《道路建筑与养护材料》能力训练五 热拌沥青混合料配合比设计

能力训练五热拌沥青混合料配合比设计PAGEPAGE12热拌沥青混合料配合比的设计训练目的：掌握热拌沥青混合料配合比的设计训练要求：根据已知条件选择合适的材料，确定出满足设计要求的沥青混合料的最佳组成。训练指导:沥青混合料配合比设计的目的沥青混合料设计的目的是选择合适的材料，确定混合料的最佳组成，使之满足设计规定的路用性能要求，而且经济合理。二、沥青混合料配合比设计内容配合比设计的内容包括目标配合比设计阶段（试验室内试验完成）、生产配合比设计阶段（施工现场反复调试冷料仓进料速度，以达到供料均衡）、生产配合比验证阶段（通过现场做试验段进行试拌、试铺，再进行调整）。试验室配合比设计包括两部分：矿质混合料组成设计、沥青最佳用量确定。三、沥青路面配合比设计的依据设计的依据有： 《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF4－2004）《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052-2000）四、沥青混合料配合比设计步骤五、沥青路面配合比设计步骤（一）目标配合比设计步骤目标配合比设计按图1的步骤进行。1．矿质混合料组成设计目的：选配一个具有足够密实度，并且有较高内摩阻力的矿质混合料。1）确定沥青混合料类型依据道路等级、路面类型，所处结构层作选择沥青混合料类型2）确定矿料的级配范围混合料矿料配合组成设计的目的是选配一个既能保证具有足够密实度又能保证稳定性，并且有较高内摩擦阻力的矿料级配范围。可以根据级配理论计算出需要的矿料级配范围，通常是采用《公路沥青路面施工技术规范》推荐的矿质混合料级配范围来确定。3）矿质混合料配合比设计①组成材料的原始数据测定：取样、筛分、测密度②计算组成材料的配合比：根据试算法、图解法确定，也可借助电子计算机的电子表格试配法进行。③调整配合比a：一般情况下应接近设计级配中值，尤其是0.075、2.36、4.75mm三个粒径，必须满足规范的要求。b：高速公路、一级公路、城市快速路等,宜偏向级配范围的下(粗)限一般公路宜偏向级配范围的上（细）限c：合成级配不得有太多的锯齿形交错，当反复调整不能满意时，宜更换材料设计。2.确定沥青混合料的最佳沥青用量《公路沥青路面施工技术规范》规定：采用马歇尔试验法确定沥青用量1）制备试样（1）按确定的矿质混合料配合比，计算各矿料用量。（2）确定沥青用量范围，按预估的油石比为中值，按一定间隔（对密级配沥青混合料通常为0.5％，对沥青碎石混合料可适当缩小间隔为0.3%-0.4%），取五个或五个以上不同的油石比分别成型马歇尔试件。2）马歇尔试验（1）测定压实沥青混合料试件的毛体积相对密度a.计算矿料混合料的合成毛体积相对密度b.计算矿料混合料的合成表观相对密度c.预估沥青混合料的适宜的油石比Pa或沥青用量Pbd.确定矿料的有效相对密度对普通沥青混合料，以下面公式计算： 式中：γse——合成矿料的有效相对密度；γb——试验采用的沥青用量(占混合料总量的百分数)，％；γt——试验沥青用量条件下实测得到的最大相对密度，无量纲；γb——沥青的相对密度(25℃／25℃)，无量纲。对改性沥青混合料，有效相对密度宜直接由矿料的合成毛体积相对密度与合成表观相对密度按下式计算确定式中：γse——合成矿料的有效相对密度；C——合成矿料的沥青吸收系数，可按矿料的合成吸水率求取；Wx——合成矿料的吸水率，％；γsb——材料的合成毛体积相对密度，无量纲；γsa——材料的合成表观相对密度，无量纲。e.确定沥青混合料的最大理论相对密度对普通沥青混合料，在成型马歇尔试件的同时，按规范的要求用真空法实测各组沥青混合料的最大理论相对密度。当只对其中一组油石比测定最大理论相对密度时，也可按下面公式计算其他不同油石比时的最大理论相对密度。对改性沥青混合料宜按下面公式计算各个不同沥青用量混合料的最大理论相对密度。f.计算沥青混合料试件的空隙率、矿料间隙率、有效沥青的饱和度等体积指标。（2）进行马歇尔试验，测定稳定度和流值3）确定最佳沥青用量（1）绘制沥青用量与物理—力学指标关系图图马歇尔试验结果图（2）确定沥青混合料的最佳沥青用量OAC1a.取相应于密度最大值、稳定度最大值、空隙率、沥青饱和度范围的中值的沥青用量取平均值作为OAC1：OAC1=(a1+a2+a3+a4)/4b.沥青用量范围未能涵盖沥青饱和度的要求范围，取其它三者的平均值OACl=(a1+a2+a3)／3c.对所选试验的沥青用量范围，密度或稳定度没有出现峰值（最大值经常在两端）时，可直接以目标空隙率所对应的沥青用量a3作为OAC1，但OAC1必须介于OACmin－OACmax的范围内，否则应重新进行配合比设计。（3）以各项指标均符合技术标准(不含VMA)的沥青用量范围OACmin～OACmax的中作为OAC2。OAC2=(OACmin+OACmax)／2（4）通常情况下取OACl及OAC2的中值作为计算的最佳沥青用量OAC。OAC=(OACl+OAC2)／2（5）按上式计算的最佳油石比OAC，从图中得出所对应的空隙率和VMA值，检验是否能满足要求。OAC宜位于VMA凹形曲线最小值的贫油一侧。当空隙率不是整数时，最小VMA按内插法确定，并将其画入图中。（6）检查图中相应于此OAC的各项指标是否均符合马歇尔试验技术标准。密级配沥青混凝土混合料马歇尔试验技术标准(本表适用于公称最大粒径≤26．5mm的密级配沥青混凝土混合料)试验指标单位高速公路、一级公路夏炎热区(1—1、1—2、1—3、1—4区)夏热区及夏凉区(2—1、2—2,2—3、2—4、3—2区)其他等级公路行人道路中轻交通重载交通中轻交通重载交通击实次数(双面)次755050试件尺寸mmΦ101.6mm×63.5mm空隙率VV深约90mm以内%3～54～62～43～53～62～4深约90mm以下%3～62～43～63～6—稳定度MS不小于kN853流值FLmm2～41.5～42～4.52～42～4.52～5矿料间隙率VMA(%)不小于设计空隙率相应于以下公称最大粒径(mm)的最小VMA及VFA技术要求(％)(%)26.5191613.29.54.752101111.51213153111212.51314164121313.51415175131414.51516186141515.5161719沥青饱和度VFA(%)55～7065～7570～85注：1．对空隙率大于5％的夏炎热区重载交通路段，施工时应至少提高压实度1个百分点。2．当设计的空隙率不是整数时，由内插确定要求的VMA最小值。3．对改性沥青混合料，马歇尔试验的流值可适当放宽。（7）根据实践经验和公路等级、气候条件、交通情况，调整确定最佳沥青用量OAC。a.调查当地各项条件相接近的工程的沥青用量及使用效果，论证适宜的最佳沥青用量。检查计算得到的最佳沥青用量是否相近，如相差甚远，应查明原因，必要时重新调整级配，进行配合比设计。b.对炎热地区公路以及高速公路、一级公路的重载交通路段，山区公路的长大坡度路段，预计有可能产生较大车辙时，宜在空隙率符合要求的范围内将计算的最佳沥青用量减小0.1%～0．5%作为设计沥青用量。c.对寒区公路、旅游公路、交通量很少的公路，最佳沥青用量可以在OAC的基础上增加0.1％～0.3％，以适当减小设计空隙率，但不得降低压实度要求。（8）计算沥青结合料被集料吸收的比例及有效沥青含量。式中:Pba——沥青混合料中被集料吸收的沥青结合料比例，％；Pbe——沥青混合料中的有效沥青用量，％；γse——集料的有效相对密度，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——各种矿料占沥青混合料总质量的百分率之和，即Ps=100-Pb，％。如果需要，可按下式计算有效沥青的体积百分率“及矿料的体积百分率Vg.（9）检验最佳沥青用量时的粉胶比和有效沥青膜厚度。①计算沥青混合料的粉胶比，宜符合0．6～1．6的要求。对常用的公称最大粒径为13．2～19mm的密级配沥青混合料，粉胶比宜控制在0．8～1．2范围内。式中：FB——粉胶比，沥青混合料的矿料中0．075mm通过率与有效沥青含量的比值，无量纲；P0.075——矿料级配中O．075mm的通过率(水洗法)，％；Pbe——有效沥青含量，％。②计算集料的比表面，按下式估算沥青混合料的沥青膜有效厚度。各种集料粒径的表面积系数按表17采用。式中:SA—集料的比表面积,㎡/㎏。Pi——各种粒径的通过百分率，％；FAi——相应于各种粒径的集料的表面积系数，如表B．6．9所列；DA——沥青膜有效厚度，m；Pbe——有效沥青含量，％；γb——沥青的相对密度(25℃／25℃)，无量纲。注：各种公称最大粒径混合料中大于4．75mm尺寸集料的表面积系数FA均取0．0041，且只计算一次，4．75mm以下分的部FAi如表B.6.9所示。该例的SA=6．60m2／kg。若混合料的有效沥青含量为4．65％，沥青的相对密度1．03，则沥青膜厚度为DA=4.65/(1.03×6.60)×10=6.38μm.4）配合比设计检验（1）对用于高速公路和一级公路的密级配沥青混合料，需在配合比设计的基础上按技术规范要求进行各种使用性能的检验，不符合要求的沥青混合料，必须更换材料或重新进行配合比设计。(2)高温稳定性检验。对公称最大粒径等于或小于19mm的混合料,按规定方法进行车辙试验，动稳定度应符合下表的要求。沥青混合料车辙试验动稳定度技术要求气候条件与技术指标相应于下列气候分区所要求的动稳定度(次／mm)试验方法七月平均最高气温(℃)及气候分区>3020～30<201．夏炎热区2．夏热区3．夏凉区1—11—21—31—42—12—22—32—43—2普通沥青混合料，不小于8001000600800600T0719改性沥青混合料，不小于24002800200024001800注：1．如果其他月份的平均最高气温高于七月时，可使用该月平均最高气温。2．在特殊情况下，如钢桥面铺装、重载车特别多或纵坡较大的长距离上坡路段、厂矿专用道路，可酌情提高动稳定度的要求。3．对因气候寒冷确需使用针入度很大的沥青(如大于100)，动稳定度难以达到要求，或因采用石灰岩等不很坚硬的石料，改性沥青混合料的动稳定度难以达到要求等特殊情况，可酌情降低要求。4．为满足炎热地区及重载车要求，在配合比设计时采取减少最佳沥青用量的技术措施时，可适当提高试验温度或增加试验荷载进行试验，同时增加试件的碾压成型密度和施工压实度要求。5．车辙试验不得采用二次加热的混合料，试验必须检验其密度是否符合试验规程的要求。6．如需要对公称最大粒径等于和大于26．5mm混合料进行车辙试验，可适当增加试件的厚度，但不宜作为评定合格与否的依据。(3)水稳定性检验。按规定的试验方法进行浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验，残留稳定度及残留强度比均必须符合下表的规定。注：调整沥青用量后，马歇尔试件成型可能达不到要求的空隙率条件。当需要添加消石灰、水泥、抗剥落剂时，需重新确定最佳沥青用量后试验。沥青混合料水稳定性检验技术要求气候条件与技术指标相应于下列气候分区的技术要求(％)试验方法年降雨量（mm）及气候分区>1000500～1000250～500<2501．潮湿区2．湿润区3．半干区4．干旱区浸水马歇尔试验残留稳定度（%），不小于普通沥青混合料8075T0790改性沥青混合料8580冻融劈裂试验的残留强度比(％)，不小于普通沥青混合料7570T0729改性沥青混合料8075(4)低温抗裂性能检验。对公称最大粒径等于或小于19mm的混合料，按规定方法进行低温弯曲试验，其破坏应变宜符合下表的要求。沥青混合料低温弯曲试验破坏应变(με)技术要求气候条件与技术指标相应于下列气候分区所要求的破坏应变(με)试验方法年极端最低气温(℃)及气候分区<-37.0-21.5～-37.0-9.0～-21.5>-9.01．冬严寒区2．冬寒区3．冬冷区4．冬温区1—12—11—22—23—2l一32—3l一42—4普通沥青混合料，不小于260023002000改性沥青混合料，不小于300028002500T0728(5)渗水系数检验。利用轮碾机成型的车辙试件进行渗水试验检验的渗水系数宜符合下表的要求。沥青混合料试件渗水系数(m／min)技术要求级配类型渗水系数要求(m/min)试验方法密级配沥青混凝土，不大于120T07305）配合比设计报告（1）配合比设计报告应包括材料品种选择与原材料质量试验结果、矿料级配、最佳沥青用量，以及各项体积指标、配合比设计检验结果等。试验报告的矿料级配曲线应按规定的方法绘制。（2）当按调整沥青用量作为最佳沥青用量，宜报告不同沥青用量条件下的各项试验结果，并提出对施工压实工艺的技术要求。（二）生产配合比设计规范规定高速公路、一级公路使用间歇式拌和机拌和。对间歇式拌和机，应按规定方法取样测试各热料仓的材料级配，确定各热料仓的配合比，供拌和机控制室使用。同时选择适宜的筛孔尺寸和安装角度，尽量使各热料仓的供料大体平衡。并取目标配合比设计的最佳沥青用量OAC、OAC±0.3%等3个沥青用量进行马歇尔试验和试拌，通过室内试验及从拌和机取样试验综合确定生产配合比的最佳沥青用量，由此确定的最佳沥青用量与目标配合比设计的结果的差值不大于±0.2％。生产配合比阶段做的非常规试验主要有以下方面：1.冷料仓的流量试验冷料仓的流量试验就是要找到流量与集料规格、出料口开启程度、小皮带转速等之间的关系，并用流量关系曲线表示。根据计算的流量，在曲线上查得装有某种规格集料的冷料仓出口应张开得大小及小皮带应具备得转速。2.各热料仓供料比测定试验使用间歇式拌和机，冷料经烘干筒加热后，提升到拌和楼内进行筛分分档，每档分别进入各自的热料仓。但由于拌和楼的筛子长度有限，更兼有倾角的影响，集料不能充分筛分，流进各热料仓的集料不是按机内各筛号准确分级。因此还必须从各热料仓中取样进行筛分试验（即二次筛分），根据筛分结果进行矿料配合比计算，决定各热料仓的供料比例。3.温度及拌和时间试验经反复调整冷料仓供料比，达到供料平衡后，即可加沥青进行拌和。根据拌和后混合料的温度及其外观，决定集料和沥青的加热温度以及混合料的拌和时间。当每一锅出料后，目测认为不合适，则需重新进料，适当延长拌和时间。反复几次，直至合格为止。此时的拌和时间再加3～5S即为正式生产时的拌和时间。第一锅出料后，虽目测合格，须适当缩短拌和时间重新试拌。反复几次，直至不合格料出现为止。取不合格料出现前一次合