沥青混合料配合比设计-孙老师省公开课金奖全国赛课一等奖微课获奖

沥青混合料配合比设计长安大学：孙忠义1/60一、混合料分类2/601．按矿料级配组成及空隙率大小分为：密级配、半开级配、开级配混合料。1）密级配沥青混合料设计空隙率2～6%，按最大粒径、级配又分为：密实型沥青混凝土混合料（以AC表示）、密实型沥青稳定碎石混合料（以ATB表示）密实型沥青马蹄脂碎石（以SMA表示）。按关键性筛孔经过率不一样又可分为细型、粗型密级配沥青混合料。粗集料嵌挤作用很好也称嵌挤密级配沥青混合料3/602）半开级配沥青碎石混合料由适当百分比粗集料、细集料及少许填料(或不加填料)与沥青结合料拌和而成，剩下空隙率在6%～12%（以AM表示）。3）开级配沥青混合料矿料级配采取间断级配，主要由粗集料嵌挤组成，细集料及填料较少，设计空隙率大于18%沥青混合料。4/602．按矿料级配种类分为：连续级配、间断级配和沥青碎石混合料。1）连续级配混合料按级配标准，从大到小各粒级都有，并按百分比相互搭配组成。包含密级配沥青混凝土、密级配沥青石。2）间断级配混合料连续级配级配组成中缺乏1个或几个粒级（或用量极少）混合料。包含沥青马蹄脂碎石（SMA）、排水式沥青磨耗层（OGFC）和排水式沥青碎石基层（ATPB）。3）沥青碎石混合料5/603．按公称最大粒径分为：特粗式（公称最大粒径等于或大于31.5mm）粗粒式（公称最大粒径为26.5mm）中粒式（公称最大粒径为16mm或19mm）细粒式（公称最大粒径为9.5mm或13.2mm）砂粒式（公称最大粒径小于9.5mm）4．按制造工艺分为：热拌沥青混合料、冷拌沥青混合料、再生沥青混合料等。6/60二、路面使用性能气候区7/60沥青混合料配合比设计中，不论是选择原材料，还是套用混合料技术标准，都必须已知道路所在地域气候区和雨量气候区。沥青路面使用性能气候分区由三级区划组成。1、一级区划为高温分区，以近30年内最热月平均最高气温平均值为最热月平均最高气温分为夏酷热区、夏热区和夏凉区3个区。8/60

高温分区指标（一级区划）:

高温分区气候区名称最热月平均最高气温（℃）

1夏酷热区＞302夏热区20～303夏凉区）＜202、二级区划为低温分区，以近30年内极端最低气温最小值分为冬严寒区、冬寒区、冬冷区和冬温区4个区。9/60低温分区指标（二级区划）低温气候区气候区名称极端最低气温（℃）1冬严寒区＜-37.52冬寒区-37.5～-21.53冬冷区-21.5～-9.04冬温区＞-9.0沥青路面温度分区由高温和低温组合而成，共12个温度分区，其中3个在我国不存在。温度分区第一个数字代表高温分区，第二个数字代表低温分区，数字越小表示气候原因越严重.10/60气候区名气候区名1-1夏酷热冬严寒2-3夏热冬冷1-2夏酷热冬寒2-4夏热冬温1-3夏酷热冬冷

3-1夏凉冬严寒不存在1-4夏酷热冬温3-2夏凉冬寒2-1夏热冬严寒3-3夏凉冬冷不存在2-2夏热冬寒3-4夏凉冬温不存在

温度分区组成:11/603、雨量分区（三级区划）以近30年内年降雨量平均值分为潮湿区、湿润区、半干区、干旱区。雨量分区指标（三级区划）雨量气候区气候区名称年降雨量（mm）1潮湿区＞1000

2湿润区1000～5003半干区500～2504干旱区＜250道路所在地域气候区和雨量气候区，可经过从当地气象部门取得相关资料，按上述各表中要求分区指标确定，也可查图（见规范）取得。

12/60三、普通沥青混合料配合比设计13/60按《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40—）要求，热拌沥青混合料配合比设计分为：目标配合比、生产配合比和生产标准（或试拌试铺）配合比三个阶段进行。（一）目标配合比设计

1、矿料配合比设计A、条件：a、混合料类型b、各种矿料筛分结果B、方法：a、图解法b、电算法

14/60C、矿料配合比调整标准：a、粗、细类型：沥青混凝土按关键筛孔经过量分为粗型（C型）和细型（X型）（见规范表5.3.2-1）夏季温度高，高温连续时间长，重载交通量大道路宜采取粗型。AC—25C4.75mm筛上经过量小于40。ATB—30也称沥青稳定碎石，本身就粗。15/60b、使合成级配曲线呈为S形

●降低最大公称粒径附近粗集料用量（最大公称粒径筛孔经过量应小，规范要求范围为90-100%，细则为95-100%，应为90-95%）。●降低0.6nn附近筛孔细料用量●适当提升石粉用量c、曲线应顺畅，防止出现锯齿形或犬牙形

16/60●方法：马歇尔法●做法：保持矿料配合百分比不变，改变沥青用量，制作最少5个油石比马歇尔试件，测定试件体积指标和稳定度、流值，结合技术标准，按要求方法确定沥青用量。●步骤：（1）、确定拌和温度及击实温度a、用粘度-温度曲线确定（见下）b、查表：拌和温度：140—160℃击实温度：130—150℃改性沥青比普通沥青高10—20℃2、确定沥青用量17/6018/60（2）、试件成型a、配料：按每次拌和一个试件配料，普通矿料为1200g。b、烘料：矿料烘干，并加热至比拌和温度高出10-20度c、拌和：矿料+沥青→拌匀+矿粉→拌匀，拌和时间3min，设定90s拌和温度150—160度

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d、装模：经过漏斗一次装入，插上温度计，靠近击实温度时，沿周围插捣15次，中间均匀插捣10次。e、击实：温度140—150度，两面各击75次，高度误差±1.3mm。f、脱模编号：次日。

20/60（3）、测试a、测高：画十字，取4个高度平均值b、称空气中质量c、称表干质量d、称水中质量e、测稳定度、流值f、实测最大毛体积相对密度（4）、计算（程序）a、毛体积相对密度b、空隙率c、矿料间隙率d、饱和度21/60（5）、确定沥青用量A、绘制沥青用量与马歇尔指标关系图。以沥青用量为横坐标，以密度、空隙率、矿料间隙率、饱和度、稳定度和流值分别为纵坐标，按试验结果绘制成沥青用量与各项指标关系曲线（如图)。B、确定最正确沥青用量初始值(OAC1)从图中分别取对应于稳定度最大值沥青用量a1，对应于密度最大值沥青用量a2，对应于设计空隙率中值沥青用量a3，对应于沥青设计饱和度中值沥青用量a4，OAC1＝(a1+a2+a3+a4)／322/60

假如在所选择沥青用量范围未能函盖沥青饱和度要求范围，按下式计算初始值OAC1。OAC1＝(a1+a2+a3)／3对所选择沥青用量范围，密度和稳定度没有出现峰值（最大值经常出现在曲线两端）时，可直接以目标空隙率所对应沥青用量a3作为OAC1，但OAC1必须界OACmin+OACmax范围内，不然应重新进行配合比设计。

23/60C、确定最正确沥青用量中值(OAC2)①按沥青混合料技术标准对稳定度、流值、空隙率和饱和度要求，分别确定满足各单个指标要求沥青用量范围（见图）。②画综合图，将满足各单个指标要求沥青用量范围，等百分比移到同一坐标图上，确定满足稳定度、流值、空隙率和饱度要求共同沥青用量范围OACmin～OACmax，其中值为OAC2。24/60

OAC2＝(OACmin+OACmax)／2D、确定沥青最正确用量(OAC)

OAC=（OAC1+OAC2）/2E、检验

从关系图中反查出OAC对应各项指标值，检验各项指标是否满足技术标准要求，OAC宜位于矿料间隙率曲线凹形最小值贫油一侧。

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对于高速公路、一级公路密级配沥青混合料，沥青用量确定后，还应进行相关验证试验，假如验证试验结果达不到技术标准要求，应调整配矿料配合比或更换材料重新进行配合比设计试验。验证试验项目包含：1）动稳定度检验2）水稳性检验（1）残留稳定度（2）残留强度比3）低温抗裂性能检验4）渗水系数检验3、配合比检验33/60

为高温稳定性检验指标

试件尺寸：300×300×50mm

试验温度：60℃

橡胶轮着地压力：0.7MPa（等同后轴100KN汽车轮胎着地压力）橡胶轮速度：往返42次/min试验时间：1h，测45min-60min变形

①动稳定度检验34/60

a、残留稳定度：最正确沥青用量下，浸水（60℃）48h稳定度与标准稳定度之比。b冻融劈裂强度比：是将马歇尔试件在要求条件下真空度饱水，在负温下快速冻结，在高温下溶解并恒温一定时间后进行劈裂抗拉试验，称为冻融劈裂。劈裂温度为25℃，加载速率为50mm／min。其劈裂强度与未经冻融试件劈裂强度比称为冻融劈裂强度比。

②水稳定性能检验35/60

意义：

本方法名为冻融劈裂，其真正含义是检验沥青混合料抗水害能力，不过条件比普通浸水更苛刻一些，比残留稳定度更难满足。它不一样于抗冻性试验，抗冻性试验冻融循环次数多达几十次，甚至数百次。所以它即使是冻融循环试验，因为是评价混合料水稳定性，对南方非冰冻地域也是适用。沥青混合料水稳性能应符合要求。36/60

③.低温性能检验（对密级配沥青混合料）

方法概要：将车辙试板加工成棱柱体试件在，在-10℃试验温度下，以50mm／min速率加载进行弯曲试验，测定破坏强度、应变、劲度模量，综合评价沥青混合料低温抗裂性能。

技术标准：低温弯曲破坏应变应符合下表要求。37/60改性沥青混合料低温弯曲破坏应变技术要求表3

气候条件与技术指标对应于以下气候分区所要求破坏应变（）年极端最低气温(℃)及气候分区＜-37.0℃-21.5℃～-37.0℃-9.0℃-21.5℃＞-9.0℃1.冬严寒区2.冬寒区3.冬冷区4.冬温区1-12-11-22-23-21-32-31-42-4改性沥青混合料，大于300035002500300035002500150038/60④.渗水性能检验混合料渗水系数（ml/min）要求密级配沥青混凝土，小于12039/604.配合比修正与材料更换1）矿料配合比修正

当不能确定共同范围时，能够经过调整VMA来处理，即经过调整矿料配合百分比，在要求级配范围内修正合成级配。对VMA小情况，经过使合成级配曲线向级配范围下限移动方法来处理；对VMA大情况，经过使合成级配曲线向级配范围上限移动方法来处理。另外，还能够经过增加砂（尤其细砂）用量增加VMA；减小石粉用量减小VMA方法来处理。

40/602）.更换材料矿料配合比修正是在限定合成级配范围内，在矿料品种、规格、级配不变前提下百分比调整，对混合料空隙率略偏大或偏小，能够奏效。假如问题比较严重，如空隙率过大或过小，极难奏效，此时必须考虑更换材料。在配合比修正或更换材料时，要明确影响沥青混合料性能相关原因及影响结果，结合配合比存在实际问题，采取有效处理办法，使问题得以处理。影响混合料性能原因见规范。41/60（二）生产配合比调整1）确定各热料仓矿料配合百分比：依据拌和楼生产能力和矿料配合百分比，确定各冷料仓流量，经重复调整使合成级配满足目标配合比要求。经过烘干鼓向拌和楼送料，从各热料仓分别取样，做筛分试验，用图解法或电算法确定各热料仓矿料配合百分比。2）确定沥青用量：在目标配合比设计确定最正确沥青用量基础上，±0.3%成型3个沥青用量马歇尔试件，测定全部指标值，结合经验确定生产配合比沥青用量。42/60四、SMA配合比设计43/60

SMA混合料配合比设计仍按热拌沥青混合料目标配合比、生产配合比和试拌试铺配合比三个阶段进行，分阶段确定矿料配合比和最正确沥青用量。（一）目标配合比设计1.确定矿料配合百分比（1）粗集料骨架分界筛孔

44/60SMA矿料级配采取间断级配，其级配类型分为中粒式和细粒式两类:

a、中粒式：包含SMA—20、SMA—16,粗集料骨架分界筛孔为4.75.b、细粒式：包含SMA—13、SMA—10,粗集料骨架分界筛孔为2.3645/60(2)确定矿料初步级配

依据设计SMA混合料类型，按其级配要求，调整各种矿料百分比，设计3个粗细不一样初步矿料级配。3个级配4.75mm（或2.36mm)筛孔经过率分别为中值、中值+3％、中值-3％，其矿粉数量宜相同，使0.075mm经过率为10％左右。46/60（3）确定各初试级配粗集料捣实状态下松装空隙率a、筛除各级配中小于粗集料骨架分界筛孔料，用捣实法测定粗集料骨架混合料毛体积相对密度。b、计算粗集料骨架混合料平均毛体积相对密度（类似理论密度计算）c、计算松装空隙率47/60

（4）确定SMA混合料试件中粗集料骨架间隙率a、予估SMA混合料油石比（普通取6%），也可用谢伦堡析漏试验和肯塔堡飞散试验确定，作为初试油石比，制作马歇尔试件，用表干法测定试件毛体积相对密度。b、计算SMA混合料最大理论相对密度，其中纤维部分百分比不得忽略。c、计算试件空隙率、集料间隙率、饱和度（同普通沥混）。d、计算粗集料骨架间隙率48/60（4）确定矿料级配条件：a、松装空隙率大于粗集料骨架间隙率b、VMA＞16．5％从3个初步级配试验结果中选择同时满足上述两个条件要求级配作为设计级配。当有1个以上级配同时符合上述两个条件要求时，以4.75mm筛上经过率大级配为设计级配。49/602.确定最正确沥青用量a、马歇尔试验依据初试油石比试验空隙率情况，以0.2％～0.4％为间隔，取3个以上不一样油石比，拌制混合料，制作马歇尔试件，每一组试件数不得少于6个，其中两个用于真空法实测理论最大毛体积相对密度，其余用作马歇尔稳定度试验。若初试油石比空隙率及各项体积指标恰好符合设计要求时，可直接作为最正确油石比。50/60

b、稳定度试验进行马歇尔稳定度试验，检验稳定度和流值是否符合技术标准要求。技术标准表中稳定度和流值并不作为配合比设计能够接收或者否决唯一指标，允许依据同类型SMA工程经验给予调整，放宽标按时应符合表注要求，对改性沥青SMA试件流值可不作要求。

51/60c、确定OAC

绘制各项体积指标与油石比关系曲线，依据希望设计空隙率，确定最正确油石比OAC。马歇尔试件设计空隙率VV应符合规范要求，在酷热地域空隙率宜选择靠近上限，严寒地域空隙率可选择靠近中、下限。当击实次数为75次时，设计空隙率不宜超出4％。52/603.配合比检验与调整（1）检验：按确定矿料级配和最正确沥青用量，进行以下配合比检验试验。①谢伦堡沥青析漏试验：试验温度应该与生产时最高出料温度一致，无明确要求时，非改性沥青混合料试验温度宜为170℃，改性沥青混合料试验温度宜为185℃。②肯塔堡飞散试验：标准试验温度为20℃，水中养护时间为20h。在多雨潮湿地域，也可进行浸水飞散试验，试验温度为60℃，水中养护时间为48h。53/60

③车辙试验：对混合料高温抗车辙能力进行验证，其试验温度为60℃，荷载压强为0.7MPa。如有特殊需要，可依据情况提升试验温度或荷载强度。④水稳定性检验：应进行48h浸水马歇尔试验残留稳定度和冻融劈裂试验强度比检验。当掺加除消石灰、水泥外抗剥落剂时，必须按试验规程要求对混合料进行老化处理。⑤渗水系数和结构深度检验：SMA混合料应采取轮碾法成型试件进行表面渗水系数和结构深度检验。54/60

（2）配合比调整：

以上检验项目全部指标值必须满足要求，假如配合比检验不能经过，应依据存在问题，重新调整配合比，重新进行试验，调整可参考下表进行。VMA低4.75mm经过率太高核实试验结果准确性0.075mm经过率太高减小分界筛孔经过率集料过分破碎集料毛体积相对密度不正确VMA高4.75mm经过率太低核实试验结果准确性0.075mm经过率太低增加分界筛孔经过率

55/60集料毛体积相对密度不正确空隙率低：VMA低核实试验结果准确性沥青用量高减小沥青用量或增加VMA空隙率高：VMA高核实试验结果准确性高沥青用量少增加沥青用量或减小VMAVCA高：4.75mm经过率太高集核实试验结果准确性56/60空隙率高VMA高核实试验结果准确性沥青用量少增加沥青用量或减小VMAVCA高4.75mm经过