沥青AC20C级配设计最佳油石比.docx
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沥青AC20C级配设计最佳油石比
习题二：
1、广东省某高速公路沥青路面为三层式结构，中面层结构为AC-20C，设计要求为：
设计空隙率VV（%）为3～6、稳定度（kN）为：
不小于8，流值（mm）为：
1.5—4，矿料间隙率VMA（%）为：
不小于13.5，饱和度VFA（%）为：
65—75。
所用材料如下：
AH-70普通沥青，相对密度为1.033，所用矿料筛分结果及AC-20C级配范围见表1，矿料密度见表2。
马歇尔体积参数见表3，试根据《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）马歇尔设计方法进行AC-20C级配设计并确定最佳油石比。
表1矿料级配
矿料
通过下列筛孔（mm）的质量百分率
19
16
13.2
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
10—20
66.1
35.5
11.1
1.4
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9
0.8
0.8
10～15
90.4
40.3
7.0
1.5
1.0
1.0
1.0
0.9
0.9
0.9
0.9
5～10
100
100.0
87.4
12.2
0.4
0.4
0.4
0.4
0.4
0.4
0.3
0～5
100
100
100
99.1
12.2
0.3
0.2
0.2
0.2
0.2
0.2
矿粉
100
100
100
100
90.8
53.2
40.5
29.9
22.3
16.9
10.2
AC-20级配上限
100
92
80
72
56
44
33
24
17
13
7
AC-20级配下限
90
78
62
50
26
16
12
8
5
4
3
表2矿料密度
矿料
毛体积相对密度
表观相对密度
10～16
2.691
2.733
10～15
2.687
2.735
5～10
2.673
2.736
0～5
/
2.659
矿粉
/
2.668
AC-20马歇尔最佳沥青用量试验结果表-3
油石比（%）
高度（mm）
空中重（g）
水中重（g）
表干重（g）
吸水率（%）
毛体积相对密度
理论最大相对密度
试件的空隙率VV
矿料间隙率VMA
沥青饱和度VFA
稳定度（KN）
流值（mm）
3.5
63.5
1154.32
677.04
1160.07
8.76
21.5
63.3
1149.56
674.96
1157.77
9.12
21.5
64.2
1162.35
682.79
1170.15
8.12
19.8
63.8
1156.78
677.54
1163.58
8.56
21.3
63.7
1155.75
678.08
1162.89
8.64
21.0
4.0
63.5
1163.25
682.89
1168.59
9.57
23.5
63.6
1162.58
682.53
1166.94
10.25
21.3
63.2
1159.87
679.06
1163.55
9.89
24.5
63.7
1168.53
687.40
1173.88
8.95
25.3
63.5
1163.56
682.97
1168.24
9.67
23.7
4.5
62.9
1170.23
688.46
1173.63
9.89
29.8
63.4
1168.59
688.60
1171.49
10.29
23.5
63.5
1171.25
688.89
1173.67
10.54
22.6
63.8
1175.46
690.56
1177.90
11.12
24.7
63.4
1171.38
689.12
1174.17
10.46
25.2
5.0
63.4
1178.56
696.97
1180.98
11.04
30.2
63.5
1179.56
699.03
1182.46
11.21
28.7
63.6
1182.35
698.13
1184.29
11.85
31.5
63.8
1191.20
705.25
1193.64
12.25
32.0
63.6
1182.92
699.85
1185.34
11.59
30.6
5.5
63.5
1189.56
703.10
1191.02
12.43
33.4
63.8
1192.56
705.78
1193.54
11.45
32.5
64.2
1200.56
710.70
1202.53
12.45
36.5
63.2
1185.69
701.19
1188.12
12.36
34.8
63.7
1192.09
705.19
1193.80
12.17
34.3
1、沥青混合料矿料级配的确定
在组成沥青混合料的原材料选定后，沥青混合料的技术性质在很大程度上取决于集料间的级配组成，沥青混合料由于集料的级配不同，可以形成不同的组成结构。
根据对代表性集料筛分结果,拟定矿料的配合比为1#：
2#：
3#：
矿粉=43：
26：
30.5：
0.5。
根据代表性集料筛分结果，合成级配如表3.
表3AC-20C级配各档料比例及合成级配
项目
各种筛孔尺寸所对应的通过率
26.5
19
16
13.2
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
各种集料所用比例及通过率（%）
9.5-26.5mm
43
100
89.1
60.4
25.6
1.6
1.1
1.0
1.0
0.9
0.8
0.8
0.8
4.75-9.5mm
26
100
100
100
100
97.2
5.4
1.4
1.3
1.2
1.1
1.0
0.8
0-4.75mm
30.5
100
100
100
100
100
96.0
67.4
51.1
35.4
21.1
16.2
11.8
矿粉
0.5
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
98.6
90.3
合成级配
100
100
95.3
83.0
68.0
57.0
31.7
21.9
16.8
12.0
7.5
6.0
4.5
级配中值
100
95.0
85.0
71.0
61.0
41.0
30.0
22.5
16.0
11.0
8.5
5.0
级配上限
100
100
92
80
72
56
44
33
24
17
13
7
级配下限
100
90
78
62
50
26
16
12
8
5
4
3
图1AC-20C级配曲线图
2、确定最佳沥青用量
双永高速公路沥青下面层AC-20C级配沥青混合料，采用马歇尔试验确定沥青混合料的最佳油石比。
每组沥青混合料按照《公路工程沥青与沥青混合料试验规程》（JTJ052－2000）的要求，估计最佳油石比为中值，以0.5%间隔变化油石比，配置5种不同的油石比成型试件，分别在规定的试验温度及试验时间内用马歇尔仪测定稳定度和流值，同时计算空隙率、饱和度及矿料间隙率，然后按照《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）规定的方法确定最佳油石比。
2.1、最大理论相对密度的计算。
根据已确定的各档矿料比例、表观相对密度、毛体积相对密度、沥青相对密度γb（25℃/25℃），等，根据公式：
（1）ωx=（1/γsb-1/γsa）*100=（1/2.887-1/2.938）*100=0.60
（2）C=0.033ωx2-0.2936ωx+0.9339=0.77
（3）γse=C*γsa+（1-C）*γsb=2.926
（4）γti=（100+Pai）/（100/γse+Pai/γb）
计算可得不同油石比对应的最大理论相对密度如下表：
表4最大理论相对密度
Pai（%）
3.09
3.62
4.16
4.70
5.25
γti
2.772
2.748
2.724
2.701
2.679
2.2、马歇尔击实
根据已确定的合成级配配制合成矿料，并按规程JTJ052-2000试验方法拌制混合料进行马歇尔击实，用马歇尔试验确定最佳油石比，分别以油石比3.09%，4.62%，4.16%，4.70%，5.25%成型马歇尔试件（双面各击实75次），击实后的试件冷却至室温脱模，测定其各项物理力学指标，其结果表6：
表5沥青混合料试验指标
油石比
（油用量）
（%）
混合料的各项技术指标
γf
γsb
γt
VV（%）
VMA（%）
VFA（%）
稳定度（KN）
流值（0.1mm）
3.09（3.0）
2.580
2.887
2.772
6.9
13.3
47.9
13.01
31.0
3.62（3.5）
2.591
2.887
2.748
5.7
13.4
57.5
13.69
34.1
4.16（4.0）
2.596
2.887
2.824
4.7
13.7
65.7
14.47
35.3
4.70（4.5）
2.600
2.887
2.701
3.8
14.0
73.1
13.5
36.3
5.25（5.0）
2.604
2.887
2.679
2.8
14.3
80.3
12.91
39.1
2.3、绘制VMA、VFA、密度、马歇尔稳定度、流值与油石比关系如图：
图2密度与油用量关系
图3稳定度与油石比关系图
图4空隙率与油石比关系
图5流值与油石比关系图
图6矿料间隙率与油石比关系图
图7饱和度与油石比关系图
稳定度
空隙率
流值
饱和度
矿料间隙率
共同范围
3.03.54.04.55.0
2.6、根据其关系图,得到如下数据:
根据试验结果，因密度无最大峰值，故OAC1取目标空隙率5.0%时所对应的油用量为3.75%。
再从图可得OACmin=3.90%，OACmax=4.60%。
则OAC2=（OACmin+OACmax）/2=4.25%，即此目标配合比最佳油用量OAC=（OAC1+OAC2）/2=4.00%，即最佳油石比为OAC=4.16%
故我部确定其最佳油石比为4.16%,即最佳沥青用量为4.0%。
并对该油石比进行验证试验结果如下表：
各项指标
γf
γsb
γt
VV（%）
VMA（%）
VFA（%）
稳定度（KN）
流值（0.1mm）
残留稳定度（%）
规定值
---
---
---
3．0~6.0
65~75
≥8.0
15~40
>85
实测值
2.595
2.887
2.724
4.7
13.7
65.6
14.29
34.9
89.3
2.7、检验最佳油石比时的粉胶比
γse=C*γsa+（1-C）*γsb=2.926
Pba=（2.926-1.026）/（2.926*2.887）*1.026*100=23.1%
Pbe=4.00-23.1/100*0.956=3.78
FB=P0.075/Pbe=4.5/3.78=1.19
FB在0.8-1.2之间
符合要求
2.8、有效沥青膜厚度
SA=4.01m2/kg
DA=3.78/（1.026*4.01）*10=9.19μm
3、配合比的设计检验
3.1水稳定性试验
对混合料进行水稳定性试验，进行浸水马歇尔实验时，试件分两组，每组6个试件。
一组在60℃水浴中保养0.5h后测其马歇尔稳定度S1；另一组在60℃水浴中恒温保养48h后测其马歇尔稳定度S2；计算残留稳定度S0=S2/S1×100%。
试验结果如下表10。
表10浸水马歇尔稳定度试验结果
沥青种类
油石比（油用量）
（%）
稳定度S1
（kN）
稳定度S2
（kN）
残留稳定度S0
（%）
技术要求
（%）
I-D类改性沥青
4.16（4.0）
14.29
12.76
89.3
>85
浸水马歇尔残留稳定度见上表为89.3%，符合设计及规范要求。
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