崇启OGFC13目标配合比设计报告.docx
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崇启OGFC13目标配合比设计报告
崇启OGFC-13
目
标
配
合
比
设
计
结
果
同济大学道路与机场工程系
2008年8月26日
一．设计及试验依据……………………………………………………………1
二．原材料基本性能……………………………………………………………………1
1．沥青………………………………………………………………………………1
2．集料……………………………………………………………………………1
3．矿粉………………………………………………………………………………2
三．OGFC-13设计组配沥青混合料试验………………………………………………2
1.OGFC-13配合比设比方法…………………………………………………………2
2．马歇尔试验结果及油石比的确定……………………………………………4
3．混合料性能检测………………………………………………………………8
四．结论与建议…………………………………………………………………………8
根据崇启项目的路面结构设计的要求，对OGFC-13级配类型，根据路面标段所用原材料实际筛分结果进行组配设计，再进行组配的验证工作。
1设计及试验依据
（1）《公路沥青路面设计规范》
（2）《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）
（3）《公路工程集料试验规程》（JTGE42-2005）
（4）《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052-2000）
2原材料基本性能
2.1沥青
对基质沥青＋高粘粒子（内掺12％）的改性沥青样品进行全部性能指标的检测，检测结果如表2-1：
沥青性能指标检测结果（基质沥青＋高粘粒子）表2-1
检测项目
单位
检测结果
I-D技术要求
针入度（5s,100g,25℃）
0.1mm
58.5
40~60
软化点（R&B）
℃
92.3
≮60
15℃延度（5cm/min）
cm
99
135℃运动粘度
Pa.s
1.41
≯3
25℃弹性恢复
%
78
≮75
旋转薄膜加热试验
163℃
质量损失
%
针入度比
%
76.4
≮65
5℃延度（5cm/min）
cm
60.1
≮15
2.2.集料
集料中2.36～0档为石灰岩，4.75～13.2三档为辉绿岩，对其各项性能指标的测试结果列于表2-2～表2-3。
集料基本性能测试值表2-2
指标
单
位
检测结果
技术
要求
16~9.5
9.5~4.75
4.75~2.36
2.36~0
石料压碎值
%
9.3
16.7
≯26
洛杉矶磨耗损失
%
9.1
20.2
≯28
对沥青的粘附性
级
5
5
≮4
细长扁平颗粒含量
%
2.1
2.7
5.6
≯15
水洗<0.075mm颗粒含量
%
0.1
0.1
0.6
（11.8）
≯1（10）
砂当量
%
（62）
≮（60）
磨光值
45
39
≮40
注：
括号中数据为细集料数据。
集料密度测定值表2-3
名称
规格（mm）
表观相对密度
毛体积相对密度
吸水率
13.2
2.770
2.749-
0.28
9.5
2.770
2.730
0.53
4.75
2.780
2.723
0.75
2.36
2.765
-
-
1.18
2.707
-
-
0.6
2.710
-
-
0.3
2.723
-
-
0.15
2.739
-
-
0.075
2.702
-
-
2.3.矿粉
矿粉性能指标测试值表2-4
指标
检测结果
技术要求
表观相对密度不小于
2.702
（2.500）
含水量（%）不大于
/
1.0
粒度范围
<0.6（%）
100
100
<0.15（%）
100
90~100
<0.075（%）
98
75~100
外观
无团粒结块
无团粒结块
亲水系数
0.6
<1
3OGFC-13设计组配沥青混合料试验
3.1.配合比设计方法
我国通过研究美国、日本等对OGFC研究应用都较先进国家的设计方法，结合本国特点，制定了相应的规范。
OGFC混合料的配合比设计采用马歇尔试件的体积设计方法进行，并以空隙率作为配合比设计主要指标。
OGFC混合料配合比设计步骤为：
①确定目标空隙率；②初试级配的确定；③初试沥青用量计算；④满足目标空隙率级配的确定及初试沥青用量的确定；⑤确定最佳沥青用量；⑥混合料性能检验。
1）目标空隙率的确定
为保证路面的排水性能和降低噪音效果，现今排水路面的目标空隙率普遍设定为18%～25%。
这次的目标空隙率设为20％。
2）初试级配的确定
配出四组不同的级配。
选择的初试级配必须符合表3-1的要求。
OGFC混合料矿料级配范围表3-1
筛孔尺寸（mm）
OGFC－13
通过率（％）
16
100
13.2
90～100
9.5
60～80
4.75
12～30
2.36
10～22
1.18
6～18
0.6
4～15
0.3
3～12
0.15
3～8
0.075
2～6
选择初试级配的目的是在初试沥青用量下，确定满足目标空隙率的合理级配。
3）初试沥青用量的计算
初试沥青用量是根据矿料表面吸附沥青膜厚度确定的。
影响级配矿料表面积的主要因素是级配中细料含量，所有粒径大于4.75mm筛孔的粗料对集料的表面积没有大的影响。
因此，初试沥青用量（对集料而言）的计算如下：
=h×A（式3-1）
A=（2+0.02a+0.04b+0.08c+0.14d+0.3e+0.6f+1.6g）/48.74
式中：
－初试沥青用量；
h－沥青膜厚度，一般取为14µm；
A－集料总的表面积。
其中a、b、c、d、e、f、g分别为4.75、2.36、1.18、0.6、0.3、0.15和0.075mm筛孔通过百分率（％）。
4）确定满足目标空隙率的矿料级配及初试沥青用量
2.36mm通过百分率是控制排水性混合料空隙率的重要因素。
通过对三组不同级配击实马歇尔试件，用体积法计算出各种级配下混合料的空隙率。
在确定矿料级配时，绘出2.36mm通过率与空隙率的关系曲线，调整级配到目标空隙率对应的2.36mm通过百分率，从而确定最终设计级配。
再用式3-1计算出初试沥青用量。
5）混合料性能检验
最佳设计级配和最佳沥青用量确定以后，再进行马歇尔试验、谢伦堡析漏试验、肯塔堡飞散试验、车辙试验。
OGFC混合料的技术要求如表3-2所示。
3.2.目标配合比设计
1）初试级配及沥青用量的确定
OGFC混合料技术要求表3-2
试验项目
单位
技术要求
试验方法
马歇尔试件尺寸
mm
Ø101.6mm×63.5mmØ
T0702
马歇尔试件击实次数
－
两面击实50次
T0702
空隙率
％
18～25
T0708
马歇尔稳定度，不小于
kN
3.5
T0709
析漏损失
％
＜0.3
T0732
肯塔堡飞散损失
％
＜20
T0733
动稳定度
一般交通
次/mm
1500
T0719
重交通
3000
配出三种初试级配如表3-3示。
初试OGFC-13矿料级配组成表3-3
级配类型
筛孔尺寸（mm）
通过百分率（％）
16.0
13.2
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
1
100
96.74
70.35
21.85
15.53
10.92
9.03
6.81
5.74
4.78
2
100
91.31
61.43
15.36
10.44
7.18
5.84
4.28
3.53
2.87
3
100
93.43
64.55
19.10
13.29
9.23
7.55
5.59
4.66
3.83
其中级配1为中值的一组级配，级配2接近下限，级配3接近上限的两组级配。
根据式3-1可得出三种级配的初试沥青用量分别为：
4.97％、4.99％、5.37％。
2）满足目标空隙率的矿料级配及初试沥青用量
按照上面配出的级配和沥青用量配料击实马歇尔试件，试件制作及测试方法均按JTJ052-2000规定，其中试件制作成Ø101.6mm×63.5mm的圆柱体，混合料拌和温度为180℃±5℃，成型温度为150℃±5℃，采用双面击实50次成型。
用体积法测定试件的空隙率，空隙率VV的计算方法如下：
（式3-2）
（式3-3）
式中：
－沥青混合料的毛体积相对密度；
－沥青混合料的理论最大相对密度；
－油石比，％；
－沥青的相对密度（25℃/25℃）；
－各种矿料占矿料总质量的百分率，％；
－各种矿料对水的相对密度。
由式3-2计算出四种级配下混合料的空隙率分别为：
19.2％、15.3％、22.3％。
目标空隙率取为20％，通过绘制2.36mm筛孔通过率与空隙率的关系曲线（见图3-1）可确定出最佳级配的2.36mm筛孔通过率约为16。
经过调整级配后确定此OGFC混合料级配组成如表3-14所示。
图3-12.36mm筛孔通过率与空隙率关系曲线
OGFC-13混合料级配组成表3-4
筛孔（mm）
集料组配组成（％）
组配
OGFC-13级配下限
OGFC-13级配中值
OGFC-13级配范围
16
100
100
100
100
13.2
95
90
95
90～100
9.5
70
60
70
60～80
4.75
21
12
21
12～30
2.36
16
10
16
10～22
1.18
12
6
12
6～18
0.6
9.5
4
9.5
4～15
0.3
7.5
3
7.5
3～12
0.15
5.5
3
5.5
3～8
0.075
4
2
4
2～6
3）确定最佳沥青用量
由式3-1可计算得出最佳级配2.36mm筛孔通过率为16％的此种级配下初试沥青用量为5.23％。
根据同类工程经验，OGFC混合料的沥青用量范围一般在4％～5％之间，击实沥青用量为5.23％的马歇尔试件，通过式3-2用体积法计算出空隙率，并测得稳定度、流值列于表3-5中，可见当沥青用量为5.23％时空隙率接近20％，稳定度也符和要求，故选取最佳的沥青用量为5.23％。
4）混合料性能检测
通过确定的级配（表3-4）和沥青用量5.23％进行马歇尔试验、谢伦堡析漏试验、肯塔堡飞散试验、车辙试验，得出各项数据如表3-5所示。
由此可见此级配和沥青用量下OGFC混合料的各项性能均满足规范要求，至此OGFC混合料的配合比设计全部完成，可据此进行各项基本路用性能的检测。
OGFC-13沥青混合料设计组配马歇尔试验结果表3-5
试验项目
单位
技术要求
试验结果
试验方法
毛体积密度
g/cm3
/
2.034
T0708
最大理论密度
g/cm3
/
2.521
/
空隙率
％
/
19.3
T0708
马歇尔稳定度
kN
不小于3.5
4.9
T0709
流值
0.1mm
/
42
T0709
析漏损失
％
＜0.3
0.2
T0732
肯特堡飞散损失
％
＜20
14.9
T0733
动稳定度
次/mm
3000
7128
T0719
3.3设计级配的沥青混合料试验
1）水稳性检验
按油石比5.23%进行试件的残留稳定度和冻融劈裂抗拉强度比测试，结果如表3-6、表3-7。
残留稳定度和冻融劈裂抗拉强度比分别符合85％和80％的规范要求。
OGFC-13沥青混合料中线组配残留稳定度试验结果表3-6
稳定度（KN）
残留稳定度（%）
最佳油石比
0.5h
48h
5.23%
5.08
4.47
88.1
OGFC-13沥青混合料中线组配冻融劈裂试验结果表3-7
冻融劈裂抗拉强度（MPa）
冻融劈裂抗拉强度比（%）
最佳油石比
不冻
冻
5.23%
0.32
0.28
87.1
2）高温稳定性检验
按5.23%的油石比成型车辙板，测定其动稳定度指标，测试结果见表3-8。
动稳定度满足规范不小于3000次/mm的技术要求。
OGFC-13沥青混合料中线组配动稳定度试验结果表3-8
最佳油石比
深度（mm）
动稳定度DS（次/mm）
5.23%
4.146
7128
4结论与建议
1．通过上述试验，提出以下建议级配，以便施工过程控制。
OGFC-13级配控制范围表3-9
方孔筛
（mm）
OGFC-13规范要求
建议级配
下限
上限
16.0
100
100
100
13.2
90
100
95
9.5
68
85
70
4.75
38
68
21
2.36
24
50
16
1.18
15
38
12
0.6
10
28
9.5
0.3
7
20
7.5
0.15
5
15
5.5
0.075
4
8
4
2．综合分析沥青混合料的各项试验数据，利用马歇尔设计方法得到初始油石比为5.23%。
3．本报告各项试验结果和结论建议均在送样到同济大学的原材料试验结果的基础上得出，因此，本报告仅对该次送料负责。
5经济效益分析
原材料参考价如下表:
70#基质沥青
橡胶粒子（内掺12%）
复合橡胶改性沥青（元/t）
4600
10000
5248
升级会员 