沥青混凝土原材料控制工艺与配合比设计方法

高速公路沥青路面

原材料控制与配合比设计武汉理工大学硅酸盐材料工程教育部重点实验室张登峰2021年5月个人介绍张登峰:工程师

武汉理工大学硅酸盐材料工程教育部重点实验室、武汉理工大学交通工程研究所；主要从事沥青路面材料组成设计与现场施工质量控制研究：主要内容1.集料的生产、分级与原材料的管理2.配合比设计中的注意要点宕口的选择：〔1〕覆盖层薄〔2〕开采容易〔3〕选择向阳面一、集料的生产、分级与管理1.1料源控制源石的处理：〔1〕分区堆放〔2〕除杂处理〔3〕平安

用于道路沥青面层的碎石集料应具有良好的颗粒形状，常采用还击式破碎机破碎，有立轴破碎和卧轴破碎两种放式，南方以卧轴破碎更为常见；北方以立轴破碎比较多。一、集料的生产、分级与管理1.2集料的生产在一级颚破下方设置漏砂孔一级颚破时的除尘筛二级颚破内部结构

〔立轴式〕碎石场全景图分级原那么：是施工承包方根据设计文件规定的沥青混合料级配类型以及自己的沥青拌和楼实际情况综合确定的集料分级方法一、集料的生产、分级与管理1.3材料分级(1/7)合理的分级是优化材料组成设计的前提，也是减小施工过程中级配变异性的重要因素粗集料的定义细集料可填充于公称最大粒径形成的间隙公称最大粒径细集料公称最大粒径的0.22倍贝雷参数分析：近似于公称最大粒径的0.22倍作为为粗、细集料的分界筛孔！！并将0.5D对应的筛孔作为控制筛孔；〔两者合称关键筛孔〕1.3材料分级(2/7)0.020.040.060.080.0100.0%PASSING分界筛孔=0.22x公称最大粒径细集料粗集料公称最大粒径最大粒径1.3材料分级(3/7)关键筛孔：0.5Dmax、0.22Dmax贝雷参数分析的粗细集料分界筛孔1.3材料分级(4/7)AC-25AC-20AC-16AC-1316-31.5mm13.2-26.5mm9.5-19mm9.5-16mm4.75-16mm4.75-13.2mm4.75-9.5mm4.75-9.5mm2.36-4.75mm2.36-4.75mm2.36-4.75mm2.36-4.75mm0-2.36mm0-2.36mm0-2.36mm0-2.36mm按沥青路面设计标准要求，0-2.36mm和是必需的每档集料所包括的关键筛孔不宜多于两个！！工程上比较常用的几种级配的实验室分级1.3材料分级(5/7)AC-25AC-20AC-16AC-1331×31mm23×23mm19×19mm16×16mm16×16mm16×16mm11×11mm11×11mm6×6mm6×6mm6×6mm6×6mm3×3mm3×3mm3×3mm3×3mm工程碎石场振动筛与拌和楼振动筛的筛网布置1.3材料分级(6/7)AC-25AC-20AC-16AC-1332×32mm25×25mm20×20mm17×17mm16×16mm16×16mm11×11mm11×11mm6×6mm6×6mm6×6mm6×6mm3×3mm3×3mm3×3mm3×3mm碎石场布筛拌和楼布筛1.3材料分级(7/7)加铺层材料分档与筛网布置级配类型分档粒径1＃料2＃料3＃料4＃料5＃料16~26.59.5~164.75~9.52.36~4.750~2.36AC-20碎石厂布筛（方孔，mm）23×2316×1611×116×63×3拌合楼布筛（方孔，mm）25×2517×1711×116×63×3实验室（方孔，mm）26.5169.54.752.36AC-16碎石厂布筛（方孔，mm）19×1911×116×63×3拌合楼布筛（方孔，mm）19×1911×116×63×3实验室（方孔，mm）169.54.752.36根据工程实体需要安排筛网规格，以上布筛规格仅供参考！！1.4原材料管理2.不同规格集料间以砖砌或者石砌的隔墙隔开〔厚度不小于24cm、高不低于1.5m，至少经的起装载机的磕碰〕，不建议用编制袋装碎石的简易隔离方法1.拌和厂集料必须分类堆放、明码标识3.细集料以简易雨棚覆盖

统计说明：一个工程因建一个雨棚而节省的燃油费至少可以建10个雨棚！！沥青的储存罐体要求：1〕密闭性能良好2〕具有热循环系统3〕必须具有外循环系统4〕自身的内循环系统〔搅拌装置〕1.4原材料管理5.沥青材料的进场取样与储存(1/3)1.取样方法〔主要针对改性沥青〕严格的遵守上〔3/4h〕、中〔1/2h〕、下(1/4h)三层取样法〔T0601-2000〕充分混合后再进行试验〔从罐顶开口处取样、最好不在沥青卸料口〕；2.检测指标：老化前的针入度、软化点、延度；采用旋转薄膜烘箱〔85型〕老化〔163℃、85min〕后的针入度、延度；1.4原材料管理5.沥青材料的进场取样与储存(2/3)1.4原材料管理5.沥青材料的进场取样与储存沥青的储存时间1.普通、改性沥青常温/低温储存时间标准无明确说明，一般来讲普通沥青不超过6个月，改性沥青不超过3个月〔某高速要求〕2.普通沥青高温存放〔130℃-150℃〕不超过10天，改性沥青〔150℃-160℃〕存放不超过7天〔施工时按照要求升温到适宜温度〕(3/3)题外话：沥青抗剥离剂使用目的：增强沥青与集料(尤其是酸性石料)之间的粘附能力，使其具有良好的抗热老化性及抗水损害性，延长路面的使用寿命，降低和减少维护本钱。沥青抗剥离剂作用机理：实质上是一种‘介面剂’，与集料外表形成物理吸附或依靠其特殊的化学结构与集料进行化合反响形成强而有力的化学纽带，从而提高了沥青与集料的粘附性。常用的沥青抗剥离剂

1.有机高分子抗剥离剂

胺类抗剥离剂：早期市场中的液态抗剥离剂产品多属于此类，该类产品存在三大缺陷：一是热稳定性差；二是形成物理吸附，对酸性石料的吸附能力非常有限；三是局部抗剥离剂本身不抗水

含羟基类抗剥离剂：非胺类抗剥离剂，高温稳定性好，具有环保平安〔无毒、无刺激性气味〕、性能优良、长期有效、使用方便等特点。2.活性矿粉消石灰填料：用2％以内的消石灰作为填料替代局部矿粉，减少(酸性)集料外表负电荷，减小集料亲水性。该方法操作简便，节约路面施工本钱。水泥填料：处理方法与消石灰的根本相同，一是用水泥浆处理；另一种是用水泥替代矿粉，增加填料的碱性。注意：水泥掺量应控制在矿料总量的2％以内。当掺量超过3%后，很大程度上改变了沥青混凝土的回弹模量、泊松比，路面的受力模式可能会变化。3.纤维纤维的分类：

道路工程应用中的纤维一般可分为硬纤维和软纤维两种。硬纤维是由不同工艺制作的拉、拔、轧、切的钢纤维和矿物纤维等；软纤维一般指植物纤维和化学合成纤维，可按材质分为木质素纤维、聚酯纤维、玻璃纤维、尼纶纤维等。以下介绍木质素纤维和聚酯纤维。纤维形貌特征木质素纤维聚酯纤维矿物纤维木质素纤维特点：化学上非常稳定、不为一般的溶剂、酸、碱腐蚀，是一种广泛应用于公路工程的粉状增强纤维添加剂，具有较好的分散性与施工性能。由于比外表积大、吸附性强，公路工程上主要用于沥青混凝土外表层，以增加对沥青的吸附性能，增强混合料的耐久性和抗水损害性能。聚酯纤维特点：新型防裂增强材料，以聚酯〔聚对苯二甲基甲乙二酯，PET〕为主要原料，外观为多根纤维单丝交聚而成的束状结构。较普通聚合物纤维细度大、强度高、易分散，还有突出的耐高温性能。公路工程上主要用于沥青混凝土中、下面层以增强混凝土的抗裂性和抗高温性能。两种纤维技术性能指标

〔某高速的要求〕技术指标纤维种类木质素纤维聚酯纤维抗拉强度/MPa－520平均长度/mm1.16.0平均直径/mm0.0450.02密度/g·cm-30.8-1.21.32-1.40熔点/℃＞200248纤维的路用性能要求

良好的分散性

良好的热稳定性足够的吸持沥青能力较高的抗拉性能良好的安全性

路用性能要求关于材料方面上述意见仅供参考！！二、配合比设计中的注意要点2.1集料级配设计过程

1〕确定级配类型、级配范围、计算级配中值

2〕集料取样筛分

3〕集料百分率计算

4〕试配

5〕验证实际级配取样具有代表性是保证配合比设计实用性的关键2.1-1配合比集料取样方法目标配合比取样用装载机从距料堆下部30cm处由下往上搂铲，到达2/3的容量即可后退卸料，再用铲缘将集料扒平，进行6分点取样再装袋，每种规格料取2¬3铲。生产配合比取样正式取样前先从热料仓放出3～4锅热料〔清仓－洗锅〕，待设备运转正常后再分别从热料仓单仓放料，出料口用装载机接料，在指定地点卸料后，用铲缘将集料扒平，冷却后进行6分点取样再装袋，每仓热料出两次。取样完毕即可进行下一步工序2.1-2不同级配类型沥青混合料的特点I〔F〕型结构C型结构间断－嵌挤结构矿质骨架的结构类型

①密实悬浮结构②骨架－空隙结构③骨架－密实结构逐级嵌挤细包粗SMA连续级配：级配曲线平顺圆滑，相邻粒径间有一定的重量比例；－AC-I(F)、C间断级配：在连续级配中剔除其中一个分级或n个分级形成一种不连续的级配；－SMA开级配：主要由单一规格集料组成，细集料很少。-OGFC〔较特殊，很少用〕确定各个单一规格集料的用量比例，使混合集料的颗粒组成满足特定的范围要求。〔标准比较详细〕2.1-3级配合成原理最小空隙率不同粒径的各级矿质集料，按一定的比例配合，使组成一种具有最小空隙率(最大密度)的矿质混合料。最大摩擦力任何一级集料应不干预其它各级集料的紧密排列，使其形成一个多级空间骨架的结构，具有最大的摩擦力。比外表总和适当：在确保一定的沥青膜裹附下，拌加料最为节约高温稳定性低温缩裂抗疲劳抗水稳定性最终目标2.1-4配合比设计原那么1000

0.075 0.3 2.3612.519.0设计集料结构筛孔位于筛孔尺寸（mm）的0.45次方位置控制点禁区Superpave混合料的级配设计理论+马歇尔试验方法＝我的级配设计体会！2.2配合比设计优化AC型沥青混合料只按关键性筛孔控制，在级配范围内均可满足设计要求。可否借鉴现有经验的根底上，利用Superpave和贝雷法的优点，进行一步缩小级配范围，使工程设计级配得到有效的控制？沥青面层各结构层的特点：外表层：平整密实，抗滑耐磨，抗耐久性中面层：搞高温车辙，抗剪切下面层：密实，不渗水，抗疲劳2.2配合比设计优化公路工程沥青混合料级配标准设计要求Superpave25控制点与禁区

〔1〕禁区4.75mm通过率为39.5%，标准要求是不大于40%，施工经验说明小于38%难于压实，因此4.75mm的通过率宜控制在38-40%；〔2〕按CA值可推算13.2mm的通过率为64-67%〔3〕按FAc值可推算1.18的通过率为15-19%〔4〕按FAc值可推算0.3的通过率为6-9%按粉胶比计，结合AC-25的油石比4.0-4.3%，可定0.075的通过率宜为4-5%。〔5〕公称粒径26.5mm的通过率可按中值95%控制；禁区AC-25与Superpave25比较通过结合各设计方法的优点，AC-25各关键筛如26.5、13.2、4.75、0.075mm等的通过率，以上各点完成可到达控制合成级配趋势的目的。上述所给的推荐值可针对具体材料进行调整，集料的分档，集料材质如颗粒形状，外表纹理等均可产生一定的影响。某高速工程AC-25设计控制标准26.5mm95%13.2mm64-67%4.75mm38-39%1.18mm15-19%0.3mm6-9%0.075mm4-5%Superpave19控制点与禁区

Superpave19的禁区已在AC-20的中值上方，显然级配设计时已按提高高温稳定性进行要求，走中值的曲线已不是概念上密级配。〔1〕按标准要求4.75mm通过率不大于45%，施工经验说明小于4.75mm的通过率宜在最大理论密度线附近，即宜控制在42-46%；〔2〕按CA值可推算13.2mm的通过率为64-67%〔3〕按FAc值可推算1.18的通过率为15-20%〔4〕按FAc值可推算0.3的通过率为6-9%〔5〕按粉胶比计，结合AC-20的油石比4.2-4.4%，可定0.075的通过率宜为4-5%。〔6〕公称粒径19mm的通过率可按中值95%控制；禁区AC-20与Superpave19比较AC-20各关键筛的通过率19mm95%9.5mm64-67%4.75mm42-46%1.18mm15-20%0.3mm6-9%0.075mm4-5%合成级配某高速工程AC-20设计控制标准Superpave12.5控制点与禁区

禁区低渗水级配高渗水级配AC-13与Superpave12.5比较AC-13关键筛的通过率13.2mm95%4.75mm60-65%2.36mm35-40%0.075mm5-6%AC-13关键筛的通过率是优先考虑密水功能，考虑抗滑要求，可在此根底上提高粗集料的含量！AC-25设计空隙率4%现场空隙率按4-7%控制AC-20设计空隙率4.5%现场空