沥青混凝土配合比设计工法.docx
《沥青混凝土配合比设计工法.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《沥青混凝土配合比设计工法.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
沥青混凝土配合比设计工法
沥青混凝土配合比设计工法
一、前言
一个优化的沥青混凝土配合比设计，首先应满足设计对路面结构层的具体要求，符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTJ032--94）中的有关规定和国家验收规范中的要求，以及工程项目合同中的特殊条款。
根据就近盛产符合质量标准要求的材料，并结合施工所处气侯分区，进行全面综合考虑。
在确何工程质量前提下，以降低工程成本增加经济效益为目的，进行优化设计。
一个好的沥青混凝土配合比设计，仅仅是工程的开端。
在施工过程中严格按配合比执行，方能起到优化设计配合比的作用。
才能保证工程质量满足规定要求，才能得到较好的经济效益。
否则再好的优化设计都是等于零。
二、掌握设计目的，熟悉规范要求
2.1设计目的（掌握设计文件中有关规定）
2.1.1路面结构层设计的组成形式和沥青混合料类型；
2.1.2路面结构层设计总厚度和单层厚度；
2.1.3路面结构层表面设计容许弯沉值LR和计算弯沉值（或称理论弯沉值）Le
LR≥Le
2.1.4设计对路面结构层的特殊规定条款。
2.2施工技术规范（JTJ032--94）的要求及规范的发展。
2.2.1高等级道路上沥青面层通常分为二层或三层，两层时可分别称一面层和底面层；分三层时可分别称为表面层、中面层和底面层。
2.2.2根据设计路面结构所确定的类型，选取热拌沥青混合料的种类（详见JTJ032—94中表7.1.2和表7.1.3）。
在选取时应综合考虑。
2.2.2.1表面层它直接遭受大气因素及行车荷载的反复作用，所以需具有符合设计要求的摩擦系数，表面构造深度，优秀的温度稳定性、良好的抗震性能、不透水性能，为此，要采用优质沥青和磨光值高、耐磨耗及抗压碎性能强、形状好（接近立方体，扁平颗粒少）的碎石做表面层。
JTJ032—94表7.1.2的表面层为AC—13，16，20（三层结构时）或AC—13，16（二层结构时）。
而当铺筑抗滑表层时，则可采用AK—13或AK—16型热拌沥青混合料，也可以在AC—10（LH--15）型细粒式沥青砼上嵌压沥青预拌单粒径碎石S—10铺筑而成。
据《公路》杂志1997年11期及沙庆林编著的《高等级公路半刚性基层沥青路面》以下简称为《沙文》介绍，碎石沥青砂胶混凝土（SMA）及多碎石沥青混凝土（SAC）已有取代规范中规定的表面层AC—II的趋势。
（1993年北京机场高速公路在国内首次采用SMA做表成层；七五期间SAC试验成功后，八五期间首先在海南东线高速公路一期工程64KM应用，随后在济青、青黄、石太、沪宁高速公路推广应用）。
2.2.2.2中面层设计中面层的沥青混合料主要考虑其永久形变能力，即提高沥青的高温稳定性。
《沙文》指出，JTJ032—94表7.1.3中，AC—25I和LH—30I矿料级配范围中的碎石（前者为4.75mm以上，后者为5mm以上）的含量偏少，宜适当增加碎石含量，以提高中面层的高温稳定性，同时适当增加粉粒含量，以减少其空所率和增加不透水性。
《沙文》建议中面层的矿料的范围如下：
通过右列方孔筛的质量百分率
（%）
级配类型
通过右列方孔筛的质量百分率
（%）
级配类型
SAC—25
SAC—20
SLH--30
SLH—25
31.5
100
35
95—100
100
26.5
90—100
100
30
82—92
97—100
19.0
64—78
90—100
25
68—82
92—100
16.0
53—69
67—83
20
53—69
67—83
13.2
43—59
53—69
15
39—55
50—65
9.5
33—47
43—57
10
30—43
38—52
4.75
22—34
38—40
5.0
20—32
26—38
2.36
17—27
19—31
2.5
16—26
18—29
1.18
14—24
15—25
1.2
14—24
15—25
0.600
11—21
11—21
0.600
11—21
11—21
0.300
9—18
9—18
0.300
9—18
9—18
0.150
7—15
7—15
0.150
7—15
7—15
0.075
5—9
5—9
0.075
5—9
5—9
《沙文》建议中面层采用较表面所用沥青更稠（例如，针入度小1-2个等级的沥青，同时在高温稳定性可能成为沥青面层主要病害的地区或路段如山区公路的坡道上），沥青砼的沥青用量可较马歇尔试验确定的最佳沥青用量减少0.2%--0.3%。
2.2.2.3底面层在考虑其高温稳定性的同时还应考虑具有较高的抗荷载疲劳能力。
宜采用I型矿料级配《沙文》建议底面层可以采用表9—9的矿料级配。
2.2.3应熟知热拌沥青混合料马歇尔试验技术标准级配范围要求。
（详见JTJ032--94中表7.3.3）。
2.2.4应熟知热拌沥青混合料的矿料级配范围要求。
（详见JTJ032-94中附录D表D.7的要求）。
2.2.5应熟知组成热拌沥青混合料中的各种材料技术标准要求：
2.2.5.1沥青：
详见JTJ032-94附录C表C.1，表C.3，表C.4；附录D表D.9、表D.10中的要求。
2.2.5.2碎石（粗集料）：
详见JTJ032-94附录C表C.6、表C.8中要求。
2.2.5.3天然砂和石屑（细集料）：
详见JTJ032-94附录C表C.9、表C.10、C.11中要求；
2.2.5.4矿粉：
详见JTJ032-94附录C表C.12中要求。
三、掌握选用各种原材料的原则
3.1沥青沥青品质的优劣，对热拌沥青混合料的成品质量尤为重要，高等级公路必须秀用符合“重交通道路石油沥青技术要求”的优质沥青。
其关键技术指标是含蜡量必须小于3%，而且必须用符合现行“沥青混合料试验规程的仪器和方法测定。
沥青的另一个重要指标是薄膜烘箱试验后的针入度比和15℃延度。
但根据《沙文》介绍，只要含蜡量小于3%，15℃延度还不能比较出沥青的优次，需要增加另一个较低温度（比如5℃）时沥青延度试验才可以分出含水量蜡量均小于3%的沥表的优次。
JTJ032---94规定沥青路面施工时不同气候分区宜用的石油沥青标号汇编于下：
气候分区
最低月平均气温（℃）
沥青混凝土
沥青碎石
寒区
〈-10
AH-90，AH-110，AH-130
AH-90，AH-110，AH-130
温区
〈0—10
AH-70，AH-90
AH-70，AH-90
热区
〉0
AH-50，AH-70
AH-50，AH-70
由于月气候分区内不同地区的气温还有明显差别，同一标号的沥青，针入度的下限和上限差20（×0.1mm），因此，还应根据公路沿线具体气温情况，选用合适的沥青标号和针入度的上下限。
通常，在沥青混凝土的热稳性不是主要问题的寒区，应采用较稀的沥青，如采用AH-90、AH-110或AH-130，而且气温愈低，愈应采用针入度大的沥青，以减少面层的低温岩缝。
在现有低温缝也有高温稳定性问题的温区，则可根据交通情况选用适宜标号的沥青，如重型车多、交通量大时，宜选用针入度较小的沥青；或下层采用较稠的沥青，以增加面层的抗车辙能力；表面层采用较稀的沥青，以增加表面层的抗低温震缝能力。
目前国内有采用聚乙烯（PE）及热塑性弹性体（SBS）改性沥青砼作为面层的施工实例。
《沙文》介绍：
SBS改性沥青砼，有较强的抗永久形变和抗震能力。
抗辙槽能力，可在低温下使用；其承受弯沉的能力比传统沥青砼要高。
而PE沥青砼仅在其高温稳定性或抗辙槽能力高于传统沥青砼，但在低温抗裂性则明显低于传统沥青砼。
由于国内至今还没有一个规定的方法可用来确定是否需要和何时需要改性剂。
在沥青混合料设计过程中，可根据下述几点来确定是否需要改性剂：
（1）过去的经验；
（2）试设计的沥青混合料的性能不好；（3）用传统的沥青不能满足使用性能标准。
在选择改性剂之前，应先确定改变原矿料（如用棱角较好的集料，用不同的颗粒级配组成）是否能得到适宜的沥青混合料。
3.2矿料各种粗、细集料的质量应符合JTJ032-94的要求。
特别是用作抗滑表面层的粗集料，其石料磨光值不小于42，石料压碎值不宜大于20%，细长扁平颗粒含量不大于15%，与沥青的粘附性不小于4级时，当小于4级睦必须采用在沥青中掺加抗剂加以处理。
3.2.1目前国内抗剂有：
650低分子聚酰胺树（由北京香心联合助剂厂生产，厂址：
北京海淀区门头新村Tle：
62591651）PA-1型沥青抗离剂（由西安公路研究所生产、邮编710054）
3.2.2沥青抗离剂最佳剂量选用必须通过在沥青中掺加不同的剂量与碎石进行粘结力试验后方能确定。
（650低分子聚酰胺树脂的剂量约为0.5‰—1.0‰）PA—1型沥青抗离剂量约为0.2%—1.0%。
3.2.3细集料包括石屑和天然砂。
细集料在沥青混合料中填充粗集料空隙，使成型的沥青混合料整体性能好减少粗集料的离析，提高沥青混合料的密实性和防渗水性能的作用。
要求其质量必须符合JTJ032—94附录的要求。
（对于高速公路，细集料的砂当量不小于60%，或对于天然砂用水洗法测定小于0.075mm的颗粒含量不大于3%。
）
3.2.4矿粉（填料）：
矿粉在沥青混合料中起着非同小可的作用。
它不单纯填充骨料空隙，最大价值是与沥青混合后对骨料的胶结作用。
当沥青混合料在粗细集料和沥青用量相同条件下，矿粉用量的改变沥青混合料马歇尔试验各项技术指标也随着发生变化，见表1和表2：
矿粉含量与马歇尔技术指标的关系表表1
矿料配比
（%）
（表面封层）
沥青
用量
（%）
矿粉
用量
（%）
马歇尔试验指标
密度
g/cm3
稳定度（KN）
空隙率（%）
饱和度（%）
流值
1/10mm
（5—10mm）
碎石：
59
石屑：
15
粗砂：
10
细砂：
10
5.5
0
2.285
1.18
8.6
60
20
2.08
2.332
2.39
10.0
56
24
3.70
2.354
4.51
7.6
63
25
5.27
2.400
5.54
4.2
76
23
6.71
2.452
7.55
0.6
96
25
掺加矿粉后软化点变化情况表表2
沥青与矿粉用量
软化点指标
沥青
矿粉
比率
1
2
平均
5.5
0.0
1:
0
48.5
49.0
49.0
5.5
2.0
1:
0.36
50.0
50.0
50.0
5.5
4.0
1:
0.73
51.0
51.0
51.0
5.5
6.0
1:
1.09
53.0
53.5
53.5
5.5
8.0
1:
1.45
56.5
56.5
56.5
从上两表中不难看出：
沥青混合料马歇尔试验的各项技术指标，随矿粉用量的变化而变化。
而沥青混合料的密度随矿粉用量的增加而增加；稳定度和饱和度随矿粉用量的增加而提高；空隙率则随矿粉用量的增加而减少；沥青混合料的软化点指标随矿粉用量的增加而提高，可是若矿粉用量过多，则会对沥青混合料起到相反作用，致使沥青混合料在碾压过程中不易稳定，甚至产生推移裂纹，给沥青混合料拌合摊铺带来困难等，所以矿粉掺入配比必须严格执行JTJ032-94的要求。
矿粉可由碱性石灰岩矿料加工而成；也可用水泥和生石灰粉替代。
矿粉质量技术必须符合JTJ032-94附录C表C—12中的要求。
对于沥青砼路面所用的材料，在施工之前，一定要调查料场的情况进行比选，选择质量、数量有保证的厂家。
对于进场后的原材料，及时向厂家索取检验证、合格证。
试验室按试验和检验计划进行试验，合格后方可用于配合比设计。
杜绝不合格原材料用于工程之中，材料供应部门必须同试验室密切合作共同把关。
四、沥青混合料配合比的设计
4.1目标配合设计
4.1.1沥青混合料中矿料合成级配的选定
4.1.1.1应根据路面类型，事先确定矿料规格尺寸，到实地料场进行考查并取若干有代表性的样品，进行颗粒分析以及物理性能检验。
4.1.1.2依不同规格矿料筛分结果，求其每个筛孔通过量平均值百分率。
采用图解法，试求不同规格的矿料用量配合比例。
（a）首先绘制级配曲线矩形坐标图。
取一张宽15cm，长20cm（或25cm）方格米厘纸。
通常用纵向坐标为矿料通过量百分率，取10cm按算数标出由0—100通过率，以横向坐标为筛孔尺寸位置取15cm（或20cm）。
连接对角线为0—0作为规范要求的级配曲线中值，随后把各个不同筛孔规范中要求的级配中值标于纵坐标上同时引水平直线相交于对角线，再从交点处作垂直线相交于横向坐标点。
即为各筛孔相对应的尺寸位置，如图。
（b）将不同规格矿料筛分的通过量百分率，绘于级配坐标图中，得不同规格矿料A、B、C、D、E诸条级配曲线。
并找出两条两相邻级配曲线的首尾相重叠部分。
如A曲线的下部与B曲线的上部搭接相等距离a处，作垂直于横坐标的直线与对角线相交于M点，再从M点引水平直线交纵坐标上点P。
然后用B曲线下部与C曲线上部搭接相等距离b处作垂直于横坐标的直线与对角线相交于N点，从N点引水平直线与纵坐标轴线上交为Q点。
以此类推相交于对角线上的点为M、N、O、R等，同时水平相交于纵坐标轴线上的点为P、Q、S、T等。
因此，从纵坐标轴线上则可得不同规格矿料用量配合比例：
A级配规格矿料用量为OP段，B级配规格矿料用量为PQ段，C级配规格矿料用量为QS段，D级配规格矿料用量为ST段，E级配规格矿料用量为T以下段。
例：
已知某工程沥青路面底面层选定沥青混凝土混合料为粗粒式AC—25II型。
从JTJ032-94《公路沥青路面施工技术规范》附录D表D.7中查得沥青混合料矿料级配为（见表3）
表3
级配类型
累积通过各筛孔的重量百分率（方孔筛）（%）
31.5
26.5
19.0
16.0
13.2
9.5
4.75
2.36
1.18
0.60
0.30
0.15
0.075
AC-25II
100
90
100
65
85
52
70
42
62
32
52
20
40
13
30
9
23
6
16
4
12
3
8
2
5
中值
100
95
75
61n
52
42
30.0
21.5
16.0
11.0
8.0
5.5
3.5
各种矿料颗粒分析结果表表4
原材料名称
平均通过筛孔尺寸（方孔）重量百分率（%）
31.5
26.5
19.0
16.0
13.2
9.5
4.75
2.36
1.18
0.60
0.30
0.15
0.075
碎石（A）
100
96.7
30.4
7.0
0.8
0.2
碎石（B）
100
92.8
73.2
24.5
0.5
0.3
石屑（C）
100
91.0
9.0
2.0
1.4
砂（D）
100
98.5
93.2
71.6
50.7
15.2
5.5
2.6
矿粉（E）
100
99.8
98.5
93.4
根据矿料级配要求和各种矿料颗粒分析结果可绘制不同矿料用量级配曲线坐标图如下：
（c）对合成级配中矿料配合比的综合评述：
根据矿料合成级配的计算与绘制级配曲线图可知，通过各筛孔的百分率均在规范要求曲线范围内并接近中值：
4.75、2.36和0.075三档筛孔通过率，很接近中值，完全符合规范中规定的要求，因此合成级配的矿料配合比无需再调整。
4.1.2沥青混合料马歇尔试件的制作
4.1.2.1材料准备：
（a）首先按确定后的矿料配合比取样烘干，具体数量计算，已知合成级配矿料配比：
（15-30mm）碎石：
（5-15mm）碎石：
石屑：
砂：
矿粉=40：
28：
12：
16：
4依据JTJ032-94规范附录B中规定：
按0.5%间隔变化，取5个不同的沥青用量与矿料拌和。
成型马歇尔试件，进行马歇尔试验测各项技术指标，求取最佳沥青用量。
依据JTJ052-93规范进行沥青混合料试件制作：
每一组试件制作数量应不少于3个，必要时可增加至5—6个，因此备料可按6个计。
已知试件尺寸直径D=101.6mm高度h=63.5mm
当沥青混合料为I型级配时，沥青混合料单位密度可采用2.45g/cm3。
当沥青混合料为II级配时，沥青混合料单位密度可采用2.35g/cm3。
因AC-25II属II型级配成型试件所需沥青混合料总量：
D10.16
（——）2πhρNm=（————）2×3.14159×6.35×2.35×6×5=36.3kg
22
式中：
D---试件直径（10.166cm）；
h---试件高度（6.35cm）；
p---单位密度（2.35g/cm3）；
N---成型试件个数；
m---成型试件组数。
不同规格矿料用量：
（15—30mm）碎石36.3×0.40=14.52kg
（5-15mm）碎石36.3×0.28=10.16kg
石屑36.3×0.12=4.36kg
砂36.3×0.16=5.81kg
矿粉36.3×0.04=1.45kg
Σ36.30kg
（b）将矿料烘干后，按上述计算重量称取，依JTJ032-94规范附录D，表D.7中AC-25II的筛孔尺寸按顺序进行分档筛分成单粒级，并存放在各个不同的盛样盘中待用。
（可将不同规格的矿料，相同筛孔留筛重，归纳存放在同一盛样盘中）。
并将盛样盘编号，可为31.5-26.5、26.5-19、19-16、16-13.2、13.2-9.5、9.5-4.75、4.75-2.36、2.36-1.18、1.18-0.6、0.6-0.3、0.3-0.15、0.15-0.075和0.075以下共13档料。
（c）应计算出制作每一马歇尔稳定度试件所需的沥青混合料重量。
D10.16
如（——）2πhρNm=（————）2×3.14159×6.35×2.35=1210g
22
（沥青含量可忽略不计）。
然后按矿料合成级配中的各筛孔分计筛余百分率乘以马歇尔试件的计算重量，从不同规格盛样盘中称取，即为每一个试件矿料混和料重例如下表6：
筛孔尺寸（mm）
31.5
26.5
19.0
16.0
13.2
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
底
合成级配
100
98.7
72.2
0.08
52.8
38.9
30.8
20.7
15.7
12.3
6.4
4.8
4.2
0
分计筛余百分率
0
1.3
26.5
11.4
8.0
13.9
8.1
10.8
4.4
3.4
5.9
1.6
0.7
4.2
矿料应称重（g）
0
16.0
320.9
137.7
96.3
167.9
98.2
130.1
52.9
41.4
71.3
19.0
8.0
50.3
根据JTJ052-93试验规程，沥青混合料试件制作方法中4.2.1.3条规定，对直径101.6mm的试件，集料最大粒径不大于26.5mm（圆孔筛30mm）对粒径大于26.5mm（圆孔筛30mm）的粗粒式沥青混合料，其大于26.5mm（圆孔筛30mm）的部分应用等量的13.2-26.5mm（圆孔筛15-30mm）集料代替（替代法）因此应从不同矿料的盛样盘中称重混合均匀。
例如：
根据表6中矿料应称重，大于26.5mm的重量为16g的替代计算：
26.5-19.0mm320.9+[16/（320.9+137.7+96.3）]×320.9=330.1g
19.0-16.0mm137.7+[16/（320.9+137.7+96.3）]×137.7=141.7g
16.0-13.2mm96.3+[16/（320.9+137.7+96.3）]×96.3=99.1g
13.2-9.5mm167.99g9.5-4.75mm98.2g
4.75-2.36mm130.1g2.36-1.18mm52.9g
1.18-0.6mm41.4g0.6-0.3mm71.3g
0.3-0.15mm19.0g0.15-0.075mm8.0g
0.075mm以下50.3g
取5个不同沥青用量与矿料进行拌和，又以相同沥青用量为一组试件，每组制作试件为6个，共需准备30个矿料混合料放入烘干箱内烘干，小于0.075mm矿粉可分开装入大的铝合内烘干。
（d）沥青用量的确定，按0.5%间隔变化，在无经验时可参照JTJ032-94规范附录D表D.7中沥青用量（%）执行，也可根据以往经验确定，一般可为：
粗粒式I型级配（%）：
3.5、4.0、4.5、5.0、5.5
粗粒式II型级配（%）：
2.5、3.0、3.5、4.0、4.5
中粒式I型级配（%）：
3.5、4.0、4.5、5.0、5.5
中粒式II型级配（%）：
3.0、3.5、4.0、4.5、5.0
细粒式I型级配（%）：
4.0、4.5、5.0、5.5、6.0
沥青碎石粗粒（%）：
2.5、3.0、3.5、4.0、4.5
沥青碎石中粒（%）：
3.0、3.5、4.0、4.5、5.0
应根据确定的沥青用量，每种沥青用量称取6个相同试样重放入烘干箱内加温待用。
例如AC-25II为粗粒式沥青用量应为：
2.5%×1210=30.25g
3.0%×1210=36.30g
3.5%×1210=42.35g
4.0%×1210=48.40g
4.5%×1210=54.45g
4.2.2.2马歇尔试件的成型
（a）首先将已备好的矿料混合料、矿粉、沥青置于烘干箱中予热至沥青拌和温度（石油沥青可为163℃）备用。
同时将用粘有少许的黄油棉纱擦净试模、套筒及击实底座置于110℃烘干箱中加热1小时待用。
当混合料、试模等予热到规定温度后，将沥青混合料拌和机启动，温度升至150℃时，即可进行拌合。
拌制沥青混合料的操作程序详见JTJ052-93试验规程第4.2.4规定进行。
（b）沥青混合料马歇尔标准试件成型方法详见JTJ052-93试验规程第4.2.5节中规定进行。
在制件过程中，应严格控制成型试件的击实温度，必须符合规范要求（石油沥青为110-130℃，煤沥青80-110℃）。
石油沥青最好控制在120±5℃范围内，尽量使沥青混合料在称重相同，击实功能相同条件下，成型的试件高度基本一致，确保试件尺寸符合高度63.5±1.3mm的要求。
若试件高度不符合者应作废重新制作。
可事先通过一个试件的制作，量测它的实际高度，通过计算对沥青混合料的称重数量进行调整，使之试件高度符合规定要求。
原用沥青混合料数量
调整后的沥青混合料称重—————————————×63.5
击实后的实际高度
我们在一次偶尔试验中发现，沥青用量（油石化）相同为4%，矿料配合比相同为：
（10-30mm）碎石：
（10-20mm）碎石：
（5-10mm）碎石
升级会员 