上面层AC13型沥青混合料目标配比设计报告.docx

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上面层AC13型沥青混合料目标配比设计报告

附件

国道主干线广州绕城公路东段（珠江黄埔大桥）高速公路

上面层AC-13型沥青混合料

目标配合比设计报告

广东华美加工程顾问有限公司

广州珠江黄埔大桥路面工程技术咨询项目部

二〇〇八年一月

国道主干线广州绕城公路东段（珠江黄埔大桥）高速公路

上面层AC-13型沥青混合料

目标配合比设计报告

试验人员：

黄涛刘煜

报告编写：

黄涛袁万杰

报告审核：

孙长新

广东华美加工程顾问有限公司

广州珠江黄埔大桥路面工程技术咨询项目部

二〇〇八年一月

说明1

一、原材料试验3

1.沥青试验3

2.沥青与集料的粘附性试验3

3.集料试验4

4.矿粉试验5

二、AC-13型沥青混凝土目标配合比设计6

1、上面层方案Ⅰ6

2、上面层方案Ⅱ11

3、上面层方案Ⅲ16

4、上面层方案Ⅳ21

三、AC-13型沥青混凝土目标配合比试验结果汇总表26

四、AC-13型沥青混凝土目标配合比推荐方案27

说明

一、设计依据

1.《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2006）

2.《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）

3.《公路工程沥青与沥青混合料试验规程》（JTJ052-2000）

4.《公路工程集料试验规程》（JTGE42-2005）

5.广东省交通厅粤交基函[2003]299号《关于加强我省高速公路一级公路沥青路面质量管理的通知》（2003.3）

6.广东省交通工程质量监督站粤交监督[2002]106号《关于要求进一步加强沥青混凝土路面原材料及配合比质量管理的通知》（2002.5）

7.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

8．国道主干线广州绕城公路东段（珠江黄埔大桥）路面施工质量控制与管理手册

二、设计思路

由于本项目路线地处华南沿海暴雨区，降雨充沛，雨量集中，历时降雨强度大，多年年平均降水量1638.5mm，年最大降水量2000mm，雨季（3～9月份）降水量占年降水量的81％，多年平均蒸发量1400～1600mm；同时根据《工可报告》提供的交通量预测，设计年限内一个车道上的累计当量轴次为2.3×107次，属于重交通，未来重载对路面的影响较大。

基于以上两个因素，我部在进行上面层目标配合比设计时，主要考虑沥青混合料的抗高温性能及抗水损害的能力，同时作为表面层，其抗滑性能也是需要重点考虑的。

因此，我部在进行矿料合成级配设计时，考虑减少4.75mm以下碎石含量，使粗集料之间形成骨架嵌挤结构，以提高抗高温车辙的能力；同时增大1.18mm以下细集料的含量，使细集料充分填充空隙，以4.5～5％为设计目标空隙率，形成密水结构；这种结构由于粗集料含量较多，也同时提高了路面的抗滑性能。

为进一步验证根据此思路设计的沥青混合料能否满足高温稳定性、水稳定性和抗滑性等性能，我部提出四个设计方案分别进行配合比试验，以比选出最优方案。

三、设计内容

1.按《公路工程集料试验规程》（JTGE42-2005）和《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052-2000）对原材料的各项物理力学指标进行试验并判断材料的性能；

2.按集料的筛分结果，按《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）中对AC-13型沥青混凝土矿料级配范围的要求，对其进行矿料组成设计，并以4.75mm通过率为关键性筛孔通过率，提出四个设计方案；

3.按《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）和《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052-2000）的规定，分别对AC-13型沥青混凝土四个设计方案进行马歇尔试验，并确定出最佳用油量；

4.依据确定的最佳沥青用量，分别对AC-13型沥青混凝土四个设计方案进行60℃和70℃的车辙试验；

5.依据确定的最佳沥青用量，分别对AC-13型沥青混凝土四个设计方案进行水稳定性试验；

6.依据确定的最佳沥青用量，分别对AC-13型沥青混凝土四个设计方案进行渗水试验。

四、原材料选用

本项目上面层AC-13型沥青混合料目标配合比设计试验所采用的集料为增城三江三和石场生产的角闪岩，集料粒径规格分别为S10（10～15mm）、S11（5～10mm）、S14（3～5mm）和S16（0～3mm），如图1～图4。

图110～15mm碎石图25～10mm碎石

图33～5mm碎石图40～3mm石屑

图1～图4为增城三江三和石场正在生产，从图片上来看，该石场堆料场地较小，因此为保证本项目上面层全面施工时料源充足，建议施工单位提前备料。

另外，我部在各沥青面层配合比期间均要求石场方面安装干除尘设备，因此施工方需加强进场石料的抽检，保证各档石料尤其是石屑符合本项目要求。

矿粉为从化吕田生产的石灰岩矿粉；水泥采用“粤花”牌32.5水泥；沥青为壳牌新粤（佛山）沥青有限公司生产的SBS改性沥青。

一、原材料试验

1、沥青试验

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）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

针入度（25℃，100g，5s，0.1mm）

58

40～60

T0604-2000

针入度指数P.I

1.7

≥0.5

延度（5cm/min，5℃，cm）

33.5

≥25

T0605-1993

软化点（℃）

87.3

≥70

T0606-2000

运动粘度（135℃，Pa.s）

3.4

≯3

T0625-1993

闪点（℃）

-

≥230

T0611-1993

溶解度（％）

99.5

≥99.0

T0607-1993

弹性恢复（5cm/min，25℃，％）

85

≥80.0

T0662-2000

贮存稳定性离析，48h软化点差（℃）

-

≯2.5

T0661-2000

密度（15℃，g/cm3）

1.036

实测

T0603-1993

相对密度（25℃）

1.031

实测

旋转薄膜加热试验（163℃，5h）

T0610-1993

质量损失（％）

0.3

≯±0.8

残留针入度比（％）

87.4

≥65

T0604-2000

残留延度（5cm/min，5℃，cm）

22.4

≥20

T0605-1993

注：

该SBS改性沥青运动粘度除运动粘度偏大外，其余指标均能满足现行规范及本项目相关文件要求。

2、沥青与集料的粘附性试验

本试验采用T0616-1993中水煮法，在两种情况下对沥青与粗集料的粘附性进行试验，一种为常规试验，另一种是先用粗集料与水泥进行裹覆后再与沥青进行粘附性试验，试验结果见表2所列：

沥青与集料粘附性试验结果表2

沥青与集料粘附性

试验条件

试验前未用水泥裹覆

试验前用水泥裹覆

试验后石料表面上沥青膜剥落情况

集料棱角处沥青膜有轻微剥离，但少于10％

沥青膜无剥离

粘附性等级

5

5

备注

所用石料为角闪岩

注：

该集料与SBS改性沥青的粘附性能满足规范及本项目相关文件要求。

3、集料试验

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3、表4所列。

粗集料试验结果表3

试验项目

单位

试验结果

规范标准

试验依据

洛杉矶磨耗损失

％

-

≯30

T0317－2005

压碎值

％

9.7

≯25

T0316－2005

粘附性

级

5

≮4

T0616－1993

表观相对密度

10～15mm碎石

-

2.875

≮2.50

T0304－2005

5～10mm碎石

2.878

3～5mm碎石

2.857

吸水率

10～15mm碎石

％

0.42

≯2.0

T0307－2005

5～10mm碎石

0.50

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

％

7.2

5.6

8.1

≯18

≯15

≯20

T0312－2005

水洗法＜0.075mm颗粒含量

10～15mm碎石

％

0.2

≯1

T0310－2005

5～10mm碎石

0.3

3～5mm碎石

0.2

各种集料的毛体

积相对密度

10～15mm碎石

-

2.840

-

T0304－2005

5～10mm碎石

2.837

细集料试验结果表4

试验项目

单位

试验结果

规范标准

试验依据

表观相对密度

-

2.864

≮2.50

T0328－2005

砂当量

％

61

≮60

T0334－2005

坚固性

％

-

≯12

T0340－2005

亚甲蓝值

g/kg

-

≯25

T0349－2005

棱角性（流动时间）

s

-

≮30

T0345－2005

注：

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。

以上表1～表4中无试验结果的项目为施工单位试验室缺乏该试验项目仪器设备，建议施工单位试验室配备相应试验仪器设备进行后续补充试验或委托有资质单位进行试验。

4、矿粉试验

矿粉试验结果见表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-13型沥青混凝土目标配合比设计

1、上面层方案Ⅰ

1）原材料筛分及合成级配

AC-13型沥青混凝土合成矿料级配组成（方案Ⅰ）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（％）

10～15mm

碎石

5～10mm

碎石

3～5mm

碎石

0～3mm

石屑

矿粉

水泥

26.5

100.0

100.0

100.0

100.0

100.0

100.0

100.0

100～100

19

100.0

100.0

100.0

100.0

100.0

100.0

100.0

100～100

16

99.6

100.0

100.0

100.0

100.0

100.0

99.9

100～100

13.2

87.8

100.0

100.0

100.0

100.0

100.0

97.6

90～100

9.5

10.7

98.5

100.0

100.0

100.0

100.0

81.7

68～85

4.75

0.7

0.5

94.3

100.0

100.0

100.0

48.8

38～68

2.36

0.4

0.3

27.2

88.5

100.0

100.0

33.7

24～50

1.18

0.4

0.3

11.1

64.7

100.0

100.0

24.2

15～38

0.6

0.4

0.3

4.3

41.3

100.0

100.0

16.5

10～28

0.3

0.4

0.3

2.3

28.7

99.2

100.0

12.6

7～20

0.15

0.4

0.3

1.5

17.4

93.5

100.0

9.2

5～15

0.075

0.4

0.3

0.0

6.6

79.5

99.5

5.6

4～8

掺配比例（％）

20.0％

30.5％

17.5％

28.0％

2.0％

2.0％

\

\

2）矿料合成级配曲线

方案Ⅰ矿料合成级配曲线如图5所示。

图5AC-13型（方案Ⅰ）矿料合成级配曲线图

3）马歇尔试验结果及最佳沥青用量确定

①AC-13（方案Ⅰ）马歇尔试验结果见表7。

AC-13（方案Ⅰ）马歇尔试验结果表7

试件

组号

油石比（％）

试件密度

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

2.459

2.705

9.1

16.7

45.4

16.30

39.9

2

4.0

2.489

2.684

7.3

16.1

54.7

20.46

42.8

3

4.5

2.509

2.664

5.8

15.8

63.2

20.66

42.2

4

5.0

2.530

2.644

4.3

15.5

72.2

21.79

38.4

5

5.5

2.564

2.624

2.3

14.8

84.4

21.51

54.8

技术

要求

-

-

-

4～6

≥9+设计空隙率

65～75

≥8.0

15～40

注：

1）沥青加热温度控制在160～165℃；矿料加热温度为190～200℃；混合料拌和温度为170℃，上下浮动±5℃；击实温度为160～165℃；混合料废弃温度195℃；

2）沥青混合料理论最大相对密度是通过计算法算出。

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6所示。

图2AC-13目标配合比（方案Ⅰ）确定沥青用量图

根据曲线图，密度没有出现峰值，所以采用目标空隙率4.5％对应的油石比作为OAC1，可以得到：

OAC1＝4.94％

OAC2＝（4.7％+5.1％）/2=4.9％

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4.7～5.1％，最佳油石比的初始值OAC1在此范围内。

根据OAC1和OAC2，并结合广东省高速公路建设的实际情况，确定AC-13目标配合比（方案Ⅰ）的最佳油石比为：

OAC=4.9％。

当OAC=4.9％时，空隙率为4.6％，VMA值为15.57％，满足设计要求。

4）最佳油石比马歇尔试验

AC-13（方案Ⅰ）最佳油石比马歇尔试验结果表8

试件

组号

油石比（％）

试件密度

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

4.9

2.529

2.648

4.48

15.44

71.0

18.98

38.3

技术

要求

-

-

-

4～6

≥9+设计空隙率

65～75

≥8.0

15～40

注：

1）沥青加热温度控制在160～165℃；矿料加热温度为190～200℃；混合料拌和温度为170℃，上下浮动±5℃；击实温度为160～165℃；混合料废弃温度195℃；

2）沥青混合料理论最大相对密度是通过计算法算出。

5）浸水马歇尔试验

AC-13（方案Ⅰ）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

4.9

30min

16.63

18.98

95.0

16.51

13.02

14.68

48h

12.55

18.03

13.94

13.63

14.96

6）冻融劈裂试验

AC-13（方案Ⅰ）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（％）

4.9

未经受冻融循环

15.59

1.413

97.5

13.70

14.67

14.36

经受冻融循环

13.82

1.378

15.17

14.18

12.47

7）车辙试验

AC-13（方案Ⅰ）车辙试验结果表11

车辙板尺寸：

300×300×50mm拌和温度：

170℃碾压温度：

160℃

行走距离：

23±1cm

试验编号

轮压

（MPa）

试验温度

（℃）

动稳定度

（次/mm）

平均值

（次/mm）

①

0.7

60

9265

8923

②

8873

8630

①

70

4667

4366

②

4286

4145

8）渗水试验

AC-13（方案Ⅰ）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）

平均值（ml/min）

①

0

100

180

245

48.3

46.7

②

0

100

180

250

51.7

0

100

180

220

40.0

2、上面层方案Ⅱ

1）原材料筛分及合成级配

AC-13型沥青混凝土合成矿料级配组成（方案Ⅱ）表13

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（％）

10～15mm

碎石

5～10mm

碎石

3～5mm

碎石

0～3mm

石屑

矿粉

水泥

26.5

100.0

100.0

100.0

100.0

100.0

100.0

100.0

100～100

19

100.0

100.0

100.0

100.0

100.0

100.0

100.0

100～100

16

99.6

100.0

100.0

100.0

100.0

100.0

99.9

100～100

13.2

87.8

100.0

100.0

100.0

100.0

100.0

97.6

90～100

9.5

10.7

98.5

100.0

100.0

100.0

100.0

81.6

68～85

4.75

0.7

0.5

94.3

100.0

100.0

100.0

46.0

38～68

2.36

0.4

0.3

27.2

88.5

100.0

100.0

32.9

24～50

1.18

0.4

0.3

11.1

64.7

100.0

100.0

24.1

15～38

0.6

0.4

0.3

4.3

41.3

100.0

100.0

16.6

10～28

0.3

0.4

0.3

2.3

28.7

99.2

100.0

12.9

7～20

0.15

0.4

0.3

1.5

17.4

93.5

100.0

9.5

5～15

0.075

0.4

0.3

0.0

6.6

79.5

99.5

6.0

4～8

掺配比例（％）

20.0％

33.5％

14.5％

27.5％

2.5％

2.0％

\

\

2）方案Ⅱ矿料合成级配曲线如图7所示。

图7AC-13型（方案Ⅱ）矿料合成级配曲线图

3）马歇尔试验结果及最佳沥青用量确定

①AC-13（方案Ⅱ）马歇尔试验结果见表14。

AC-13（方案Ⅱ）马歇尔试验结果表14

试件

组号

油石比（％）

试件密度

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

2.461

2.705

9.0

16.6

45.5

14.97

35.5

2

4.0

2.507

2.684

6.6

15.4

57.2

16.24

38.6

3

4.5

2.516

2.664

5.5

15.5

64.3

20.80

46.3

4

5.0

2.539

2.644

4.0

15.2

73.8

18.17

42.4

5

5.5

2.548

2.624

2.9

15.3

80.9

16.57

49.0

技术

要求

-

-

-

4～6

≥9+设计空隙率

65～75

≥8.0

15～40

注：

1）沥青加热温度控制在160～165℃；矿料加热温度为190～200℃；混合料拌和温度为170℃，上下浮动±5℃；击实温度为160～165℃；混合料废弃温度195℃；

2）沥青混合料理论最大相对密度是通过计算法算出。

②最佳沥青用量确定

由表14得出的油石比与各项测定指标的关系曲线如图8所示。

图8AC-13目标配合比（方案Ⅱ）确定沥青用量图

根据曲线图，由于密度没有严格出现峰值，所以采用目标空隙率4.5％对应的油石比作为OAC1，可以得到：

OAC1＝4.84％

OAC2＝（4.49％+5.08％）/2＝4.79％

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4.49～5.08％，最佳油石比的初始值OAC1在此范围内。

根据OAC1和OAC2，并结合广东省高速公路建设的实际情况，确定AC-13目标配合比（方案Ⅱ）的最佳油石比为：

OAC=4.8％。

当OAC=4.8％时，空隙率为4.6％，VMA值为15.19％，满足设计要求。

4）最佳油石比马歇尔试验

AC-13（方案Ⅱ）最佳油石比马歇尔试验结果表15

试件

组号

油石比（％）

试件密度

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

4.8

2.530

2.652

4.6

15.30

69.9

20.9

41.5

技术要求

-

-

-

4～6

≥9+设计空隙率

65～75

≥8.0

15～40

注：

1）沥青加热温度控制在160～165℃；矿料加热温度为190～200℃；混合料拌和温度为170℃，上下浮动±5℃；击实温度为160～165℃；混合料废弃温度195℃；

2）沥青混合料理论最大相对密度是通过计算法算出。