沥青混凝土目标配合比设计报告.docx

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沥青混凝土目标配合比设计报告

XX高速公路沥青路面

涞源至涞水XX合同段中面层沥青混凝土

SP-19.0mmNMS（AC-20C）沥青混凝土目标配合比设计报告

承包商：

XXX路桥有限责任公司

设计和技术支持：

XXX工程技术有限公司

20XX年X月

试验参加人员：

报告编写：

报告审核：

目录

一.项目的基本情况和技术要求5

二.设计依据5

三.设计参数的选取6

四.原材料7

1．沥青7

2．集料8

五.中面层SP-19.0mmNMS（AC-20C）沥青混凝土目标配合比设计11

1．矿料级配的选择11

2．沥青用量的确定14

六.水稳定性、动稳定度、低温弯曲试验及渗水试验结果18

七.马歇尔试验结果和技术指标19

八.中面层SP-19.0mmNMS（AC-20C）沥青混凝土目标配合比设计报告20

1.目标配合比级配20

2.沥青用量21

3.目标配合比设计级配矿料比例21

名词和术语

●Superpave——SuperiorPerformingAsphaltPavement高性能沥青路面

●SP——Superpave的缩写

●NMS——公称最大粒径

●Va——压实沥青混合料的空隙率（%）

●VMA——压实沥青混合料的矿料间隙率（%）

●VFA——沥青填充率（%）

●SGC——沥青混合料的旋转压实仪，SuperpaveGyratoryCompactor之略语

●PG——美国沥青路用性能分级，PerformanceGraded之略语

●Nini——初始旋转次数

●Ndes——设计旋转次数

●Nmax——最大旋转次数

●Gmm——沥青混合料最大理论相对密度

●Gmb－试件设计旋转次数下的毛体积相对密度

●Gi——集料的毛体积相对密度

●Gsb——级配集料的毛体积相对密度

●Gsa——级配集料的表观密度

●Gse——级配集料的有效密度

●Vba——级配集料吸收的沥青体积

●Vbe——有效沥青体积

●Ws——每立方厘米沥青混合料中集料的重量

●Pbi——初估沥青用量

●Pb,est——估算沥青用量

●DP–粉胶比

●BRD–沥青混合料试件的相对密度

●MRD–沥青混合料的理论最大密度

●TSR－抗拉强度比值（水敏感性）

一.项目的基本情况和技术要求

XX高速公路冀蒙界（保昌），经张北、万全、涞源、曲阳至石家庄市，将张家口市、保定市西部和石家庄市西北部贯穿连接。

保定市XX高速公路涞源至涞水XX合同段起点为涞源（张保界）K0+320.302，终点为K33+900，路线全长33.58Km。

本项目按照全封闭、全立交高速公路标准建设，计算行车速度：

起点（K0+320.302）至涞源西互通（K27+860）采用80Km/小时；涞源西互通（K27+860）至终点（K33+900）采用100Km/小时。

本项目沥青路面主线设计的结构厚度和沥青混合料类型，上面层为4cm的AC-13C型细粒式SBS改性沥青混凝土；中面层为8cm的AC-20C型中粒式SBS改性沥青混凝土；路面下面层为12cm的ATB-30沥青稳定碎石。

本项目所在地属为Ⅱ4区，路线地处暖温带半湿润、半干旱大路季风气候区。

四季风速较大，历年以春季为最大，冬季次之，夏秋季最小。

根据交通量观测资料，以设计年限15年计算，设计年限内一个车道上的累计当量轴次为3504.86万次（标准轴载为100KN），换算为标准轴载80KN的累计当量轴次大于3000万次，属特重交通等级。

二.设计依据

受保定市XX高速公路筹建处的委托，由北京英杰海威工程技术有限公司提供全面的Superpave沥青混合料设计的技术支持和服务，在XX高速公路路面涞源至涞水XX合同段现场试验室进行下面层SP-19.0mmNMS（AC-20C）中粒式SBS改性沥青混凝土目标配合比的设计。

除AC-20C型中粒式SBS改性沥青混凝土的低温弯曲试验、冻融劈裂试验、车辙试验和集料的洛杉矶磨耗试验进行委托试验外，其他试验全部在项目试验室完成。

设计的主要技术标准和依据为：

1．SuperpaveMixDesign（SP-2）.高性能沥青路面混合料设计方法,1996.

2．《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）.

3．《XX高速公路涞源（张保界）至曲阳（保石界）涞源至涞水段N5标段路面结构设计图》。

4．XX公路涞源至曲阳段高速公路两阶段标书。

5．《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTJ052-2000。

三.设计参数的选取

根据项目采用的SBS改性沥青的粘度与温度试验曲线（见所附报告）并考虑试验过程中的温度损失，确定沥青混合料的拌和温度为170℃，压实成型温度为158℃。

试件成型采用Superpave标准的SGC试验机，其成型压力为600KPa，旋转角度为1.25度，旋转速度为30转/分钟，试件标准高度为115mm，试件直径为150mm。

根据本项目的道路等级、交通荷载和交通量，在设计使用年限内，当量轴载次数换算为Superpave80KN的标准当量轴载次数均大于3000万次，因此，根据Superpave设计方法的要求，应选取试件成型的初始旋转次数Nini为9次，设计旋转次数Ndes为125次，最大旋转次数Nmax为205次。

四.原材料

本项目沥青配合比试验所采用的沥青由保定市交通局材料处供应，是由中国石油天然气股份有限公司辽河石化分公司生产的SBS改性沥青。

石料和矿粉分别由涞源县红泉碎石厂和涞水碎石厂生产。

依据《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）和Suerpave的设计要求，分别对沥青和集料所要求的技术指标进行了试验。

1．沥青

本合同中面层采用的是SBS改性沥青，其各项技术指标及试验结果见表-1。

表－1沥青各项指标试验结果

试验项目

质量指标

检测结果

检测方法

针入度（25℃，100g，5s）1/10mm

40－60

56

T0604

延度（5℃，5cm/min,）,cm

≥20

27

T0605

软化点（环球法），℃

≥60

75.5

T0606

135℃运动粘度（Pa·s）

≤3

－

T0620

溶解度，%

≥99

－

T0607

质量变化，％

≤1.0

－

T0609

残留针入度比，％

≥65

－

T0604

残留延度5℃（cm），

≥15

－

T0609

闪点（开口）,℃

≥230

－

T0611

密度（15℃），kg/m3

－

1.034

T0603

同时对本项目采用的SBS改性沥青按Superpave的PG分级试验方法进行了试验，该沥青符合PG76-16的技术性要求，试验结果见表-2。

表－2沥青PG分级试验结果

技术指标

试验结果

原质沥青

闪点温度，T48（℃），Min230℃

307

粘度，T316，试验温度135℃，Max3.0Pa·s

1.0

动态剪切，T315,（KPa）,G*/sinα,Min1.0Pa·s

试验温度@10rad/s,℃，

76℃

1.27

82℃

0.77

旋转薄膜烘箱（RTFO）

质量损失，（%）

-0.09

动态剪切，T315,（KPa）,G*/sinα,Min2.20Pa·s

试验温度@10rad/s,℃,

76℃

2.29

82℃

0.77

压力老化后的残留沥青（PAV）

动态剪切,T315,（KPa），G*/sinα,Max,5000Kpa

试验温度@10rad/s,℃

25℃

4040

22℃

5884

蠕变劲度，T313，s,m值，

试验温度@60s,℃

s，Max300.00MPa,

-12℃

332.10

-6℃

142.84

m，Min0.300

-12℃

0.296

-6℃

0.352

试验结论：

本试验依据AASHTOM320－03规范评定所检沥青等级为PG76－16。

2．集料

根据《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）和Superpave对集料各项性能指标的要求，分别对粗集料、细集料和矿粉的各项指标进行试验，其试验结果分别见表-3、表-4、表-5。

表－3a粗集料技术指标（JTGF40-2004规范要求）

试验项目

JTGF40-2004要求

实测结果

15-25mm

5-15mm

压碎值（%），不大于

28

－

19.8

表干相对密度，不小于

2.50

2.720

2.720

吸水率（%），不大于

3.0

0.90

0.90

粘附性，不小于

4级

4级

4级

毛体积相对密度

实测

2.696

2.696

针片状含量（1：

3）,不大于%

15

13.1

14.4

软石含量，不大于%

5

－

－

＜0.075mm颗粒含量（％）不大于

1.0

0.5

0.8

表－3b粗集料技术指标（Superpave规范要求）

试验项目

试验值

Superpave

规范要求

试验

方法

破碎率（%）

100

100/100

吸水率（%），不大于

0.91

—

T0304

针片状颗粒含量（%），不大于（1:

5）

8

10

T0316

水洗法＜0.075mm颗粒含量（%），不大于

0.6

—

T0316

软石含量%不大于

—

—

T0316

表－4细集料技术指标（JTGF40-2004）

试验项目

JTGF40-2004要求

细集料实测指标

机制砂

表观相对密度，不小于

2.50

2.837

毛体积相对密度

实测

2.744

坚固性（>0.3mm部分），不小于

12

—

砂当量，不小于％

60

75

棱角性（流动时间），不小于

30

45.1

表－5矿粉质量技术指标及试验结果

试验项目

试验值

技术要求

试验方法

表观相对密度（t/m3），不小于

2.874

2.5

T0352

含水量（%），不大于

－

1

T0352烘干法

粒度范围

＜0.6mm

100

100

T0351

＜0.15mm

96.1

90~100

＜0.075mm

86.9

75~100

亲水系数

0.75

＜1

T0353

塑性指数

3.7

＜4

T0354

外观

无团粒结块

无团粒结块

—

五.中面层SP-19.0mmNMS（AC-20C）沥青混凝土目标配合比设计

1．矿料级配的选择

该项目选用涞源红泉碎石厂生产的粗、细集料和机制砂，涞水县生产的矿粉。

各种规格集料料堆的筛分试验结果如表-6所示。

表－6各种规格集料的筛分结果

筛孔

集料

通过百分率（％）（方孔筛，mm）

37.5

26.5

19.0

12.5

9.5

4.75

2.36

1.18

0.6

0.3

0.15

0.075

15～25mm

100

100

84.4

26.2

3.6

0.6

0.6

0.6

0.6

0.6

0.6

0.6

5～15mm

100

100

100

100

84.0

5.2

1.2

1.0

1.0

0.9

0.9

0.9

3～5mm

100

100

100

100

100

84.6

4.4

2.0

1.4

1.4

1.4

1.4

机制砂

100

100

100

100

100

99.6

79.0

55.7

38.8

22.2

15.9

11.8

矿粉

100

100

100

100

100

100

100

100

100

99.6

96.1

86.9

选择混合料矿料级配结构时,按照级配集料级配的粗细程度不同试选了级配1、级配2、级配3三种级配，具体情况如表-7所示，级配曲线汇总如图1。

SP-19.0mmNMS的级配要求与所设计的AC-20C沥青混凝土级配要求不同，因此采用《公路沥青路面施工技术规范》的级配见表-8。

由于25.0mm筛孔的通过率较低，不是主要控制粒径，所以仍然采用26.5mm作为级配筛孔要求。

表－7试配集料级配明细表

筛孔尺寸

mm

通过率（％）

试配1（30:

31:

12:

26:

1）

试配2

（29:

26:

16:

28:

1）

试配3

（32:

26:

13:

28:

1）

37.5

100.0

100.0

100.0

26.5

100.0

100.0

100.0

19.0

95.3

95.5

95.0

12.5

77.9

78.6

76.4

9.5

66.1

67.9

65.0

4.75

38.8

44.0

41.4

2.36

22.6

24.3

24.2

1.18

16.2

17.4

17.3

0.6

11.7

12.5

12.5

0.3

7.4

7.9

7.8

0.15

5.7

6.1

6.0

0.075

4.6

4.8

4.8

表－8密集配沥青混凝土混合料矿料级配范围

筛孔

集料

通过百分率（％）（方孔筛，mm）

37.5

31.5

26.5

19.0

16.0

13.2

（12.5）

9.5

4.75

2.36

1.18

0.6

0.3

0.15

0.075

混合料合成级配

100

100

100

95.3

87.1

78.2

（77.9）

66.1

38.8

22.6

16.2

11.7

7.4

5.7

4.6

中粒式

AC-20

100

100

100

90~

100

78~

92

62~

80

50~

72

26~

56

16~

44

12~

33

8~

24

5~

17

4~

13

3~

7

图1各级配曲线汇总图

根据各试配级配集料的性质（密度和吸水率）计算出三种不同级配的试配沥青用量均为4.1%（计算方法参见《高性能沥青路面（Sperpave）基础参考手册》（人民交通出版社））。

试件采用旋转压实仪成型，根据交通量数据（设计当量轴载次数大于3000万次），选择压实次数Nini＝9次，Ndes＝125次，Nmax＝205次，旋转压实仪（SGC）的成型压力为0.6MPa，沥青混合料的拌和温度为170℃和成型温度为158℃，然后成型试件。

各项体积性能试验和计算结果以及这三种试配级配的沥青混合料在空隙率为4％时所需的估算沥青用量值和相应的其它估算体积性能指标对比与要求汇总表见表-9。

表－9试配沥青混合料性能对比

性能指标

试配1

试配2

试配3

规范要求

松散密度Gsb

2.709

2.710

2.710

—

表观密度Gsa

2.735

2.735

2.736

—

有效密度Gse

2.729

2.730

2.730

—

预估沥青用量Pb（%AC）

4.1

4.1

4.1

—

0.075mm筛孔通过率P0.075

4.6%

4.8%

4.8%

—

初始转数时的密度%

85.1

85.8

85.0

≦89%

设计转数时的密度%

95.9

96.4

95.6

96%

试件密度BRDg/cm3

2.428

2.445

2.431

—

实测理论最大密度MRDg/cm3

2.532

2.538

2.543

—

空隙率AV%

4.1

3.6

4.4

4%

矿料间隙率VMA%

14.1

13.5

14.0

Min.13

沥青填充率VFA%

70.7

73.0

68.5

65~75%

估算沥青用量Pb,est

4.2%

4.0%

4.3%

—

估算矿料间隙率%VMA,est

14.1%

13.5%

13.9%

Min.13

估算沥青填充率%VFA,est

71.6%

70.41.1%

71.3%

65~75%

有效沥青含量Pb,e（%）

3.9%

3.7%

4.0%

—

粉胶比DP

1.2

1.3

1.2

0.8~1.6

比较表-9中所列各试配沥青混合料的各项性能指标发现：

级配1、级配2、级配3要达到4％的空隙率所需沥青用量分别为4.2%、4.0%、4.3%，级配1要优于级配2和级配3，且对于重交通道路，趋向于选择较粗的混合料结构，故选用级配1作为设计级配。

2．沥青用量的确定

选定级配1作为沥青混合料的设计级配后，接下来的工作是通过试验来确定沥青用量。

采用四点设计法，根据四组不同的沥青用量3.7%、4.2%、4.7%、5.2%与级配1拌成沥青混合料，成型四组试件，每组两个试件，进行试验，并按要求对每组混合料做最大理论密度试验，试验结果见表-10。

四种不同沥青含量的混合料体积性能对比表见表-11

表－10四点设计法试验结果汇总表

性能指标沥青用量

3.7%

4.2%

4.7%

5.2%

Gmb（试件的毛体积相对密度）g/cm3

2.448

2.445

2.432

2.470

Gmm（混合料的理论最大密度）g/cm3

2.552

2.547

2.519

2.599

Ps（混合料中的骨料比例%）

96.3

95.8

95.3

94.8

Gsb（骨料的松散密度）g/cm3

2.709

2.709

2.709

2.709

Gse（骨料的有效密度）g/cm3

2.730

2.730

2.730

2.730

VMA,%（矿料间隙率）

13.0

13.6

14.5

13.6

Va（空隙率）,%

4.1

4.0

3.5

1.2

VFA,%（沥青填充率）

68.5

70.5

76.1

91.3

Pb,a（沥青吸附量）

0.3

0.3

0.3

0.3

Pb,e（有效沥青含量）

3.4

3.9

4.4

4.9

DP（粉胶比）

1.3

1.2

1.0

0.9

混合料外观

含油量偏少

含油量适中

含油量较多

含油量过多

表－11体积性能对比表

沥青含量%

空隙率（设计转数时）

4.1

4.0

3.5

1.2

矿料间隙率（设计转数时）

13.0

13.6

14.5

13.6

沥青填充率（设计转数时）

68.5

70.5

76.1

91.3

粉胶比

1.3

1.2

1.0

0.9

旋转次数#

密度%Gmm

7

84.0

84.3

84.6

86.3

9

85.1

85.3

85.7

87.5

20

88.5

88.6

89.0

91.0

30

90.2

90.3

90.7

92.9

40

91.4

91.5

91.9

94.1

50

92.3

92.5

92.9

95.1

60

93.1

93.2

93.6

95.9

70

93.7

93.9

94.3

96.5

80

94.2

94.3

94.8

97.1

90

94.7

94.8

95.3

97.6

100

95.1

95.2

95.7

98.0

110

95.4

95.5

96.0

98.3

125

95.9

96.0

96.5

98.8

根据试验数据，四种沥青含量的混合料的性能图示如图2所示。

由试验结果可知，沥青用量为4.1％时，空隙率和矿料间隙率均稍偏高，沥青填充率偏低。

根据内插法求得能够满足设计沥青混合料压实空隙率为4％的要求时的设计沥青用量为4.2%，此时沥青填充率、粉胶比等各项指标均满足Superpave设计标准要求，沥青混合料外观良好。

因此，依据设计及相关工程经验选定沥青用量为4.2%，按此沥青用量成型试件进行相关试验，以评定该混合料的其他性能。

在初始转数、设计转数和最大转数时混合料的密度对比情况列于

表-12。

表-12设计沥青用量验证试验结果表

沥青用量（％）

在压实次数时

DP

初始压实度（％）

最大压实度（％）

压实度（％）（设计次数）

VMA（％）

VFA

（％）

4.2

96.0

13.6

70.5

1.2

85.3

97.9

Superpave设计标准

≥12

65～75

0.8~1.6

≤89

≤98

图2设计混合料的性能图示

六.水稳定性、动稳定度、低温弯曲试验及渗水试验结果

为了检验SP-19.0mmNMS（AC-20C）沥青混凝土的水稳定性，对所选定的级配和沥青含量为4.2%的沥青混合料进行车辙试验、冻融劈裂试验、渗水试验、低温弯曲试验，结果汇总于表-13a、b、c、d。

表-13a车辙试验结果汇总表

混合料类型

沥青用量

动稳定度（次/mm）

1

2

3

平均

要求

SP-19mmNMS

4.2

4286

3134

3795

3738

≥3000

表-13b冻融劈裂试验结果

混合料类型

无条件劈裂强度（MPa）

条件劈裂强度（MPa）

TSR（％）

要求（％）

SP-19mmNMS

0.63

0.49

89.7

≥75

表-13c渗水试验结果

混合料

类型

渗水系数，mL/min

1

2

3

平均

要求

SP-19mmNMS

40

45

35

40

≤120

表-13d低温弯曲试验结果

混合料类型

低温弯曲试验，με

试验值

要求

SP-19mmNMS

2520

≥2000

七.马歇尔试验结果和技术指标

按Superpave设计方法得到的SP-19.0mmNMS（AC-20C）级配、沥青用量4.2%，采用马歇尔试验方法成型试件，进行马歇尔试验验证沥青混合料，得到对应的马歇尔指标。

矿料合成级配表及马歇尔试验结果汇总见表-14、图-3和表-15。

表-14矿料马歇尔合成级配表

筛孔

集料

通过百分率（％）（方孔筛，mm）

37.5

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

混合料合成级配

100

100

100

95.3

87.1

78.2

66.1

38.9

22.6

16.2

11.8

7.