石:石屑:砂:矿粉=36%:31%:25%:8%。例题1009080706050403020100Pi(%)di（mm）9879574533241712616.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075碎石石屑砂矿粉碎石36%石屑31%砂25%矿粉8%AA′BB′CC′MNR级配中值线例题（4）校核

1）计算得合成级配结果，并绘制合成级配曲线；

2）调整配合比。

对高速公路和一级公路，宜在工程设计级配范围内计算1～3组粗细不同的配合比，绘制设计级配曲线，分别位于工程设计级配范围的上方、中值及下方。设计合成级配不得有太多的锯齿形交错，且在0.3～0.6mm范围内不出现“驼峰”。当反复调整不能满意时，宜更换材料设计。配合比调整原则例题计算合成级配结果表（表1.4）例题

绘制级配曲线，并调整配合比

从图中可以看出，计算的合成级配曲线接近级配范围中值。由于高速公路交通量大、轴载重，为使沥青混合料具有较高的高温稳定性，合成级配曲线应偏向级配曲线范围的下限，因此需要调整。例题

经调整，各种材料用量为碎石:石屑:砂:矿粉=41%:36%:15%:8%。按此结果重新计算合成级配，计算结果如表1.4(表中括号部分)并绘图，可见调整后的合成级配曲线光滑、平顺，且接近级配曲线的下限。结论例题1、试算法1）按题意作下列两点假设：①设A、B、C三种集料在混合料M中的用量比例分别为X、Y、Z，则

②又设混合料M中某一级粒径（i）要求的含量为M（i），A、B、C三种集料中该粒径的含量分别为A(i)、B(i)

、C(i)

。则：

2）计算步骤

①计算A集料在矿质混合料中的用量比例首先，找出A集料占优势含量的某一粒径，如粒径（i），而忽略B、C集料在此粒径的含量，即B集料和C集料该粒径的含量aB(i)和aC(i)均等于零。

A集料在混合料中的用量：②

计算C集料在矿质混合料中的用量比例

原理同前，设C集料的优势粒径为j（mm），则A集料和B集料在该粒径的含量aA(j)和aB(j)均等于零。

C集料在混合料中的用量：

③计算B集料在矿质混合料中的用量比例由前式得出B集料在矿质混合料中的用量：

④

校核调整按以上计算的配合比计算合成级配，如不在要求的级配范围内，应调整。重新计算和复核配合比，经几次调整，直到符合要求为止。如经计算确不能满足级配要求时，可掺加某些单粒级集料，或调换其它原始集料。

高速公路和一级公路沥青路面矿料配合比设计宜借助电子计算机的电子表格用试配法进行。其他等级公路沥青路面也可参照进行。2.1测定沥青与集料的相对密度2.1.1测定沥青的相对密度（γb）非经注明，测定沥青密度的标准水温为15℃。沥青与水的相对密度是指25℃相同温度下的密度之比。可以测定15℃密度，换算得相对密度（25℃/25℃）。沥青与水的相对密度（25℃/25℃）＝沥青的密度（15℃）×0.996《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTGE20-2005

2.最佳沥青用量的确定《公路工程集料试验规程》-JTGE42-20052.1.2．测定集料毛体积相对密度（γ）表观相对密度（γ′）（网篮法）2.2预估计算沥青用量（1）．计算矿料的合成毛体积密度（γsb

）100γsb=P2γ2++P1γ1……PnγnP1、P2…Pn－各种矿料的比例,其和为100;γ1、γ2

…γn－各种矿料相应的毛体积相对密度；（2）．计算矿料的合成表观相对密度（γsa

）100γsa=P2

γ2′++P1

γ1′……Pn

γn′γ1′γ2′…γn′－各种矿料相应的表观相对密度。（3）预估沥青混合料适宜的油石比（Pa）或沥青用量（Pb

）PaPb=Pa+100Pa1Pa=γsb×γsb1Pa1—已建类似工程标准油石比，％γsb—矿料合成毛体积相对密度，γsb1—已建类似工程矿料合成毛体积相对密度。（4）沥青混合料的有效密度a.对非改性沥青混合料（5）沥青混合料的有效密度b.对改性沥青及SMA等难以分散的混合料

γse=C×γsa+(1-C)γsbC=0.033W2x-0.2936Wx+0.9339γse—

合成矿料的有效相对密度；C—合成矿料的沥青吸收系数2.3马歇尔试验（1）按照确定的矿料比例配料，根据预估的油石比为中值，以0.5%的间隔成型5组马歇尔试件。(每组至少4个）《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTJ052-2011沥青混合料的体积参数马歇尔稳定度、流值测定a.沥青混合料最大理论相对密度：该密度是假设沥青混合料被压实至完全密实，没有空隙的理想状态下的最大密度，即压实沥青混合料试件全部被矿料（包括矿料内部孔隙）和沥青占有，且空隙率为零的相对密度——真空法试验获得，或计算。（2）沥青混合料的体积参数b.沥青混合料的毛体积密度：沥青混合料单位体积（实体矿物成分体积＋开口孔＋闭口孔)的干质量。——采用表干法（适用于较密实且吸水少的试件）沥青混合料的表观密度：沥青混合料单位表观体积（实体矿物成分体积＋闭口孔)的干质量。——采用水中重法（适用于几乎不吸水密级配的试件）。(3)马歇尔物理指标计算a.确定矿料的有效相对密度（γse

）《公路沥青路面施工技术规范》JTGF40-2004

计算标准γse－矿料的有效相对密度,无量纲；Pb－试验采用的沥青含量,%γt－试验沥青含量条件下实测的混合料的最大理论相对密度,无量纲；γb－沥青的相对密度(25℃/25℃),无量纲

C－合成矿料的沥青吸收系数

wx－合成矿料的吸水率,%γsb－矿料的合成毛体积相对密度,无量纲；γsa－矿料的合成表观相对密度,无量纲（4）确定沥青混合料的最大理论相对密度（γti

）100γti=Paiγb+100γse+Pai或100γti=Pbiγb+γsePsiγti－相对于计算沥青用量Pb时的混合料最大理论相对密度,无量纲Pai－所计算的沥青混合料中的油石比,%Pbi－所计算的沥青混合料中的沥青含量,Pbi=Pai／(1+Pai),%Psi－所计算的沥青混合料中的矿料含量Psi=100－Pbi,%γse－矿料的有效相对密度,无量纲γb－沥青的相对密度(25℃/25℃),无量纲（5）沥青混合料的空隙率：指压实状态下沥青混合料内矿料与沥青体积之外的空隙（不包括矿料本身或表面已被沥青封闭的孔隙）的体积占试件总体积的百分率。γf－试件的毛体积相对密度,无量纲γt－混合料的最大理论相对密度,实测或计算,无量纲（6）沥青混合料试件的矿料间隙率：指压实沥青混合料试件中矿料实体以外的空间体积占试件总体积的百分率。γf－试件的毛体积相对密度,无量纲Ps－各种矿料占沥青混合料总质量的百分率之和,即PS=100－Pb,%；Pb－试验采用的沥青含量γsb－矿料的合成毛体积相对密度,无量纲（7）沥青混合料试件的沥青饱和度：指压实沥青混合料试件中沥青实体体积占矿料骨架实体以外的空间体积的百分率，又称沥青填隙率。2.3最佳沥青用量确定(1)将不同油石比（或含油量）的马歇尔试验的所有指标点绘于图上：毛体积相对密度(%)油石比稳定度(KN)(%)油石比规范要求＞5KNa1=5.9%a2=5.28%空隙率(%)(%)油石比流值(mm)油石比(%)规范要求2~4.5mm

规范要求3~6%a3=5.32%(2)将不同油石比（或含油量）的马歇尔试验的所有指标点绘于图上：规范要求70~85%规范要求＞14%

饱和度油石比(%)(%)间隙率(%)(%)油石比a4无法确定(3)将不同油石比（或含油量）的马歇尔试验的所有指标点绘于图上：(4)确定OAC1（1）从上述图上找出毛体积密度最大值对应沥青用量a1、稳定度最大值对应沥青用量a2、目标空隙率（或中值）对应沥青用量a3、沥青饱和度范围内的中值对应沥青用量a4。（2）计算OAC1=（a1+a2+a3+a4

）／4a1=5.9%；a2=5.28%；a3=5.32%；a4无法确定如果所选择的沥青用量范围未能涵盖沥青饱和度的要求范围，只取a1、a2、a3计算OAC1=（a1+a2+a3）／3=5.50%(5)确定OAC2a.从上述图上找出符合规范要求的各物理指标的用油量，绘于下图，找出满足所有指标的公共沥青用量范围，并查出最大值OACmax和最小值OACmin。b.计算OAC2=（OACmax+OACmin）／2公共沥青用中OACmax=5.78%OACmin=5.37%OAC2=5.58%c．最佳沥青用量OAC=（OAC1+OAC2）／2OAC=（OAC1+OAC2）／2=5.54%（1）计算沥青结合料被集料吸收的比例及有效沥青含量（2）根据需要计算有效沥青的体积百分率及矿料的体积百分率2.4．检验最佳沥青用量时的粉胶比和有效沥青膜厚度

Pba－被集料吸收的沥青结合料比例,%Pbe－有效沥青膜用量,%γse－矿料的有效相对密度,无量纲γsb－材料的合成毛体积相对密度,无量纲γb－沥青的相对密度(25℃/25℃),无量纲Pb－沥青含量,%PS