热拌沥青混合料设计 AC13h.docx
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热拌沥青混合料设计AC13h
热拌沥青混合料设计（AC-13）
一、设计任务与要求
1．设计资料
（1）道路等级：
某东南沿海高速公路交通繁重，设计年限内交通量超过1000万轴次。
（2）气候分区：
根据沥青与沥青混合料气候分区，该地区最热月平均最高气温大于30℃，年极端最低气温高于-9℃，年降水量大于1000mm，属于（1―4）夏炎热冬温潮湿气候分区。
（3）供应材料：
在材料供应情况调查的基础上，确定沥青采用70#，质量符合A等级要求；碎石有各种规格的玄武岩轧制的碎石料，其材性与加工性均符合规范要求；矿粉为石灰石专门加工磨细的石粉。
2．设计要求
（1）混合料类型：
所设计沥青混合料为高速公路某路段上面层重新加铺使用，为防止渗水宜采用密级配混合料，最大公称粒径为13.2mm，但要求保证足够的抗滑性。
据此，沥青混合料类型为AC-13。
（2）设计内容：
确定集料级配，并由此确定各档碎石材料的配合比例；确定沥青用量（或油石比）；沥青用量合理性检验；沥青混合料性能检验。
二、材料的密度测试
在配合比设计前，对工程所提供的0~5mm、5~10mm、10~15mm三种碎石材料、石灰石矿粉以及沥青材料进行密度测试。
对5~10mm、10~15mm两种碎石材料测试了表观密度和毛体积密度；0~5mm石屑与矿粉由于测试毛体积密度比较麻烦，且不容易测试准确，故作为沥青混合料配合比设计可以只测试表观密度，并认为可以代替毛体积密度。
几种材料密度测试结果列于表1。
材料密度测试结果表1
材料
表观密度（g/cm3）
毛体积密度（g/cm3）
lO~15mm
3.065
2.909
5~10mm
3.066
2.935
O~5mm
3.015
—
石灰石矿粉
2.712
—
沥青
1.026
—
三、矿质集料配合比设计
将上述几种碎石材料进行筛分，并计算得通过百分率，试验结果列于表2。
根据《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40―2004），对于AC―13型密级配沥青混合料级配范围也列于表2中。
现行规范所列AC-13级配范围较宽，因此在实际确定级配线时并不能简单地取其中值，而应根据道路的具体要求确定目标级配线。
由于该高速公路交通繁重，属重交通道路，必须充分考虑其抗车辙、抗滑等性能。
根据规范要求，宜采用粗型密级配，并控制2.36mm筛孔通过率不大于40％。
在配合设计过程中，对于矿粉用量一般可取5％～6％，故确定为6％。
然后给定碎石材料的配合比例，在计算机上即可得到合成集料的级配曲线，为了获得粗型级配，特别注意将4.75mm、2.36mm和1.18mm筛孔的通过率向下限移动，并通过反复给定几种碎石材料的配合比例，最后将级配曲线调整到满意的位置，由此确定得各档碎石材料的配合比例，见表2。
集料合成级配曲线与所推荐的级配范围，见图1。
集料筛分与配合比表2
筛孔
（mm）
通过率（％）及配合比
合成级配
（％）
规范级配
（％）
10~15mm
5~10mm
0~5mm
矿粉
25％
28％
41％
6％
16
100.0
100.0
100.0
100.0
100
100
13.2
94.3
98.0
100.0
100.0
98.0
90~100
9.5
28.7
75.3
100.0
100.0
75.3
68~85
4.75
1.4
47.5
80.1
100.0
52.5
38~68
2.36
0.0
2.3
69.1
100.0
35.0
24~50
1.18
0.0
0.0
46.4
100.0
25.O
15~38
0.6
0.0
0.0
32.7
100.0
19.4
10~28
0.3
0.0
0.0
17.6
100.0
13.2
7~20
0.15
0.0
0.0
10.2
100.0
10.2
5~15
0.075
0.0
0.0
2.4
80.0
5.8
4~8
图1级配曲线
四、马歇尔试验
1.成型马歇尔试件
根据经验，AC-13的油石比大约为5％，故分别按4.2％、4.6％、5.0％、5.4％、5.8％五种油石比，与上述配合比例的合成集料成型马歇尔试件。
沥青混合料拌和时，集料加热温度约180℃，沥青加热温度约160℃~165℃，混合料拌和温度约165℃，试件击实温度约150℃，两面各击实75次，试件成型后在试模内自然冷却至次日脱模。
2.马歇尔试验
（1）测定试件体积参数
按试验规程规定的方法测定试件的毛体积密度、并计算得试件的体积参数。
①计算合成集料的毛体积相对密度γsb。
：
②计算合成集料的表观相对密度γsa：
③计算合成集料的吸水率wx：
④计算合成集料有效相对密度γec：
⑤计算理论密度γt：
将油石比Pa＝4.2％，矿质集料的有效相对密度γec＝2.9993以及沥青的密度γb＝1.026代入公式：
同样计算得到油石比4.6％、5.0％、5.2％和5.8％所相应的最大理论相对密度，并均列于表3-28中。
⑥计算试件空隙率VV：
由试验测得油石比Pa为4.2％的试件毛体积密度γf＝2.499，由下式计算得试件空隙率：
同样方法计算得油石比4.6％、5.0％、5.2％和5.8％所对应的试件空隙率，并均列于表3-28中。
⑦计算试件矿料间隙率VMA：
由混合料的矿料合成毛体积相对密度γsb＝2.946以及油石比Pa＝4.2％，计算试件矿料占质量百分率Ps及矿料间隙率VMA：
目样方法计算得油石比4.6％、5.0％、5.2％和5.8％相应试件矿料间隙率，也均列于表3中。
⑧计算试件的有效沥青饱和度VFA：
根据试件的矿料间隙率、空隙率按下式计算有效沥青饱和度。
对于油石比Pa＝4.2％：
同样方法计算得油石比4.6％、5.0％、5.2％和5.8％相应试件的有效沥青饱和度，也一并列于表3中。
马歇尔试件的体积参数表3
油石比
（％）
沥青含量
（％）
最大理论
相对密度
毛体积
相对密度
空隙率
（％）
矿料间隙率
（％）
有效沥青饱和度（％）
4.2
4.03
2.784
2.499
10.2
18.6
45.2
4.6
4.40
2.765
2.531
9.15
17.9
48.9
5.0
4.76
2.748
2.573
6，37
16.8
62.1
5.4
5.12
2.730
2.600
4。
80
16.3
70.1
5.8
5.48
2.713
2.598
4.24
16.6
74.5
（2）马歇尔试验
进行马歇尔试验，测定马歇尔稳定度和流值，测试结果列于表4。
稳定度与流值表4
油石比（％）
稳定度（kN）
流值（O.1mm）
劲度模量（kN/mm）
4.2
9.2
25.5
23.46
4.6
10.8
30.7
33.16
5.0
11.9
31.0
37.72
5.4
11.1
32.0
35.52
5.8
10.O
33.5
33.50
3.确定最佳油石比
（1）绘制体积参数与油石比关系曲线（图2～图6）
（2）确定最佳油石比
①求算OAC1：
由图查得最大密度所对应的油石比α1=5.4％，相应于稳定度最大值的油石比α2=5.0％，相应于设计空隙率范围的中值5%所对应的油石比α3=5.3％，相应于规定沥青饱和度范围的中值70%所对应的油石比α4=5.4％。
其平均值为
OACl=（α1+α2+α3+α4）/4
=（5.4％+5.0％+5.3％+5.4％）/4=5.3％
②求算OAC2：
根据试验结果，求满足稳定度、流值、饱和度以及空隙率要求的油石比共同范围。
显而易见，其公共油石比范围为4.2％―5.8％，其中值即为OAC2＝5.0（％）
③确定最佳油石比：
OAC=（OACl+OAC2）/2=（5.3％+5.0％）/2=5.2％
由试验结果，沥青混合料的最佳油石比为5.20％，也即沥青含量为4.94％。
4.计算有效沥青含量Pbe
沥青混合料中，被集料吸收的沥青结合料所占比例为
有效沥青体积百分率按下式计算：
5.确定沥青混合料的粉胶比
所配制的沥青混合料，按下式计算其粉胶比：
一般来说，沥青混合料的粉胶比宜为0.8～1.2，但如果在0.6～1.6范围内也是可以的。
因此，该沥青混合料的粉胶比1.27略为偏高，但基本上符合要求的。
6.按集料表面积估算混合料油石比
按表5计算集料的表面积，SA为5.8438m2/kg。
集料比表面积计算表表5
筛孔（mm）
通过率（％）
表面积系数（m2/kg）
表面积（m2/kg）
16
100
0.4l
0.4l
13.2
98.0
0.41
O.41
9.5
75.3
0.41
O.4l
4.75
52.5
0.41
0.2152
2.36
35.0
0.82
0.287
1.18
25.0
1.64
0.410
0.6
19.4
2.87
0.5568
0.3
13.2
6.14
0.8105
0.15
10.2
12.29
1.2536
0.075
5.8
32.77
1.9007
合计
5.8438
如果按沥青厚度8μ为最合适计算，沥青密度以1.026计，则沥青混合料有效沥青的油石比估计为
Pae=SA×DA×γb×1000=5.8438×8×10-6×1.026×1000=0.048
即有效油石比为4.8％，折合有效沥青含量为4.6％，与设计结果完全符合，说明混合料设计是合理的。
五、设计混合料路用性能检验
1.高温稳定性性能检验
采用车辙试验检验沥青混合料的高温稳定性，首先按照上述试验确定的矿料配合比和最佳油石比成型车辙板试件。
在温度60℃、轮压0.7MPa条件下进行车辙试验，测得动稳定度为1943次／mm，符合规范大于1000次／mm的要求。
2.抗水损害性能检验
按照上述试验所确定的集料配合比和最佳油石比，重新成型马歇尔试件，进行浸水马歇尔试验和冻融劈裂强度比试验，以检验沥青混合料的抗水害性能。
对沥青混合料的抗水损害的检验结果，见表6和表7。
试验结果表明，所设计的沥青混合料抗水损害性能满足规范要求。
残留马歇尔稳定度试验表6
试件编号
试验条件
马歇尔稳定度（kN）
浸水残留稳定度
测试值
平均值
（％）
1
60℃，O.5h
9.6
10.3
92.2
2
11.3
3
10.1
4
60℃，48h
9.1
9.5
5
10.0
6
9.4
冻融劈裂强度比试验表7
试件编号
试验条件
劈裂强度（MPa）
劈裂强度比
测试值
平均值
（％）
1
冻融循环
1.13
1.15
82.9
2
1.25
3
1.06
4
未冻融
0.91
O.95
5
O.87
6
1.08
六、目标配合比设计成果汇总
沥青混合料设计结果汇总列于表8。
AC-13沥青混合料配合比设计成果表8
成果内容
筛孔尺寸（mm）
16
13.2
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
集料级配（％）
100
98
75
52
35
24
17
13
10
6
集料配合比
0～5mm石屑
5～lOmm碎石
10～15mm碎石
矿粉
41％
28％
25％
6％
最佳沥青用量
油石比
含油率
5.2％
4.9％
马歇尔指标
稳定度
流值
空隙率
矿料间隙率
有效沥青饱和度
沥青混合料毛体积密度
10.3kN
30×O.1mm
5.O％
16.5％
66％
2.587g/cm3
技术性能
马歇尔残留稳定度
冻融劈裂强度比
动稳定度
92.2％
82.9％
1943次/mm
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