热拌沥青混合料配合比设计方法.docx

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热拌沥青混合料配合比设计方法

热拌沥青混合料配合比设计方法

B.1一般规定

B.1.1本方法适用于密级配沥青混凝土及沥青稳定碎石混合料。

B.1.2热拌沥青混合料的配合比设计应通过目标配合比、生产配合比及生产配合比验证三个阶段，确定沥青混合料的材料品种及配合比、矿料级配、最佳沥青用量。

本规范采用马歇尔试验配合比设计方法。

如采用其他方法设计时，应按本规范规定进行马歇尔试验及各项配合比设计检验，并报告不同设计方法的试验结果。

B.1.3热拌沥青混合料的目标配合比设计宜按图B-1的框图的步骤进行。

图B-1密级配沥青混合料目标配合比设计流程图

B.1.4配合比设计的试验方法必须遵照现行试验规程的方法进行。

混合料拌和必须采用小型沥青混合料拌和机进行。

混合料的拌和温度和试件制作温度应符合本规范的要求。

B.1.5生产配合比设计可参照本方法规定的步骤进行。

B.2确定工程设计级配范围

B.2.1沥青路面工程的混合料设计级配范围由工程设计文件或招标文件规定，密级配沥青混合料的设计级配宜在本规范表20规定的级配范围内，根据公路等级、工程性质、气候条件、交通条件、材料品种等因素，通过对条件大体相当的工程使用情况进行调查研究后调整确定，必要时允许超出规范级配范围。

密级配沥青稳定碎石混合料可直接以本规范表22规定的级配范围作工程设计级配范围使用。

经确定的工程设计级配范围是配合比设计的依据，不得随意变更。

B.2.2调整工程设计级配范围宜遵循下列原则：

⑴首先按本规范确定采用合适的沥青混合料级配范围。

⑵为确保高温抗车辙能力，同时兼顾低温抗裂性能的需要。

配合比设计时宜适当减少公称最大粒径附近的粗集料用量，减少0.6mm以下部分细粉的用量，使中等粒径集料较多，形成平缓的“S”型级配曲线，并取中等水平的设计空隙率。

⑶确定各层的工程设计级配范围时应考虑不同层位的功能需要，经组合设计的沥青路面应能满足耐久、稳定、密水、抗滑等要求。

⑷根据公路等级和施工设备的控制水平，确定的工程级配范围应比规范级配范围窄，其中4.75mm和2.36mm通过率的上下限差值宜小于8%和10%。

⑸沥青混合料的配合比设计应充分考虑施工性能，使沥青混合料容易摊铺和压实，避免造成严重的离析。

B.3材料选择与准备

B.3.1配合比设计的各种矿料必须按现行《公路工程集料试验规程》（JTGE42-2005）规定的方法，从工程实际使用的材料中取代表性样品。

进行生产配合比设计时，取样至少应在干拌5次以后进行。

B.3.2配合比设计所用的各种材料必须符合气候和交通条件的需要。

其质量应符合本规范规定的技术要求。

当单一规格的集料某项指标不合格，但不同粒径规定的材料按级配组成的集料混合料指标能符合规范要求时，允许使用。

B.4矿料配合比设计

B.4.1高速公路和一级公路沥青路面矿料设计宜借助电子计算机的电子表格用试配法进行。

其他等级公路沥青路面也可参照进行。

B.4.2矿料级配曲线按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》T0725的方法绘制（图B-2）。

以原点与通过集料最大粒径100%的点的连线作为沥青混合料的最大密度线，见表B-3和表B-4。

图B-2矿料级配曲线示例

表B-3泰勒曲线的横坐标

di

0.075

0.15

0.3

0.6

1.18

2.36

4.75

9.5

X=di0.45

0.312

0.426

0.582

0.795

1.077

1.472

2.016

2.754

di

13.2

16

19

26.5

31.5

37.5

53

63

X=di0.45

3.193

3.482

3.762

4.370

4.723

5.109

5.969

6.452

表B-4矿料级配设计计算表示例

筛孔（%）

10-20

（%）

5-10

（%）

3-5

（%）

石屑

（%）

黄砂

（%）

矿粉

（%）

消石灰

（%）

合成级配

工程设计级配范围

中值

下限

上限

16

100

100

100

100

100

100

100

100.0

100

100

100

13.2

88.6

100

100

100

100

100

100

97.2

95

90

100

9.5

16.6

99.7

100

100

100

100

100

79.1

79.5

74

85

4.75

0.4

8.7

94.9

100

100

100

100

58.9

56

50

62

2.36

0.3

0.7

3.7

97.2

87.9

100

100

42.3

41

36

46

1.18

0.3

0.7

0.5

67.8

62.2

100

100

30.9

29

24

34

0.6

0.3

0.7

0.5

40.5

46.4

100

100

21.9

22

18

26

0.3

0.3

0.7

0.5

30.2

3.7

99.8

99.2

13.3

16

12

20

0.15

0.3

0.7

0.5

20.6

3.1

96.2

97.6

10.7

11.5

8

15

0.075

0.2

0.6

0.3

4.2

1.9

84.7

95.6

6.0

6

4

8

配合比

25

17

14

25

14

3

2

100

-

-

-

B.4.3对高速公路和一级公路，宜在工程设计级配范围内计算1-3组粗细不同的配合比，绘制设计级配曲线，分别位于工程设计级配范围的上方、中值及下方。

设计合成级配不得有太多的锯齿形交错，且在（0.3-0.6）mm范围内不出现“驼峰”。

当反复调整不能满意时，宜更换材料设计。

B.4.4根据实践经验选择适宜的沥青用量，分别制作几组级配的马歇尔试件，测定VMA，初选一组满足或接近设计要求的级配作为设计级配。

B.5马歇尔试验

B.5.1配合比设计马歇尔试验技术要求按本规范规定执行。

B.5.2沥青混合料试件的制作温度按JTGF40-2004规定的方法确定，并与施工实际温度相一致，普通沥青混合料如缺乏粘温曲线时可参照表B-5执行，改性沥青混合料的成型温度在此基础上再提高（10-20）℃。

表B-5热拌普通沥青混合料试件的制作温度（℃）

施工工序

石油沥青的标号

50号

70号

90号

110号

130号

沥青加热温度

160-170

155-165

150-160

145-155

140-150

矿料加热温度

集料加热温度比沥青温度高10-30（填料不加热）

沥青混合料拌和温度

150-170

145-165

140-160

135-155

130-150

试件击实成型温度

140-160

135-155

130-150

125-145

120-140

注：

表中混合料温度，并非拌和机的油浴温度，应根据沥青的针入度、粘度选择，不宜都取中值。

B.5.3按式（B.5.3）计算矿料的合成毛体积相对密度γsb。

……………………………………………………………（B.5.3）

式中：

P1、P2、…、Pn—各种矿料成分的配合比，其和为100；

γ1、γ2、…、γn—各种矿料相应的毛体积相对密度。

1注1：

沥青混合料配合比设计时，均采用毛体积相对密度（无量纲），不采用毛体积密度，故无需进行密度的水温修正。

2注2：

生产配合比设计时，当细料仓中的材料混杂各种材料而无法采用筛分替代法时，可将0.075mm部分除后以统货实测值计算。

B.5.4按式（B.5.4）计算矿料的合成表观相对密度γsa。

……………………………………………………………（B.5.4）

式中：

P1、P2、…、Pn—各种矿料成分的配合比，其和为100；

γ1′、γ2′、…、γn′—各种矿料按试验规程方法测定的表观相对密度。

B.5.5按式（B.5.5-1）或按式（B.5.5-2）预估沥青混合料的适宜的油石比Pa或沥青用量为Pb。

…………………………………………………………………（B.5.5-1）

…………………………………………………………（B.5.5-2）

式中：

Pa—预估的最佳油石比（与矿料总量的百分比），%；

Pb—预估的最佳沥青用量（占混合料总量的百分数），%；

Pal—已建类似工程沥青混合料的标准油石比，%；

γal—矿料的合成毛体积相对密度；

γsbl—已建类似工程集料的合成毛体积相对密度。

1注：

作为预估最佳油石比的集料密度，原工程和新工程也可均采用有效相对密度。

B.5.6确定矿料的有效相对密度

B.5.6.1对非改性沥青混合料，宜以预估的最佳油石比拌和2组的混合料，采用真空法实测最大相对密度，取平均值。

然后由式（B.5.6-1）反算合成矿料的有效相对密度γse。

…………………………………………………………………（B.5.6-1）

式中：

γse—合成矿料的有效相对密度；

Pb—试验采用的沥青用量（占混合料总量的百分数），%；

γt—试验沥青用量条件下实测得到的最大相对密度，无量纲；

γb—沥青的相对密度（25℃/25℃），无量纲。

B.5.6.2对改性沥青及SMA等难以分散的混合料，有效相对密度宜直接由矿料的合成毛体积相对密度与合成表观相对密度按式（B.5.6-2）计算确定，其中沥青吸收系数C值根据材料的吸水率由式（B.5.6-3）求得，材料的合成吸水率按式（B.5.6-4）计算：

…………………………………………………（B.5.6-2）

……………………………………（B.5.6-3）

……………………………………………………（B.5.6-4）

式中：

γse—合成矿料的有效相对密度；

C—合成矿料的沥青吸收系数，可按矿料的合成吸水率从式（B.5.6-3）求取；

ωx—合成矿料的吸水率，按式（B.5.6-4）求取，%；

γsb—矿料的合成毛体积相对密度，按史（B.5.3）求取，无量纲；

γsa—矿料的合成表观相对密度，按式（B.5.4）求取，无量纲。

B.5.7以预估的油石比为中值，按一定间隔（对密级配沥青混合料通常为0.5%，对沥青碎石混合料可适当缩小间隔为（0.3-0.4）%），取5个或5个以上不同的油石比分别成型马歇尔试件。

每一组试件的试样数按现行试验规程的要求确定，对粒径较大的沥青混合料，宜增加试件数量。

B.5.8测定压实沥青混合料试件的毛体积密度γf和吸水率，取平均值。

测试方法应遵循以下规定执行：

⑴通常采用表干法测定毛体积相对密度；

⑵对吸水率大于2%的试件，宜改用蜡封法测定的毛体积相对密度。

3注1：

对吸水率小于0.5%的特别致密的沥青混合料，在施工质量检验时，允许采用水中重法测定

4注2：

表观相对密度作为标准密度，钻孔试件也采用相同方法。

但配合比设计时不得采用水中重法。

B.5.9确定沥青混合料的最大理论相对密度

⑴对非改性的普通沥青混合料，在成型马歇儿试件的同时，按B.5.6-1的要求用真空法实测各组沥青混合料的最大理论相对密度γti。

当只对其中一组油石比测定最大理论相对密度时，也可按式（B.5.9-1）或式（B.5.9-2）计算其他不同油石比时的最大理论相对密度γti。

⑵对改性沥青或ＳＭＡ混合料宜按式（B.5.9-1）或式（B.5.9-2）计算各个不同沥青用量混合料的最大理论相对密度。

………………………………………………………………（B.5.9-1）

5注：

5个不同油石比不一定选整数，例如预估油石比4.8%，可选3.8%、4.3%、4.8%、5.3%、5.8%等。

B.5.6条1中规定的实测最大相对密度通常与此同时进行。

…………………………………………………………………（B.5.9-2）

式中：

γti—相对于计算沥青用量Pbi时沥青混合料的最大理论相对密度，无量纲；

Pai—所计算的沥青混合料中的油石比，%；

Pbi—所计算的沥青混合料的沥青用量；

Psi—所计算的沥青混合料的矿料含量；

γse—矿料的有效相对密度，按式（B.5.6-2）计算，无量纲；

γb—沥青的相对密度（25℃/25℃），无量纲。

B.5.10按式（B.5.10-1）式（B.5.10-3）计算沥青混合料试件的空隙率VMA、有效沥青的饱和度VFA等体积指标，取１位小数，进行体积组成分析。

…………………………………………………………（B.5.10-1）

…………………………………………………（B.5.10-2）

……………………………………………………（B.5.10-3）

式中：

VV—试件的空隙率，%；

VMA—试件的矿料间隙率，%；

VFA—试件的有效沥青饱和度（有效沥青含量占VMA的体积比例）,%；

γf—按B.5.8测定的试件的毛体积相对密度，无量纲；

γt—沥青混合料的最大理论相对密度，按B.5.9的计算或实测得到，无量纲；

Ps—各种矿料占沥青混合料总质量的百分率之和，即Ps=100-Pb，%；

γsb—矿料的合成毛体积相对密度，按式（B.5.3）计算。

B.5.11进行马歇尔试验,测定马歇尔稳定度及流值。

B.6确定最佳沥青用量（或油石比）

B.6.1按图B-3的方法，以油石比或沥青用量为横坐标，以马歇尔试验的各项指标为纵坐标，将试验结果点入图中，连成圆滑的曲线。

确定均符合本规定的沥青混合料技术标准的沥青用量范围

OACmin-OACmax。

选择的沥青用量范围必须涵盖设计空隙率的全部范围，并尽可能涵盖沥青饱和度的要求范围，并使密度及稳定度曲线出现峰值。

如果没有涵盖设计空隙的全部范围，试验必须扩大沥青用量重新进行。

B.6.2根据试验曲线的走势，按下列方法确定沥青混合料的最佳沥青用量OAC1。

⑴在曲线图B-3上求取相对于密度最大的值、稳定度最大值、目标空隙率（或中值）、沥青饱和范围的中值的沥青用量a1、a2、a3、a4。

按式（B.6.2-1）取平均值作为OAC1。

OAC1=（a1+a2+a3+a4）/4…………………………………………………………（B.6.2-1）

⑵如果在所选择的沥青用量范围未能涵盖沥青饱和度的要求范围，按式（B.6.2-2）求取三者的平均值作为OAC1。

OAC1=（a1+a2+a3）/3………………………………………………………………（B.6.2-2）

⑶对所选择试验的沥青用量范围，密度或稳定度没有出现峰值（最大值经常在曲线的两端）时，可直接以目标空隙率所对应的沥青用量a3作为OAC1，但OAC1必须介于OACmin-OACmax的范围内，否则应重新进行配合比设计。

B.6.3以各项指标均符合技术标准（不含VMA）的沥青用量范围OACmin-OACmax的中值作为OAC2。

OAC2=（OACmin+OACmax）/2……………………………………………………………（B.6.3）

B.6.4通常情况下取OAC1及OAC2的中值作为计算的最佳沥青用量OAC。

OAC=（OAC1+OAC2）/2……………………………………………………………（B.6.4）

图B-3马歇尔试验结果示例

B.6.5按式（B.6.4）计算的最佳油石比OAC，从图B-3中得出所对应的空隙率和VMA值，检验是否能满足本规范24或表25关于最小VMA值的要求。

OAC宜位于VMA凹形曲线最小值的贫油一侧。

当空隙率不是整数时，最小VMA按内插法确定，并将其画入图B-3中。

B.6.6检查图B-3中相应于此OAC的各项指标是否均符合马歇尔试验技术标准。

B.6.7根据实践经验和公路等级、气候条件、交通情况，调整确定最佳沥青用量OAC。

⑴改性沥青混合料最佳沥青用量较基质沥青混合料偏大（0.1-0.2）%。

⑵对炎热地区公路以及高速公路、一级公路的重载交通路段，山区公路的长大坡度路段，预计有可能产生较大车辙时，宜在空隙率符合要求的范围内将计算的最佳沥青用量减少（0.1-0.3）%作为设计沥青用量。

但报告必须要求采用重型轮胎压路机和振动压路机组合等方式加强碾压，以使施工后路面的空隙率达到未调整前的原最佳沥青用量时的水平，且渗水系数符合要求。

如果试验段试拌试铺达不到此要求时，宜调整所减少的沥青用量的幅度。

⑶对寒区公路、旅游公路、交通量很少的公路，最佳沥青用量可以在OAC的基础上增加（0.1-0.3）%，以适当减小设计空隙率，但不得降低压实度要求。

B.6.8按式（B.6.8-1）及式（B.6.8-2）计算沥青结合料被集料吸收的比例及有效沥青含量。

………………………………………………………（B.6.8-1）

………………………………………………………….（B.6.8-2）

式中：

Pba—沥青混合料中被集料吸收的沥青结合料比例，%；

Pbe—沥青混合料中的有效沥青用量，%；

γse—矿料的有效相对密度，按式（B.5.6-1）计算，无量纲；

γsb—材料的合成毛体积相对密度，按式（B.5.3）求取，无量纲；

γb—沥青的相对密度（25℃/25℃），无量纲；

Pb—沥青含量，%；

Ps—各种矿料占沥青混合料总质量的百分率之和，即Ps=100-Pb，%。

如果需要，可按式（B.6.8-3）及式（B.6.8-4）计算有效沥青的体积百分率γbe及矿料的体积百分率Vg。

…………………………………………………………………（B.6.8-3）

………………………………………………………（B.6.8-4）

B.6.9检验最佳沥青用量时的粉胶比和有效沥青膜厚度。

⑴按式（B.6.9-1）计算沥青混合料的粉胶比，宜符合0.6-1.6的要求。

对常用的工称最大粒径为13.2-19mm的密级配沥青混合料，粉胶比宜控制在（0.8-1.2）范围内。

………………………………………………………………………（B.6.9-1）

式中：

FB—粉胶比，沥青混合料的矿料中0.075mm通过率与有效沥青含量的比值，无量纲；

P0.075—矿料级配中0.075mm的通过率（水洗法），%；

Pbe—有效沥青含量，%。

⑵按式（B.6.9-2）的方法计算集料的比表面，按式（B.6.9-3）估算沥青混合料的沥青膜有效厚度。

各种集料粒径的表面积系数按表B-6采用。

…………………………………………………………………（B.6.9-2）

…………………………………………………………………（B.6.9-3）

式中：

SA—集料的比表面积，m2/kg；

Pi—各种粒径的通过百分率，%；

FAi—相应于各种粒径的集料的表面积系数，如表B-6所列；

DA—沥青膜有效厚度，μm；

Pbe—有效沥青含量，%；

γb—沥青的相对密度（25℃/25℃），无量纲。

注：

各种公称最大粒径混合料中大于4.75mm尺寸集料的表面积系数FA均取0.0041，且只计算一次，4.75mm以下部分的FAi如表B.6.9所示。

该例的SA=6.60m2/kg。

若混合料的有效沥青含量为4.65%，沥青的相对密度1.03，则沥青膜厚度为DA=4.65/（1.03×6.60）×10=6.83μm。

表B-6集料的表面积系数计算示例

筛孔尺寸（mm）

19

16

13.2

9.5

4.75

2.36

1.18

0.6

0.3

0.15

0.075

集料比表面积总和SA（m2/kg）

表面积系数FAi

0.0041

—

—

—

0.0041

0.0082

0.0164

0.0287

0.0614

0.1229

0.3277

通过百分率Pi（%）

100

92

85

76

60

42

32

23

16

12

6

比表面FAi×Pi（m2/kg）

0.41

—

—

—

0.25

0.34

0.52

0.66

0.98

1.47

1.97

6.60

B.7配合比设计检验

B.7.1对用于高速公路和一级公路的密级配沥青混合料，需在配合比设计的基础上按本规范要求进行各种使用性能的检验，不符合要求的沥青混合料，必须更换材料或重新进行配合比设计。

其他等级公路的沥青混合料可参照执行。

B.7.2配合比设计检验按计算确定的设计最佳沥青用量在标准条件下进行。

如按照B.6.7的方法将计算的设计沥青用量调整后作为最佳沥青用量，或者改变试验条件时，各项技术要求均应适当调整，不宜照搬。

B.7.3高温稳定性检验。

对公称最大粒径等于或小于19mm的混合料，按规定方法进行车辙试验，动稳定度应符合本规范表24的要求。

注：

对公称最大粒径大于19mm的密级配沥青混凝土或沥青稳定碎石混合料，由于车辙试件尺寸不能适用，不宜按本规范方法进行车辙试验和弯曲试验。

如需要检验可加厚试件厚度或采用大型马歇尔试件。

B.7.4水稳定性检验。

按规定的试验方法进行浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验，残留稳定度及残留强度比均必须符合本规范表24的规定。

注：

调整沥青用量后，马歇尔试件成型可能达不到要求的空隙率条件。

当需要添加消石灰、水泥、抗剥落剂时，需重新确定最佳沥青用量后试验。

B.7.5低温抗裂性能检验。

对公称最大粒径等于或小于19mm的混合料，宜按规定方法进行低温弯曲试验，其破坏应变宜符合本规范表24要求。

B.7.6渗水系数检验。

利用轮碾机成型的车辙试件进行渗水试验检验的渗水系数宜符合本规范表24要求。

B.8配合比设计报告

B.8.1配合比设计报告应包括工程设计级配范围选择说明、材料品种选择与原材料质量试验结果、矿料级配、最佳沥青用量，以及各项体积指标、配合比设计检验结果等。

试验报告的矿料级配曲线应按规定的方法绘制。

B.8.2当按B.6.7调整沥青用量作为最佳沥青用量，宜报告不同沥青用量条件下的各项试验结果，并提出对施工压实工艺的技术要求。