下面层目标配合比设计试验结果.docx
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下面层目标配合比设计试验结果
国道主干线广州绕城公路东段(珠江黄埔大桥)高速公路
下面层AC-25型沥青混合料
目标配合比设计报告
广州珠江黄埔大桥路面工程技术咨询项目部
二〇〇七年十月
目录
AC-25型沥青混凝土目标配合比设计(第二阶段)3
(一)原材料试验3
1.沥青试验3
2.集料、矿粉及水泥试验4
3.沥青与集料的粘附性试验5
4.矿粉及水泥试验5
(二)AC-25型沥青混凝土目标配合比设计6
1.原材料筛分结果及矿料合成级配曲线6
2.掺2%SBS改性剂的改性沥青目标配合比试验1
3.掺3%SBS改性剂的改性沥青目标配合比试验5
(三)AC-25型沥青混凝土目标配合比设计试验结果汇总表9
(四)AC-25型沥青混凝土目标配合比推荐方案10
AC-25型沥青混凝土目标配合比设计(第二阶段)
(一)原材料试验
本项目下面层AC-25型沥青混合料目标配合比设计试验所采用的集料为佛山三水田野石料场生产的石灰岩,集料粒径规格分别为S8(10~25mm)、S9(10~20mm)、S11(5~15mm)和S15(0~5mm);矿粉由石灰岩磨细制成;水泥采用“粤花”牌32.5水泥;第一阶段沥青为壳牌新粤(佛山)沥青有限公司生产的CBC重交通道路石油沥青AH-70,第二阶段沥青为壳牌新粤(佛山)沥青有限公司生产的低剂量SBS改性沥青。
1.沥青试验
沥青采用掺加2%和3%SBS改性剂的低剂量改性沥青,沥青试验严格按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTJ052-2000的要求和方法进行,沥青性能指标试验结果见表1所列。
壳牌新粤(佛山)低剂量SBS改性沥青试验结果表1
项目
试验结果
设计要求
试验依据
掺2%SBS改性剂
掺3%SBS改性剂
针入度(15℃,100g,5s,0.1mm)
21
18.7
-
T0604-2000
针入度(25℃,100g,5s,0.1mm)
63.4
58.7
-
针入度(30℃,100g,5s,0.1mm)
102
101.7
-
针入度指数P.I
-0.9
-1.3
-
延度(5cm/min,5℃,cm)
41.3
47.3
延度(5cm/min,15℃,cm)
>100
>100
-
软化点(℃)
51.3
58.1
-
T0606-2000
运动粘度(135℃,Pa.s)
0.933
2.044
实测
T0619-1993
运动粘度(175℃,Pa.s)
0.186
0.276
实测
弹性恢复(25℃,%)
75
84
-
T0662-2000
密度(15℃)
-
1.033
实测
T0603-1993
旋转薄膜加热试验(163℃,5h)
T0610-1993
质量损失(%)
-
-
-
残留针入度比(%)
-
75
-
T0604-2000
残留延度(5cm/min,15℃,cm)
-
22
-
2.集料、矿粉及水泥试验
集料试验严格按照《公路工程集料试验规程》(JTGE42-2005)的要求和方法进行,粗、细集料试验结果分别见表2、表3所列。
粗集料试验结果表2
试验项目
单位
试验结果
规范标准
试验依据
洛杉矶磨耗损失
%
-
≯30
T0317-2005
压碎值
%
19.8
≯25
T0316-2005
粘附性
级
4
≮4
T0616-1993
表观相对密度
10~25mm碎石
-
2.749
≮2.50
T0304-2005
10~20mm碎石
2.747
5~15mm碎石
2.749
吸水率
10~25mm碎石
%
0.21
≯2.0
T0307-2005
10~20mm碎石
0.32
5~15mm碎石
0.36
坚固性
%
-
≯12
T0314-2000
冲击值
%
-
≯28
T0322-2000
软石含量
%
-
≯5
T0320-2000
针片状颗粒含量(混合料)
其中粒径大于9.5mm
其中粒径小于9.5mm
%
10.1
9.3
10.9
≯18
≯15
≯20
T0312-2005
水洗法<0.075mm颗粒含量
10~25mm碎石
%
0.5
≯1
T0310-2005
10~20mm碎石
0.6
5~15mm碎石
0.7
各种集料的毛体
积相对密度
10~25mm碎石
-
2.733
-
T0304-2005
10~20mm碎石
2.723
5~15mm碎石
2.722
各种集料的松装密度
10~25mm碎石
t/cm3
1.437
-
T0309-2005
10~20mm碎石
1.478
5~15mm碎石
1.491
各种集料的干捣密度
10~25mm碎石
t/cm3
1.590
-
10~20mm碎石
1.604
5~15mm碎石
1.628
细集料试验结果表3
试验项目
单位
试验结果
规范标准
试验依据
表观相对密度
-
2.760
≮2.50
T0328-2005
毛体积相对密度
-
-
-
T0304-2005
紧装密度
g/cm3
1.696
-
T0331-1994
砂当量
%
61
≮60
T0334-2005
坚固性
%
-
≯12
T0340-2005
亚甲蓝值
g/cm3
-
≯25
T0349-2005
棱角性(流动时间)
s
-
≮30
T0345-2005
注:
1)石屑的砂当量值偏低,应加强碎石生产过程中的除尘效果,减少已开采碎石被山体泥土污染,此外,
对矿料的一些指标要求缺乏相应的检测,不利于对面层矿料的质量控制,应按要求频率进行检测。
3.沥青与集料的粘附性试验
本试验采用T0616-1993中水煮法,沥青与粗集料粘附性试验结果见表4所列:
沥青与集料粘附性试验结果表4
沥青与集料粘附性
试验后石料表面上沥青膜剥落情况
粘附性等级
掺2%SBS改性剂
掺3%SBS改性剂
沥青膜有少部分为水所移动,剥离面积百分率少于10%
4
4
备注
所用石料为石灰岩
4.矿粉及水泥试验
矿粉及水泥试验结果见表5所列。
矿粉及水泥技术指标表5
试验项目
单位
试验结果
规范标准
试验依据
表观相对密度
矿粉
t/m3
2.773
≮2.50
T0352-2000
水泥
3.050
\
矿粉亲水系数
-
0.87
<1
T0353-2000
含水量
%
0.09
≯1
T0332-2005
塑性指数
-
2
<4
T0354-2000
粒度范围<0.6mm
<0.15mm
<0.075mm
%
100(100)
93.5(100)
79.5(99.5)
100
90~100
75~100
T0351-2000
注:
括号内数值为水泥粒度范围。
(二)AC-25型沥青混凝土目标配合比设计
1.原材料筛分结果及矿料合成级配曲线
第二阶段目标配合比设计是在第一阶段推荐的最佳级配方案Ⅱ及最佳油石比3.8%的基础上,采用3%SBS改性剂的低剂量改性沥青,对3.5%、3.8%、4.1%三个油量进行马歇尔试验。
原材料筛分结果及合成级配曲线分别见表6和图1。
1)原材料筛分及合成级配
AC-25型沥青混凝土合成矿料级配组成(方案Ⅱ)表6
筛孔
尺寸(mm)
原材料级配通过百分率(%)
合成级配(%)
规范推荐范围(%)
10~25mm
碎石
10~20mm
碎石
5~15mm
碎石
0~5mm
石屑
矿粉
水泥
37.5
100.0
100.0
100.0
100.0
100.0
100.0
100.0
100
31.5
99.2
100.0
100.0
100.0
100.0
100.0
99.9
100
26.5
88.4
100.0
100.0
100.0
100.0
100.0
98.1
90~100
19.0
2.9
94.9
100.0
100.0
100.0
100.0
83.3
75~90
16.0
0.7
70.8
100.0
100.0
100.0
100.0
77.7
65~83
13.2
0.6
23.6
99.7
100.0
100.0
100.0
67.2
57~76
9.5
0.6
1.0
79.0
100.0
100.0
100.0
55.9
45~65
4.75
0.6
0.7
4.7
99.7
100.0
100.0
32.9
24~52
2.36
0.5
0.7
0.8
73.1
100.0
100.0
23.9
16~42
1.18
0.5
0.7
0.7
47.1
100.0
100.0
16.2
12~33
0.6
0.5
0.7
0.7
33.3
100.0
100.0
12.2
8~24
0.3
0.5
0.7
0.7
24.4
99.2
100.0
9.6
5~17
0.15
0.5
0.6
0.7
19.3
93.5
100.0
8.0
4~13
0.075
0.5
0.6
0.7
10.0
79.5
99.5
5.1
3~7
掺配比例(%)
16.0
22.0
30.7
29.3
1.0
1.0
/
/
2)方案Ⅱ矿料合成级配曲线如图1所示。
图1AC-25型(方案Ⅱ)矿料合成级配曲线图
2.掺2%SBS改性剂的改性沥青目标配合比试验
1)马歇尔试验结果及最佳沥青用量确定
①马歇尔试验结果见表7。
AC-25型沥青混合料马歇尔试验结果表7
试件
组号
油石比(%)
试件相对密度
空隙率(%)
矿料间隙率(%)
沥青饱和度(%)
稳定度(kN)
流值
(0.1mm)
实际
理论
1
3.5
2.480
2.605
4.8
12.5
61.7
10.53
35.6
2
3.8
2.496
2.593
3.8
12.2
69.4
10.29
36.1
3
4.1
2.499
2.582
3.2
12.3
74.1
10.40
33.6
技术
要求
-
-
-
3~6
≥8+设计空隙率
55~70
≥8.0
15~40
注:
1)沥青加热温度控制在160℃,上下浮动±5℃;矿料加热温度为170~180℃;混合料拌和温度为160℃,上下浮动±5℃;击实温度为148℃;混合料废弃温度195℃;
2)沥青混合料理论最大相对密度采用计算法得出。
②最佳沥青用量确定
由表7得出的油石比与各项测定指标的关系曲线如图2所示。
图2AC-25目标配合比确定沥青用量图
根据曲线图,由于稳定度没有出现峰值,所以采用目标空隙率4.0%对应的油石比作为OAC1,可以得到:
OAC1=3.73%
OAC2=(3.5%+3.87%)/2=3.69%
各项指标均符合沥青混合料技术要求的沥青油石比范围为3.5~3.87%,最佳油石比的初始值OAC1在此范围内。
根据OAC1和OAC2,确定AC-25目标配合比的最佳油石比为:
OAC=3.7%。
且OAC位于VMA凹形曲线最小值的贫油一侧,当OAC=3.7%时,空隙率为4.1%,VMA值为12.2%,满足设计要求。
2)最佳油石比马歇尔试验
AC-25最佳油石比马歇尔试验结果表8
试件
组号
油石比(%)
试件相对密度
空隙率(%)
矿料间隙率(%)
沥青饱和度(%)
稳定度(kN)
流值
(0.1mm)
实际
理论
1
3.7
2.497
2.597
3.9
12.1
67.9
10.07
31.9
技术
要求
-
-
-
3~6
≥8+设计空隙率
55~70
≥8.0
15~40
注:
1)沥青加热温度控制在160℃,上下浮动±5℃;矿料加热温度为170~180℃;混合料拌和温度为160℃,上下浮动±5℃;击实温度为148℃;混合料废弃温度195℃;
2)沥青混合料理论最大相对密度是采用计算法得出。
3)浸水马歇尔试验
AC-25残留稳定度试验结果表9
油石比
(%)
浸水时间
稳定度(kN)
残留稳定度(%)
试验结果
平均值
3.7
30min
9.54
10.07
96.1
9.75
11.30
9.69
48h
9.83
9.67
8.96
9.38
10.52
4)冻融劈裂试验
AC-25冻融劈裂试验结果表10
油石比(%)
试验条件
稳定度(kN)
劈裂抗拉强度(MPa)
冻融劈裂强度比(%)
3.7
未经受冻融循环
8.77
0.841
98.0
8.47
8.09
8.79
经受冻融循环
6.48
0.824
7.86
9.63
9.04
5)车辙试验
AC-25车辙试验结果表11
车辙板尺寸:
300×300×50mm拌和温度:
160℃碾压温度:
140℃
行走距离:
23±1cm轮压:
0.7MPa
试验编号
试验温度
(℃)
动稳定度
(次/mm)
平均值
(次/mm)
①
60
5625
5673
②
5727
5667
6)渗水试验
AC-25渗水试验结果表12
试验编号
初始读数时间(s)
初始读数(ml)
终读数时间(s)
终读数(ml)
渗水系数(ml/min)
①
0
100
180
340
80
②
0
100
180
330
87
0
100
180
360
77
3.掺3%SBS改性剂的改性沥青目标配合比试验
1)马歇尔试验结果及最佳沥青用量确定
①马歇尔试验结果见表13。
AC-25型沥青混合料马歇尔试验结果表13
试件
组号
油石比(%)
试件相对密度
空隙率(%)
矿料间隙率(%)
沥青饱和度(%)
稳定度(kN)
流值
(0.1mm)
实际
理论
1
3.5
2.481
2.605
4.7
12.45
61.9
10.54
31.4
2
3.8
2.492
2.593
3.9
12.34
68.3
10.20
27.9
3
4.1
2.501
2.582
3.1
12.26
74.5
9.87
30.9
技术
要求
-
-
-
3~6
≥8+设计空隙率
55~70
≥8.0
15~40
注:
1)沥青加热温度控制在160℃,上下浮动±5℃;矿料加热温度为170~180℃;混合料拌和温度为160℃,上下浮动±5℃;击实温度为148℃;混合料废弃温度195℃;
2)沥青混合料理论最大相对密度采用计算法得出。
②最佳沥青用量确定
由表13得出的油石比与各项测定指标的关系曲线如图3所示。
图3AC-25目标配合比确定沥青用量图
根据曲线图,由于稳定度没有出现峰值,所以采用目标空隙率4.0%对应的油石比作为OAC1,可以得到:
OAC1=3.78%
OAC2=(3.5%+3.89%)/2=3.70%
各项指标均符合沥青混合料技术要求的沥青油石比范围为3.5~3.87%,最佳油石比的初始值OAC1在此范围内。
根据OAC1和OAC2,综合确定AC-25目标配合比的最佳油石比为:
OAC=3.8%。
当OAC=3.8%时,空隙率为3.9%,VMA值为12.3%,满足设计要求。
2)最佳油石比马歇尔试验
AC-25最佳油石比马歇尔试验结果表14
试件
组号
油石比(%)
试件相对密度
空隙率(%)
矿料间隙率(%)
沥青饱和度(%)
稳定度(kN)
流值
(0.1mm)
实际
理论
1
3.8
2.493
2.593
3.9
12.3
68.6
10.47
28.4
技术
要求
-
-
-
3~6
≥8+设计空隙率
55~70
≥8.0
15~40
注:
1)沥青加热温度控制在160℃,上下浮动±5℃;矿料加热温度为170~180℃;混合料拌和温度为160℃,上下浮动±5℃;击实温度为148℃;混合料废弃温度195℃;
2)沥青混合料理论最大相对密度是采用计算法得出。
3)浸水马歇尔试验
AC-25残留稳定度试验结果表15
油石比
(%)
浸水时间
稳定度(kN)
残留稳定度(%)
试验结果
平均值
3.8
30min
10.23
10.20
97.1
9.39
10.48
10.71
48h
10.01
9.91
10.32
10.09
9.39
4)冻融劈裂试验
AC-25冻融劈裂试验结果表16
油石比(%)
试验条件
稳定度(kN)
劈裂抗拉强度(MPa)
冻融劈裂强度比(%)
3.8
未经受冻融循环
9.66
1.015
92.1
10.46
10.25
10.47
经受冻融循环
9.00
0.935
10.11
9.98
8.52
5)车辙试验
AC-25车辙试验结果表17
车辙板尺寸:
300×300×50mm拌和温度:
160℃碾压温度:
140℃
行走距离:
23±1cm轮压:
0.7MPa
试验编号
试验温度
(℃)
动稳定度
(次/mm)
平均值
(次/mm)
①
60
7079
7138
②
6923
7412
6)渗水试验
AC-25渗水试验结果表18
试验编号
初始读数时间(s)
初始读数(ml)
终读数时间(s)
终读数(ml)
渗水系数(ml/min)
①
0
100
180
354
85
②
0
100
180
200
33
0
100
180
252
51
(三)AC-25型沥青混凝土目标配合比设计试验结果汇总表
AC-25型沥青混凝目标配合比设计试验结果表19
结构类型AC-25
油石比(%)
试件相对密度
空隙率
(%)
间隙率
(%)
饱和度(%)
稳定度(KN)
流值
(0.1mm)
动稳定度
(次/mm,60℃)
残留稳定度MS0(%)
冻融劈裂比TSR(%)
渗水系数(ml/min)
实际
理论
掺加2%SBS改性剂
3.7
2.497
2.597
3.9
12.1
67.9
10.07
31.9
5673
96.1
98.0
81
掺加3%SBS改性剂
3.8
2.493
2.593
3.9
12.3
68.6
10.47
28.4
7138
97.1
92.1
56
AC-25型
规范推荐值
-
-
-
3~6
≥8+设计空隙率
55~70
≥8.0
15~40
≥1200
≥80
≥75
≯120
注:
1)沥青加热温度控制在160℃,上下浮动±5℃;矿料加热温度为170~180℃;混合料拌和温度为160℃,上下浮动±5℃;击实温度为148℃;混合料废弃温度195℃;
2)沥青混合料理论最大相对密度是采用计算方法得出。
(四)AC-25型沥青混凝土目标配合比推荐方案
根据《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)的规定与国道主干线广州绕城公路东段(珠江黄埔大桥)两阶段施工图设计及修编中对AC-25型沥青混合料性能指标的技术要求,在第一阶段目标配合比推荐方案的基础上,分别对掺加2%SBS改性剂和掺加3%SBS改性剂的低剂量改性沥青混合料进行了高温稳定性检验(车辙试验)、水稳定性检验(浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验)、渗水系数检验,各试验数据见表19所列。
从表66的试验结果可知,掺加低剂量SBS改性沥青后沥青混合料的高温稳定性得到了显著改善,而掺加3%SBS改性剂比2%SBS改性剂的沥青混合料的动稳定度提高更为明显,同时浸水残留稳定度也比没有掺加改性剂前要有所提高。
因此,通过对比掺加2%和3%SBS改性剂后沥青混合料的各项性能指标,最终推荐掺加3%SBS改性剂的低剂量改性沥青混合料配合比为下面层目标配合比设计方案。
其矿料级配组成见表20所列:
AC-25型沥青混凝土推荐目标配合比级配组成表20
集料规格
10~25mm
10~20mm
5~15mm
0~5mm
矿粉
水泥
最佳油石比
配比(%)
16.0
22.0
30.7
29.3
1.0
1.0
3.8
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