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路基路面材料试验检测任务书

路基路面材料试验检测任务书（2.2.1）

授课教师

霍轶珍

授课班组

07级路桥一班第1小组

授课时间

2009.11.09

工作任务

根据路面结构设计要求，完成路面工程原材料试验检测任务。

学习领域

道路桥梁工程原材料及路面技术性能试验检测。

学习目标

掌握水泥技术性质及试验检测方法，并能正确选择、使用水泥。

学习情境

内蒙古自治区白音华至霍林郭勒一级公路路基路面工程，由路面结构方案可知其路面上面层采用8cmAC25沥青混合料，中面层采用6cmAC20沥青混合料面层，上面层是4cmSMA-13沥青混合料。

学习

任

务

分

析

一

级

任

务

1.确定上面层、中面层矿料工程设计级配

2.确定最佳油石比。

3.成型歇尔试验试件。

4.掌握如何对路面各结构层材料进行配合比设计，并了解有那些对设计配合比进行验证的试验。

5.掌握SMA沥青混合料的特点。

二

级

任

务

1.确定各种矿料级配范围，确定各矿料的组成比例，得到矿料工程设计级配

2.求沥青的最佳油石比，确定目标配合比

3.完成马歇尔试件成型试验，测定其稳定度和流值、油石比。

学

习

任

务

要

求

1.掌握如何确定特定沥青混合料的矿料工程设计级配

2.掌握如何进行沥青混合料的配合比设计。

3.掌握如何成型马歇尔试件，测定其流值、稳定度和油石比。

3.以学生工作页、思维导图、试验报告、筛分曲线等形式在专业教室展示学习成果，并与其它试验小组同学及教师共同对试验成果作出质量评定，对学习任务完成情况进行检查评价。

备注

沥青混和料试验是道路桥梁工程技术专业的最重要的试验，包含了大量的综合性专业知识，其试验过程和难度也是比较大的，同学应重点掌握矿质混和料配合比设计的基本原理和沥青混和料试验基本原理和步骤。

补充学习资料

一、沥青混合料的补充知识

1.沥青混合料的定义及分类

沥青混合料是沥青混凝土混合料和沥青碎石混合料的总称，其中热拌沥青混合料（HMA）适用于各种等级公路的沥青路面。

其种类按集料公称最大粒径、矿料级配、空隙率划分，分类见表12-20

热拌沥青混合料种类表12-20

混合料类型

密级配

开级配

半开级配

公称最

大粒径

（mm）

最大

粒径

（mm）

连续级配

间断级配

沥青稳

定碎石

沥青

混凝土

沥青稳定碎石

沥青玛蹄脂碎石

排水式沥青磨耗层

排水式沥青碎石基层

特粗式

－

ATB-40

ATPB-40

－

37.5

53.0

粗粒式

－

ATB-30

ATPB-30

－

31.5

37.5

AC-25

ATB-25

ATPB-25

－

26.5

31.5

中粒式

AC-20

－

SMA-20

AM-20

19.0

26.5

AC-16

－

SMA-16

OGFC-16

AM-16

16.0

19.0

细粒式

AC-13

－

SMA-13

OGFC-13

AM-13

13.2

16.0

AC-10

－

SMA-10

OGFC-10

AM-10

9.5

13.2

砂粒式

AC-5

－

AM-5

4.75

9.5

设计空隙率（％）

3～5

3～6

3～4

>18

6～12

其中：

1）沥青混凝土混合料（简称AC）—由适当比例的粗集料、细集料及填料与沥青在严格控制条件下拌和的沥青混合料。

2）沥青碎石混合料（简称AM）—由适当比例的粗集料、细集料、及填料（或不加填料）与沥青拌和的沥青混合料。

3）SMA沥青混合料：

SMA沥青混合料的概念：

SMA是一种由优质沥青、纤维稳定剂、矿粉及少量的细集料、矿粉及少量的细集料组成的沥青玛蹄脂填充间断级配粗集料骨架间隙的一种新型沥青混合料，它的最基本的组成是碎石骨架和沥青玛蹄脂混合料两部分。

2.SMA沥青混合料介绍

1）SMA沥青混合料的特点

由于我国大多数道路的沥青混合料是悬浮密实结构，因此密实度和强度都较大。

但受沥青材料的性质和物理状态的影响较大，所以稳定性较差。

加之我国国产沥青中含蜡量较高，高温稳定性更加受到影响，所以在现代重型汽车交通荷载作用下，路面容易因热稳性不足而产生车辙、波浪、推移等变形，从而影响其正常使用。

而且由于沥青的温感性，又会产生低温裂缝、泛油的不易克服的病害问题。

SMA沥青混合料由于其自身的特定而与我国现行的密级配沥青混合料在集料配比和沥青含量有所不同。

SMA沥青混合料与密级配沥青混合料相比，具有粗集料含量高、沥青含量高、矿粉含量高以及低的空隙率等特点。

粗集料含量高，增加集料与集料的接触，提高了抵抗永久变形的能力；沥青含量高和矿粉用量多，增加沥青的粘结能力，提高了路面的耐久性；低空隙率减少水的渗入和混合料老化硬化。

2）SMA沥青混合料与AC沥青混合料的比较

SMA的高温稳定性要明显优于AC的高温稳定性。

SMA的低温弯拉模量低于AC，表明其低温柔韧性较好

SMA的水稳定性要低于AC类，但能达到马歇尔残留稳定度80%的要求。

SMA的疲劳性能明显优于AC。

3）SMA配合比设计的原则

使用强度高、立方体状集料

选择适当的级配保证粗集料间相互嵌挤

较多地使用沥青，空隙率为4%

VMA>17

析漏、飞散满足要求

满足高温稳定性要求

满足水稳性要求

4）SMA沥青混合料对材料的要求：

SMA混合料因为是骨架密实结构，所以要求集料要有足够的硬度耐久性，因此不得使用易磨光或相对较纯的碳酸盐集料。

在我国可采用玄武岩、耀长岩、片麻岩等。

矿物填料应由石灰石粉或其它合适材料组成，使用时要求足够干燥，不得成团，能自由流动。

沥青：

沥青等级可使用本地区普通沥青混合料所用的沥青等级，也可使用略稠硬的沥青。

纤维稳定添加剂

SMA混合料因沥青含量高和矿料用量大，在贮存、运输和摊铺过程中，沥青和矿粉会产生滴漏和离析，所以纤维稳定剂的作用是防止沥青离析，并且纤维，沥青和填料共同组成高强度的玛碲脂填充在集料之间，使路面结构十分稳定，不易变形。

纤维的种类很多，如木质素纤维、矿物纤维、玻璃纤维、有机纤维等。

研究表明，木质素纤维吸油量最大、防析漏效果最好。

木质素纤维中又以松散的絮状纤维分散性、稳定性最佳。

二、中面层AC-20沥青混合料目标配合比设计示例

1.确定矿料工程设计级配

1）确定级配范围

根据《公路沥青路面施工技术规范》JTGF40—2004规定沥青混合料的矿料级配应符合工程规定的设计级配范围。

通常情况下工程设计级配范围不宜超出表1的要求。

密级配沥青混凝土混合料矿料级配范围表1

级配类型

通过下列筛孔（mm）的质量百分率（％）

31.5

26.5

13.2

9.5

4.75

2.36

1.18

0.6

0.3

0.15

0.075

粗粒式

AC-25

100

90-100

75-90

65-83

57-76

45-65

24-52

16-42

12-33

8-24

5-17

4-13

3-7

中粒式

AC-20

100

90-100

78-92

62-80

50-72

26-56

16-44

12-33

8-24

5-17

4-13

3-7

AC-16

100

90-100

76-92

60-80

34-62

20-48

13-36

9-26

7-18

5-14

4-8

细粒式

AC-13

100

90-100

68-85

38-68

24-50

15-38

10-28

7-20

5-15

4-8

AC-10

100

90-100

45-75

30-58

20-44

13-32

9-23

6-16

4-8

砂粒式

AC-5

100

90-100

55-75

35-55

20-40

12-28

7-18

5-10

2）确定各矿料的组成比例。

分别用各施工段实际使用的矿料进行筛分，用计算机（中心试验室）或图解（施工单位）计算各矿料的用量，使合成的矿料级配符合表1的范围。

根据《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）的要求，在工程设计级配范围内，选取了3组级配（级配1、级配2、级配3），进行对比试验，确定三个级配的矿料比例，从而选出最佳级配列于表2，三种矿料的合成级配以及规范的级配要求列于表3。

并根据合成级配绘制设计级配曲线图，图1为示例图。

三种级配的矿料比例表2

级配

比例（%）

矿粉

级配1

级配2

级配3

最佳级配

三种矿料的合成级配表3

级配

筛孔（mm）

合成级配

04施工规范

推荐级级配范围

级配1

级配2

级配3

上限

中值

下限

26.5

100

13.2

9.5

4.75

2.36

1.18

22.5

0.6

0.3

0.15

8.5

0.075

图1AC-20设计级配曲线图

2.求沥青的最佳油石比，确定目标配合比。

用以上计算确定的矿料组成根据《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40－2004）附录B—热拌沥青混合料配合比设计方法，以3.5%、4.0%、4.5%、5.0%、5.5%的油石比制作马歇尔试件，每个油石比成型4个试件，测定其高度、干重、水中重、表干重、稳定度、流值，计算出毛体积密度、稳定度、空隙率。

流值、VMA、VFA。

将各种级配（三种）的马歇尔试验试验结果例于表4，图2为油石比和各项指标关系示例图。

马歇尔试验试验结果表表4

油石比

试验项目

3.5

4.0

4.5

5.0

5.5

技术

标准

试验结果

最大理论相对密度（g/cm3）

计算

毛体积相对密度（g/cm3）

实测

空隙率（%）

4-6

饱和度（%）

65~75

矿料间隙率（%）

吸水率（%）

＜2

稳定度（KN）

≥8

流值（mm）

1.5~4

以油石比为横座标，以测定的密度、稳定度、空隙率、流值、饱和度各项指标为纵座标，分别将试验结果点入图中，连成圆滑曲线。

从图中求取相应于密度最大值的油石比a1，相应于稳定度最大值的油石比a2，相应于规定空隙率范围中值的油石比a3，按式（12-13）求取三者的平均值作为最佳沥青油石比的初始值OAC1。

OAC1=（a1＋a2＋a3）／3（12-13）

求出各项指标均符合表12-21沥青混合料技术标准的油石比范围OACmin～OACmax,按式（12-14）求取中值OAC2。

OAC2=（OACmax+OACmin）/2（12-14）

如果最佳油石化初始值OAC1在OACmin与OACmax之间，则认为是合理的，取OAC1和OAC2的均值为最佳油石比值OAC；如果OAC1超出OACmin和OACmax范围，应调整级配，重新进行配合比设计，直至各项指标均能符合要求为止。

图3AC-20沥青混合料油石比与各项指标关系图示例

以最佳油石比OAC用实验室小型拌和机制备两组沥青混合料马歇尔试件，检验残留稳定度，如果符合要求，则为目标配合比，如果不符合要求，重新选择原材料进行上述配合比设计。

3．最佳油石比下的沥青混合料的性能检验

根据《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40－2004）的要求，在规定的试验条件下，以最佳油石比成型试件，进行车辙试验和冻融劈裂试验，检验沥青混合料的高温稳定性和水稳定性。

（1）水稳定性检验

（2）高温性能检验

为了检验AC-20型沥青混合料的高温稳定性，要进行车辙试验，试验结果列于表12-38

4.设计结论

1）采用施工现场石料扩建路面中面层沥青混合料AC-20进行了配合比设计，得出矿料配合比及油石比、AC-20工程设计级配列于表5、表6。

矿料配合比及油石比表5

混合料类型

级配编号

比例（%）

油石比（%）

矿粉

AC-20

级配2

AC-20工程设计级配表6

下列各筛孔（mm）的质量通过率（%）

26.5

13.2

9.5

4.75

2.36

1.18

0.6

0.3

0.15

0.075

100

94.12

86.24

79.19

68.73

39.66

27.41

18.52

12.42

8.64

6.24

4.99

2）通过混合料级配调试和相关验证试验，必须说明设计AC-20混合料的室内体积指标、抗水损害性、高温稳定性能满足要求，室内目标配合比设计所得结果才可用于工地生产配合比的调试。

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