自编ac20c设计报告高速公路改造工程二十五标.docx
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自编ac20c设计报告高速公路改造工程二十五标
设计报告
项目名称：
高速公路改造工程二十五标
委托单位：
公路工程局集团有限公司
报告日期：
报告说明
1、实验室具有交通部公路工程综合甲级资质，通过省计量认证及国家实验室认可，具有向社会提供公证数据的资格。
2、报告未加盖试验室试验检测专用印章，报告无效，涂改和复印件均无法定效力。
3、报告无编制、审核、批准人签字无效。
4、送检方若对报告有异议，应于收到报告之日起天内，以书面形式向实验室提出，逾期视为对报告无异议。
5、报告结果仅对来样样品负责。
设计报告首页
工程项目
高速公路改造工程二十五标
委托单位
省公路工程局集团有限公司
样品名称
石灰岩集料
改性沥青
石灰岩矿粉
样品编号
产地
集料：
石料厂
矿粉：
矿粉厂
沥青：
韩国
规格型号
集料：
10-20；5-10；3-5；0-3
沥青：
SBS1-D
样品状态
完好，可检
样品数量
集料：
10-20、5-10、3-5、0-3各200公斤
矿粉：
100公斤，
沥青：
50公斤。
送样日期
2007.5.12
设计日期
2007.6.12.
设计项目
AC-20沥青混合料目标配合比设计
设计依据
JTGF40-2004《公路沥青路面施工技术规范》
JTJ052-2000《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》
JTGE42-2005《公路工程集料试验规程》
«高性能沥青路面（superpave）基础参考手册»（ISBN7-114-05568-4，2005年第1版）
主检设备名称编号
洛杉矶磨耗仪（TG-107-1-02），旋转压实仪（LQ-DT-07），最大理论密度仪（LQ-201-08），马歇尔击实仪（LQ-105-04），马歇尔稳定度仪（LQ-105-08），电子式万能试验机（TG-TD-02）,沥青混合料车辙仪（LQ-DT-05）
设计结论
见设计报告正文第五项“室内配合比设计结论”
备注
编制：
审核：
批准：
签发日期：
2007年6月12日
一、概述
受省公路工程局集团有限公司委托,省交通科学技术研究院有限公司承担高速改造工程二十五标AC-20中面层目标配合比设计。
本次AC-20沥青混合料室内配合比设计参考«高性能沥青路面（superpave）基础参考手册»（ISBN7-114-05568-4，2005年第1版,以下简称“手册”），并根据我国«公路沥青路面施工技术规范»（JTGF40-2004，以下简称“规范”）的要求进行了沥青混合料水稳定性能验证、高温稳定性能验证和低温抗裂性能验证。
二、材料
本次试验所用集料为卫辉唐庄永胜石料厂的集料，沥青为现代交通道路科技有限责任公司生产的SBS1-D沥青，矿粉为新乡浦江矿粉厂的矿粉。
依据JTGE42-2005《公路工程集料试验规程》进行了集料性质试验（试验结果见表2-1）、各种集料的密度试验（试验结果见表2-2）、沥青密度试验（试验结果见表2-3）。
表2-1集料性质试验结果汇总表
试验项目
试验值
技术标准
集料认同特性
粗集料棱角性（%）
100
85/80
（1）
细集料棱角性（%）
41.3
≥40%
（2）
针片状颗粒（%）
7.2
≤10%
（2）
砂当量（%）
82.0
≥60%（3）
集料料源特性
洛杉矶磨耗损失（%）
25.2
≤30%（3）
坚固性（%）
0
≤12%（3）
注:
（1）“85/80”指粗集料的85%有一个破碎面，80%有两个破碎面。
（2）引用Superpave标准。
（3）引用规范标准。
表2-2集料相对密度试验结果表
集料规格
表观相对密度
毛体积相对密度
吸水率（%）
（10-20）mm碎石
2.719
2.693
0.36
（5-10）mm碎石
2.719
2.685
0.46
（0-3）mm机制砂
2.719
2.671
0.65
表2-3沥青相对密度试验结果表
沥青类型
沥青相对密度
SBS1-D沥青
1.030
三、设计集料结构的选择
1、初选级配
依据Superpave设计方法,在选择集料结构时，首先调试选出粗、中、细三个级配,根据集料的性质（密度和吸水率）计算出三个级配的初始沥青用量，然后用初始沥青用量成型试件，根据试验结果计算出这三个级配的沥青混合料在空隙率为4.0％时所需的沥青用量及相应的沥青混合料体积性质，如矿料间隙率（VMA）、沥青饱和度（VFA）、粉胶比（DP）、初始旋转次数压实度等（％Gmm@ini）。
表3-1为各种集料的筛分试验结果、三个试验级配的矿料比例及三个试验级配各筛孔尺寸矿料通过量明细表。
表3-2为估算沥青用量汇总表。
图3-1三种试验级配曲线
表3-1初选级配的矿料比例和合成级配
2#料（10-20）mm
3#料（5-10）mm
5#料（0-3）mm
合成级配
级配1
42
25
33
级配2
40
24
36
级配3
38
23
39
筛孔
mm
通过量（％）
级配1
级配2
级配3
31.5mm
100.0
100.0
100.0
100.0
100.0
100.0
26.5mm
100.0
100.0
100.0
100.0
100.0
100.0
19.0mm
95.9
100.0
100.0
98.3
98.3
98.4
16..0mm
73.5
100.0
100.0
88.9
89.4
89.9
13.2mm
41.5
100.0
100.0
75.4
76.6
77.8
9.5mm
5.4
97.4
100.0
59.6
61.5
63.4
4.75mm
0.4
6.6
100.0
34.8
37.7
40.7
2.36mm
0.3
0.6
70.1
23.4
25.5
27.6
1.18mm
0.2
0.5
52.1
17.4
19.0
20.5
0.60mm
0.2
0.4
32.7
11.0
12.0
12.9
0.30mm
0.2
0.4
23.4
7.9
8.6
9.3
0.15mm
0.2
0.4
17.0
5.8
6.3
6.8
0.075mm
0.2
0.4
13.4
4.6
5.0
5.4
表3-2估算沥青用量汇总表
试验级配
Gsb
Gsa
Gse
Vba（cm3）
Vbe（cm3）
Ws（g）
Pbi（%）
1
2.684
2.719
2.712
0.0089
0.089
2.328
1.16
2
2.683
2.719
2.712
0.0091
0.089
2.328
4.16
3
2.683
2.719
2.711
0.0092
0.089
2.329
4.17
表中:
Gsb-------总集料的毛体积相对密度（总集料由粗集料、细集料及填料组成）；
Gsa------总集料表观相对密度；
Gse------集料有效相对密度；
Vba------吸收进集料的沥青胶结料体积，cm3；
Vbe------有效沥青胶结料的体积，cm3；
Ws------每立方厘米混合料中集料质量，g；
Pbi-------估算沥青用量，%。
2、试验级配的评价
根据各个级配的估算沥青用量结果，拟用3.85%的沥青用量采用旋转压实仪成型试件,旋转压实仪设定的单位压力为0.6Mpa。
根据委托单位施工路段交通量估计数据，本次设计选择压实次数N最初=8次，N设计=100次，N最大=160次。
在估算沥青用量下的三种试验级配旋转压实试验结果汇总于表3-3。
表3-3三种试验级配旋转压实试验结果汇总表
级配
计算最大理论相对密度
试件编号
高度
（mm）
160次空气中重
（g）
水中重
（g）
饱和面干重（g）
160次毛体积相对密度
100次毛体积相对密度
初始次数压实度（%）
设计次数压实度（%）
8次
100次
级配1
2.540
1
131.01
116.26
4830.2
2873.5
4835.1
2.462
2.425
84.80
95.46
2
130.50
116.04
4854.8
2895.4
4859.7
2.472
级配2
2.540
1
131.03
116.86
4918.0
2934.8
4921.0
2.476
2.438
85.54
95.96
2
131.63
117.26
4925.0
2939.8
4928.0
2.477
级配3
2.540
1
130.87
117.08
4944.3
2954.0
4947.6
2.480
2.441
85.94
96.10
2
130.96
117.06
4952.8
2953.9
4949.9
2.478
表3-4三种级配估算沥青用量试验结果评价表
级配
4%空隙率沥青用量（%）
VMA（%）
（设计次数）
VFA（%）
（设计次数）
DP（%）
初始次数
压实度（%）
1
4.52
13.5
70.3
1.1
85.34
2
4.33
13.1
69.4
1.3
85.58
3
4.33
12.5
68.0
1.4
85.84
Superpave标准
不小于13
65~75
0.6~1.2*
≤89
注:
*表示当级配通过禁区下方,粉胶比（DP）可增加到0.8~1.6。
表3-4为三种级配估算沥青用量试验结果评价表，依据表3-4的评价指标，可以得出级配2、级配3满足superpave设计要求，根据实际应用经验，本次配合比设计选择级配2为设计级配。
3、选择设计级配的沥青用量
设计级配确定后，由表3-4并根据设计经验，取Pa为4.5%，四个油石比分别为：
4.0%、4.5%、5.0%、5.5%。
在选择设计沥青用量的试验时，压实次数设定在N最大，本次N设计=100次，本次N最大=160次。
表3-5设计级配四种沥青用量试验结果汇总表
油石
比
（%）
计算最大理论相对密度
试件编号
高度
（mm）
空气中重
（g）
水中重
（g）
饱和面干重（g）
160次毛体积相对密度
100次毛体积相对密度
初始次数压实度（%）
设计次数压实度（%）
8次
100次
4.0.
2.558
1
131.68
117.67
4898.0
2913.9
4905.0
2.460
2.421
84.50
94.66
2
131.33
117.13
4883.0
2902.9
4886.0
2.462
4.5
2.540
1
131.03
116.86
4918.0
2934.8
4921.0
2.476
2.438
85.54
95.96
2
131.63
117.26
4925.0
2939.8
4928.0
2.477
5.0
2.522
1
130.59
116.57
4949.0
2961.0
4950.0
2.488
2.454
86.72
97.30
2
130.92
116.52
4965.0
2976.4
4965.0
2.497
5.5
2.505
1
130.62
116.34
4989.0
2985.3
4990.0
2.489
2.458
87.36
98.10
2
131.26
116.87
4993.0
2989.0
4994.0
2.490
表3-6四种沥青用量沥青混合料体积性质
油石比
（%）
在设计压实次数（100次）时
DP
（%）
初始次数压实度（%）
压实度（%）
VMA
（%）
VFA
（%）
4.0
94.66
13.2
59.4
1.5
84.50
4.5
95.96
13.0
69.1
1.3
85.54
5.0
97.30
12.9
79.0
1.2
86.72
5.5
98.10
13.2
85.7
1.1
87.36
Superpave标准
不小于13
65~75
0.6~1.2
≤89
注:
*表示当级配通过禁区下方,粉胶比（DP）可增加到0.8~1.6
根据表3-6中4.0%、4.5%、5.0%、5.5%四个油石比的体积性质，通过图标插值法得到空隙率4.0%时对应的油石比为4.5%，设计油石比为4.5%。
VV、VMA、VFA、DP与油石比的关系见图3-2。
图3-2体积指标与油石比关系曲线图
4、最大次数验证
依据第3章设计结果取油石比为4.5%，采用油石比4.5%成型试件，验证4.5%的油石比在压实次数设定在N最大时对应的体积性质指标（本次N最大=160次），试验结果汇总于表3-7。
表3-7设计沥青用量验证试验结果表
油石比
（%）
在设计压实次数（100次）时
DP
（%）
初始次数压实度（%）
最大次数压实度（%）
压实度（%）
VMA
（%）
VFA
（%）
4.5
95.96
13.0
69.1
1.3
85.54
97.50
技术标准
96.0
不小于13
65~75
0.6~1.2*
≤89
≤98
注:
*表示当级配通过进去下方,粉胶比（DP）可增加到0.8~1.6。
5、设计结果
通过以上试验和分析,选择级配2为设计级配,矿料配合比为10～20：
5～10：
机制砂=40：
24：
36，最佳油石比为4.5％，其对应的沥青混合料特性如表3-9所示。
表3-9混合料体积性质表
沥青混合料特性
设计结果
Superpave标准
空隙率VV（%）
4.0
4.0
矿料间隙率VMA（%）
13.0
不小于13
饱和度VFA（%）
69.1
55~70
粉胶比DP（%）
1.3
0.6~1.2
初始次数压实度（%）
85.54
≤89*
最大次数压实度（%）
97.50
≤98
注：
*表示当级配通过禁区下方，粉胶比可增加到0.8～1.6。
6.马歇尔试验结果
按设计级配和油石比进行马歇尔击实试验，试验结果图标3-10所示。
表3-10沥青混合料马氏试验结果
指标
结果
油石比
（%）
马歇尔毛体积相对密度
理论相对密度
空隙率
（%）
稳定度
（KN）
流值（0.1mm）
饱和度（%）
矿料间隙率（%）
体积
性质
4.5
2.428
2.540
4.4
18.52
36
67.2
13.4
四、验证试验
（1）水稳定性性能试验
为检验AC-20沥青混合料的抗水损害能力，按照设计要求分别进行了AASHTOT283试验和浸水马歇尔试验，试验结果分别见表4-1和标4-2。
表4-1AASHTOT283试验结果
混合料类型
标准
冻融
TSR*
（%）
要求
（%）
空隙率（%）
劈裂强度（MPa）
空隙率（%）
劈裂强度（MPa）
AC-20
5.3
0.883
5.1
0.854
82.9
≥80
5.1
0.988
5.4
0.829
5.4
1.010
5.2
0.723
5.3
1.014
5.5
0.824
平均值
5.3
0.974
5.3
0.807
注：
*冻融组劈裂强度与非冻融组劈裂强度的百分比。
表4-2浸水马歇尔稳定度试验结果
混合料类型
标准（0.5h）
浸水（48h）
残留稳定度
（%）
要求（%）
空隙率
（%）
马歇尔稳定度
（KN）
流值（0.1mm）
空隙率（%）
马歇尔稳定度
（KN）
流值（0.1mm）
AC-25
4.3
18.88
35.8
4.4
17.92
38.4
93.9
≥85
4.3
18.65
32.3
4.4
16.49
36.6
4.4
17.98
36.5
4.3
18.78
37.2
4.5
18.56
39.9
4.4
16.38
39.1
平均值
4.4
18.52
36
4.4
17.39
38
（2）高温稳定性能验证
试验条件：
在60±1℃，0.7±0.05MPa条件下进行车辙试验以检验沥青混合料的高温稳定性，动稳定度试验结果见表4-3所示。
表4-3车辙试验动稳定度
混合料类型
油石比（%）
车辙动稳定度
要求
变异系数（%）
1
2
3
平均
AC-20
4.5
7000.0
7000.0
5618.2
6539
≥2800
12.2
（3）低温抗裂性能
试验条件：
在－10℃、速率50mm/min条件下进行低温小梁弯曲试验。
试验结果如表4-4所示。
表4-4低温小梁弯曲试验结果
试件编号
最大荷载（KN）
跨中挠度（MPa）
抗弯拉强度（MPa）
劲度模量（MPa）
破坏应变（με）
要求
（με）
1
1366
0.48
10.61
4128.5
2570.4
不小于2500
2
1260
0.48
9.79
3808.1
2570.4
3
1271
0.47
10.23
4158.0
2460.5
4
1397
0.5
11.22
4273.2
2625.0
5
1389
0.501
11.18
4262.8
2622.7
6
1411
0.478
11.26
4485.2
2509.5
平均
1349
0.485
10.71
4185.6
2559.7
五、室内配合比设计
根据所用的集料、矿粉、沥青等原材料，按照设计标准进行室内配合比设计，得到的设计沥青用量为4.3%（油石比为4.5%）。
通过沥青混合料的各项性能试验可知，混合料抗水稳定性能、高温稳定性和低温抗裂性能满足设计要求，因此本次目标配合比设计可作为工地生产配合比设计依据。
表5-1设计沥青用量及矿料的比例
油石比（%）
矿料名称及比例（%）
2#碎石
10～20
3#碎石
5～10
5#机制砂
4.5
40
24
36
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