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根据滨德高速公路路面结构设计的要求,对于沥青混合料下面层采用AC-25C级配类型,根据一合同段所用原材料实际筛分结果进行组配设计。
一、设计及试验依据
(4)《高性能沥青路面Superpave技术实用手册》
(5)《公路工程沥青路面矿料技术标准》(DB37/T1390-2009)
二、原材料基本性能
2.1沥青
采用道路石油沥青70-A,对从路面现场送样的沥青样品进行全部性能指标的检测,检测结果如表1。
基质沥青性能指标检测结果表1
检测项目
单位
实测结果
技术要求
试验方法
针入度(25℃,100g,5s)
0.1mm
72
60~80
T0604
针入度指数PI
/
-1.1
-1.5~1.0
软化点(环球法)
℃
47.0
≮46
T0606
60℃动力粘度
Pa·
s
235
≮180
T0602
延度(5cm./min,10℃)
cm
36
≮20
T0605
延度(5cm./min,15℃)
>
150
≮100
含蜡量(蒸馏法)
%
2.0
≯2.2
T0615
闪点(coc)
345
≮260
T0611
溶解度(三氯乙烯)
99.8
≮99.5
T0607
密度(15℃)
g/cm3
1.034
实测记录
T0603
薄膜加热试验
(163℃,5h)
质量损失
-0.03
±
0.8
T0610或T0609
针入度比
67
≮61
延度(10℃)
9
≮6
2.2集料
采用山东青州公路石料厂生产的石灰岩集料,现场生产5档规格料,对其各项技术指标检测,结果列于表2~表4。
集料基本性能测试值表2
指标
单
位
检测结果
技术
要求
石灰岩20-30
石灰岩
10-20
5-10
3-5
石灰岩0-3
石料压碎值
19.2
≯26
洛杉矶磨耗损失
19.1
≯28
对沥青的粘附性
级
5
≮4
细长扁平颗粒含量
3.5
6.2
9.7
10.5
---
≯15
水洗<
0.075mm颗粒含量
0.1
0.2
(5.8)
≯1(15)
细集料的棱角性
----
(46.9)
≮(45)
砂当量
(85.2)
≮(60)
注:
括号中数据为细集料数据。
集(矿)料筛分结果表3
筛孔
(mm)
20-30
0-3
石灰+矿粉
31.5
100.0
26.5
79.1
19.0
17.0
98.6
16.0
7.0
89.0
100.0
13.2
0.4
62.6
9.5
0.1
17.4
98.0
4.75
0.6
13.6
71.7
99.8
2.36
1.8
3.5
68.6
1.18
1.0
1.9
45.7
0.6
0.5
0.9
30.2
0.3
14.8
98.5
0.15
8.7
95.5
0.075
6.0
82.3
集料密度测定值表4
名称
规格(mm)
产地
表观相对密度
毛体积
相对密度
吸水率(%)
石灰岩20~30
2.756
2.734
石灰岩10~20
2.757
2.724
0.4
石灰岩5~10
2.749
2.715
0.5
石灰岩3~5
2.743
2.696
石灰岩0~3
2.735
2.632
1.4
2.3填料
采用一合同送来的矿粉和生石灰粉,按照矿粉:
生石灰粉=70:
30合成后的填料技术指标如表5所示。
填料性能指标测试值表5
检测结果
技术要求
表观相对密度不小于
2.626
2.500
含水量(%)不大于
1.0
粒度范围
<
0.6(%)
100
0.15(%)
95.5
90~100
0.075(%)
82.3
75~100
外观
无团粒结块
亲水系数
1
掺加生石灰粉后无法测得填料的亲水系数,此指标空缺。
三、目标配合比设计
3.1矿料级配设计
根据Superpave混合料设计要求,结合滨德高速公路的实际情况,提出的混合料级配范围如表6所示。
根据所送集料进行筛分试验,按照要求级配范围选择级配,最后确定的组配为石灰岩20~30:
石灰岩10~20:
石灰岩5~10:
石灰岩3~5:
石灰岩0~3:
填料=21:
27:
17:
6:
26:
3,合成级配如图1和表7所示,4.75mm筛孔通过率为35.7%,为AC-25C型。
3.2最佳油石比确定
建议的AC-25C级配范围表6
方孔筛
AC-25规范要求
建议级配范围
下限
上限
90
75
76
86
65
83
66
78
57
58
70
45
46
24
52
30
40
16
42
19
27
12
33
18
8
14
17
11
4
13
3
7
AC-25C合成级配表7
合成级配
95.6
82.2
77.5
69.0
56.4
35.7
21.4
15.2
11.0
6.9
5.3
4.2
计算得矿料的合成表观相对密度γsa=2.747,矿料的合成毛体积相对密度γsb=2.700,合成矿料的有效相对密度γse=2.720,根据以上参数和已建类似工程,预估其最佳油石比为4.1%。
图1AC-25C合成级配曲线图
据此,分别以油石比3.7%、4.1%、4.5%作旋转压实成型试件。
集料加温170℃,混合料拌和温度165℃、成型温度140~145℃,混合料拌和好后以压实温度在鼓风烘箱中短期老化两小时,中间翻拌一次。
旋转压实仪为TROXLER型,试模直径150mm,设定单位压力0.6MPa,旋转角1.25°
。
旋转压实次数采用N初始=8次,N设计=100次,N最大=160次。
详细试验结果见附表1,试验汇总结果列于表8。
AC-25C沥青混合料旋转压实试验结果汇总表表8
油石比
(%)
最大理论相对密度
空隙率
矿料间隙率
沥青饱和度
粉胶比
3.7
2.438
2.564
4.9
12.9
61.8
1.21
4.1
2.452
2.556
12.8
68.0
1.09
4.5
2.446
2.527
3.2
13.3
76.1
0.99
4.0
12.0~14.0
55~70
0.6~1.2
将油石比与毛体积相对密度、空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度等关系图绘制于图2~图5。
图2毛体积相对密度与油石比的关系图3空隙率与油石比的关系
图4矿料间隙率与油石比的关系图5饱和度与油石比的关系
根据表8和图3中数据可知:
在空隙率为4%时的油石比对应值为4.1%,因此选取设计最佳油石比为4.1%。
在油石比为4.1%的条件下,其矿料间隙率为12.8%,沥青饱和度68.0%,粉胶比为1.09,均能满足混合料设计指标要求。
3.3配合比设计检验
3.3.1水稳定性检验
按油石比为4.1%成型空隙率为6%的旋转压实试件,进行冻融劈裂试验,详细试验结果见附表3,试验汇总结果列于表9。
TSR符合技术指标要求。
冻融劈裂试验结果表9
油石比(%)
试验条件
劈裂强度(MPa)
冻融劈裂强度比TSR(%)
技术要求(%)
未冻融
0.53
85.0
≮80
经冻融
0.45
3.3.2压实特性检验
对于Superpave混合料体积设计要检验N初始、N设计、N最大条件下的体积变化情况,测定结果列于表10,测试结果满足要求。
混合料体积设计检验结果表10
旋转压实次数
(次)
试件高度
压实度
压实度要求
(最大理论密度%)
123.0
86.7
≤89
111.1
95.9
96
160
109.2
97.6
≤98
3.3.3马歇尔稳定度检验
按以上目标配合比,油石比为4.1成型Ф101.6×
63.5mm马歇尔试件,测定其空隙率、矿料间隙率、饱和度、稳定度、流值等指标,详细试验结果见附表2,试验汇总结果列于表11(成型温度同旋转压实试件,击实次数为双面各75次)。
稳定度和流值能够满足规范要求。
AC-25C马歇尔试验各项指标表11
油石比(%)
最大理论
空隙率(%)
矿料间隙率(%)
饱和度
稳定度(KN)
流值
(0.1mm)
2.421
2.555
14.3
63.2
8.99
32.4
技术指标
—
≥8
15~40
四、结论
通过混合料级配调试和相关验证试验,表明本次设计的下面层AC-25C目标配合比满足设计要求,可用于滨德高速公路一合同段生产配合比调试。
一合同段下面层AC-25C矿料配合比及油石比表12
混合料类型
下列各种矿料所占比例(%)
石灰岩20~30mm
石灰岩10~20mm
石灰岩5~10mm
石灰岩3~5mm
石灰岩0~3mm
填料
21
6
26
备注
填料为矿粉和生石灰粉的混合物,其比例为矿粉:
30。
AC-25C沥青混合料旋转压实试验结果附表1
试样编号
试样
高度(mm)
干燥试件空气中质量(g)
试件表干质量(g)
试件水中质量(g)
毛体积相对密度
矿料
间隙率
沥青
114.99
4782.4
4792.5
2830.4
2.437
2.563
4.9
12.9
62.2
2
115.68
4818.3
4836.0
2859.4
2.438
2.566
5.0
61.3
平均
2.565
5.0
51.8
114.17
4839.8
4848.4
2873.3
2.450
2.553
4.0
12.8
68.5
116.94
4869.8
4878.8
2893.6
2.453
2.559
4.1
12.7
67.4
116.57
4898.5
4915.3
2914.0
2.448
2.526
3.1
13.2
76.6
116.58
4851.6
4864.1
2879.8
2.445
2.528
3.3
13.3
75.5
2.447
试验者
校核者
AC-25C沥青混合料马歇尔试验结果附表2
63.95
1197.6
1199.2
704.8
2.422
5.2
14.2
63.5
8.95
3.67
64.19
1204.1
1206.6
709.0
2.420
63.0
8.82
2.35
64.35
1199.0
1202.1
706.6
9.96
3.80
63.97
1198.0
1200.1
705.5
8.24
3.12
3.24
负责人
AC-25C沥青混合料冻融劈裂试验结果附表3
劈裂
强度(Mpa)
TSR(%)
经
冻
融
95.75
3871.3
3816.4
2203.9
2.401
6.0
95.54
3841.5
3828.1
2226.3
2.398
6.1
2.400
未
95.44
3825.5
3838.3
2244.8
0.54
3855.7
3865.6
2259.6
0.52
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