AC沥青砼配合比设计.docx
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AC沥青砼配合比设计
AC-13型沥青混凝土配合比设计报告
(K691+000沥青混凝土拌合厂)
工程名称:
G214线清水河至结古段二级公路路面工程
监理单位:
内蒙古交通建设监理咨询有限责任公司
施工单位:
青海省公路工程建设总公司
施工桩号:
K675+000—K705+000
报告日期:
2005—7—6
AC-13型沥青混凝土配合比设计报告
一.前言
本工程位于G214线清(水河)至结(古)段,地处规范规定的寒区。
施工段落K675+000-K705+000段,共计30公里。
面层设计厚度5㎝,规格采用AC-13型。
二.原材料
2.1.沥青
沥青由业主统购,为新疆克拉玛依生产的重交A-130A石油沥青。
沥青进场后即进行了抽检,经检验沥青三大指标符合规范要求,详细数据如表1。
表1沥青质量试验结果
技术指标
A-130规范要求
实测数据
备注
针入度25℃,100ɡ,5s,(0.1㎜)
120-140
126
实测
针入度指数PI
-1.5-+1.0
-0.575
实测
延度15℃,5㎝/min(㎝)
≥100
>100
实测
软化点TRAB(℃)
≥40
42.9
实测
相对密度(g/㎝3)
实测
0.9782
实测
=RTFOT后残留物
质量损失(g)
±0.8
-0.54
实测
针入度比25℃(﹪)
≥54
69.14
实测
延度10℃(㎝)
≥12
57.67
实测
根据中国气象站1961-2000年气温统计资料显示,56034号区站(清水河地区)7天平均高气温为18℃,极端最低气温为-43℃。
根据计算,该地区路面预计高温度T20㎜=40.33℃,路面表面预计低温度TSURF=-35.24℃.该沥青经试验计算分析,属溶凝胶型沥青,当量软化点T800=43.37℃,当量脆点T1.2=-21.3℃,当量脆点距路面表面预计低温度尚有13.94℃的差值,只能在配合比设计中尽可能地提高沥青用量,尽最大限度地避免路面低温裂缝。
2.2.粗集料
采用大型反击式联合破碎机破碎,破碎机生产三种矿料,S10碎石,S12碎石和S15石屑。
10-15㎜碎石13.2㎜筛上筛余量偏多,不符合S10规格,但不影响使用。
5-10㎜碎石符合S12规格,0-5㎜石屑符合S15规格。
各种材料筛分结果如表2。
表2各种粗集料的筛分结果
材
料
通过下列筛孔(㎜)百分率(﹪)
19
16
13.2
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
10-15㎜
100
100
48.00
2.98
0.32
S10规格
100
-
95-100
0-15
0-5
5-10㎜
100
100
100
97.33
5.45
0.75
S12规格
100
90-100
0-15
0-5
0-5㎜
100
100
100
100
97.80
63.10
48.40
33.00
23.90
18.90
14.70
S15规格
100
90-100
60-90
40-75
20-55
7-40
2-20
0-10
按规范对碎石质量的检验结果如表3,各项指标均符合规范要求,可以使用。
表3各种粗集料的质量规格
指标
单位
规范要求
(其他公路)
矿料规格(㎜)
10-15
5-10
0-5
压碎值
%
≤30
15.7
-
磨耗值
%
≤40
13.41
-
表观密度
g/㎝3
≥2.45
2.720
2.680
2.704
吸水率
%
≤3.0
0.75
1.10
-
扁平细长颗粒含量
%
≤20
10.7
5.90
-
<0.075㎜颗粒含量
%
≤1
0.43
0.75
-
砂当量
%
≥50
-
-
52.44
与沥青的粘附性
级
≥3
4
-
2.3.细集料
采用本地河砂,细度模数3.63,属粗砂。
级配偏粗,但不影响使用。
质量符合规范要求,可以使用。
各项指标如表4和表5。
表4砂的筛分结果
材料
通过下列筛孔(㎜)的百分率(﹪)
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
河砂
100
82.15
54.99
44.85
33.56
16.36
5.17
3.31
粗砂级配范围
100
90-100
65-95
35-65
15-29
5-15
0-10
0-5
表5砂的质量指标
指标
规范要求
试验结果
备注
细度模数
3.1-3.7
3.63
表观密度(g/㎝3)
≥2.45
2.640
外观
洁净、坚硬、无杂质
洁净、坚硬、无杂质
<0.075㎜颗粒含量
≤5
3.31
2.4.填料
采用石灰石粉作填料,石灰石矿粉的质量及规格符合要求,可以使用。
如表6。
表6矿粉质量指标
指标
单位
规范要求
实测结果
岩石品种
-
石灰石
石灰石
外观
-
无团粒结块
无团粒结块
表观密度
g/㎝3
实测
2.86
亲水系数
-
≤1
0.59
含水率
%
≤1
0.31
通过右列筛孔百分率
0.6㎜
%
100
100
0.3㎜
%
-
99.05
0.15㎜
%
90-100
95.78
0.075㎜
%
70-100
77.97
三.目标配合比设计
3.1.矿料级配合成
矿料级配合成采用矩形图解法进行,规范要求合成级配不得有太多的锯齿交错,且在0.3-0.6㎜范围内不得出现“驼峰”。
充分考虑级配及现有材料的有效使用,通过反复调整计算得到的各种材料的配合比如下:
10-15㎜碎石∶5-10㎜碎石∶0-5㎜石屑∶粗砂∶矿粉=17∶25∶27∶28∶3。
合成级配均符合规范要求,按此合成比例掺配矿料进行水筛法筛分后级配符合规范要求,如表7。
表7面层目标配合比设计结果
筛孔(㎜)
规范要求的级配范围(%)
中值(%)
合成级配
掺配后级配
16
100
100
100
100
13.2
90-100
95
91.16
92.24
9.5
68-85
76.5
82.84
81.80
4.75
38-68
53
53.82
53.62
2.36
24-50
37
35.62
35.88
1.18
15-38
26.5
28.63
28.13
0.6
10-28
19
21.31
20.86
0.3
7-20
13.5
14.01
13.88
0.15
5-15
10
9.42
9.82
0.075
4-8
6
7.23
7.08
3.2.马歇尔试验
按此配合比在沥青用量4.0-6.0%范围内以0.5%间隔的不同沥青用量,分别进行马歇尔试验,结果如表8
表8面层目标配合比马歇尔试验
沥青用量(%)
理论密度(g/㎝3)
实测密度(g/㎝3)
空隙率(%)
饱和度(%)
矿料间隙率(%)
稳定度(KN)
流值
(0.01㎜)
马歇尔模数(KN∕㎜)
4.0
2.520
2.336
7.32
56.65
16.87
6.80
24.14
2.82
4.5
2.499
2.351
5.92
64.65
16.73
8.17
26.34
3.10
5.0
2.479
2.368
4.49
72.97
16.59
9.13
31.92
2.86
5.5
2.460
2.381
3.23
80.59
16.61
8.21
38.90
2.11
6.0
2.441
2.372
2.83
83.71
17.38
6.72
46.46
1.45
规范要求
-
-
3-6
70-85
>14
>5
20-45
-
按JTGF40-2004《公路沥青路面施工技术规范》附录B图6.1方法绘图,计算最佳沥青用量如下:
按最大密度、最大稳定度、孔隙率中值、饱和度中值确定的最佳沥青用量OAC1=5.20%,按各项指标全部合格的范围中值确定的最佳沥青用量OAC2=5.20%.
由此确定的最佳沥青用量OAC=5.20%.
考虑寒区公路,最佳沥青用量确定为5.50%,相应的最佳油石比为5.82%。
由上述结果得出目标配合比的矿料级配及最佳沥青用量为5.50%,规范规定此配合比仅供拌和机确定各冷料仓的供料比例、进料速度及计算各种材料用量使用。
四.生产配合比设计
4.1.热料试验
本工程采用无锡大通筑路机械厂生产的LB2000型间歇式沥青混合料拌和机拌合,试验前根据级配类型选择振动筛筛号,使几个热料仓的材料不至于相差太多。
经确定拌和机振动筛尺寸定为19mm(等效于16mm)、15mm(等效于13.2mm)、10mm(等效于9.5mm)、4.5mm(等效于4.75mm).拌和机调试后,按目标配合比设计的冷料比例上料、烘干、除尘、二次筛分后重新从热料仓逐个取样筛分及质量指标测试,经试验符合质量要求。
结果如表9。
表9施工热料仓材料试验结果
热料仓
4号仓
3号仓
2号仓
1号仓
备注
粒径(㎜)
15-19
10-15
4.5-10
0-4.5
表观密度(g/㎝3)
2.710
2.710
2.710
2.653
矿粉表观密度为2.86g/㎝3
毛体积密度(g/㎝3)
2.660
2.650
2.641
-
吸水率(㎜)
0.73
0.76
1.40
-
含泥量(㎜)
0.35
0.36
0.50
4.40
4.2.热料级配合成
与目标配合比一样进行矩形图解法计算并反复调整计算,设计的矿料比例如下:
4号仓(15-19mm)∶3号仓(10-15mm)∶2号仓(4.5-10mm)∶1号仓(0-4.5mm)∶矿料=3∶29∶28∶35∶5。
其生产配合比合成级配符合规范范围的要求,按此比例掺配矿料后经水筛法试验,级配符合规范要求。
配合比结果如表10。
表10面层热料仓筛分结果及配比
筛孔(㎜)
料仓筛分结果与配比
设计级配范围(%)
中值(%)
合成级配(生产配合比)(%)
按此配合比掺配后级配(%)
4号仓
3号仓
2号仓
1号仓
矿粉
15-19
10-15
4.5-10
0-4.5
<0.075
3%
29%
28%
35%
5%
16
100
100
100
100
100
100
100
100
100
13.2
34.65
92.48
100
100
100
90-100
95
95.8
95.62
9.5
8.95
17.50
93.60
100
100
68-85
76.5
71.55
72.33
4.75
5.17
6.75
25.50
99.50
100
38-68
53
49.08
49.87
2.36
0.92
1.02
7.10
87.10
100
24-50
37
37.80
36.55
1.18
0.37
6.20
69.70
100
15-38
26.5
31.14
30.28
0.6
5.00
50.10
100
10-28
19
23.94
22.87
0.3
2.25
24.50
99.05
7-20
13.5
14.16
14.08
0.15
0.90
9.50
95.78
5-15
10
8.37
8.18
0.075
0.45
4.40
77.97
4-8
6
5.56
5.71
4.3.热料马歇尔试验
按以上配合比进行马歇尔试验,规范规定试验沥青用量取目标配合比得出的最佳沥青用量5.50%及其±0.3%三档试验。
本工程为慎重起见,仍采取五档进行试验,其结果如表11。
表11生产配合比马歇尔试验结果
沥青用量(%)
理论密度(g/㎝3)
实测密度(g/㎝3)
空隙率(%)
饱和度(%)
矿料间隙率(%)
稳定度(KN)
流值(0.01㎜)
马歇尔模数(KN∕㎜)
4.00
2.486
2.304
7.32
56.35
16.74
7.81
21.44
3.64
4.50
2.466
2.317
6.05
63.83
16.71
8.80
26.32
3.34
5.00
2.447
2.341
4.33
73.49
16.30
9.77
32.08
3.05
5.50
2.427
2.348
3.24
80.36
16.44
8.54
41.06
2.08
6.00
2.409
2.346
2.63
84.56
17.02
7.50
49.50
1.52
规范要求
-
-
3-6
70-85
>14
>5
20-45
-
将以上结果按JTGF40-2004《公路沥青路面施工技术规范》附录B图6.1方法绘图,计算最佳沥青用量如下:
按最大密度、最大稳定度、空隙率中值、饱和度中值确定的最佳沥青OAC1=5.20%.按各项指标全部合格的范围中值确定的最佳沥青用量OAC2=5.23%.
由此确定的最佳沥青用量OAC=5.20%.考虑寒区公路,最佳沥青用量最终确定为5.50%,相应的最佳油石比为5.82%.
根据规范要求计算沥青混凝土相应指标,经溶剂法测得沥青用量5.50%时的最大理论相对密度rt=2.442g/㎝3,经计算得出矿料最大相对密度rsc=2.675g/㎝3,矿料最大毛体积相对密度rsb=2.657g/㎝3,参与胶结的有效沥青用量Pbc=5.28%,粉胶比FB=1.05,沥青混凝土混合料中沥青膜的厚度DA=8.27um.
由上述结果得出生产配合比最佳沥青用量5.50%,此结果与目标配合比设计结果完全吻合。
决定采用沥青用量5.50%作为生产配合比的建议沥青用量,供试拌使用。
五.生产配合比验证
5.1.试拌
拌和机每锅拌合能力为2200kg,施工决定每锅按矿料2000kg拌合,故各料仓的用量为:
4号仓(15-19mm)60kg∶3号仓(10-15mm)580kg∶3号仓(10-15mm)580kg∶2号仓(4.5-10mm)560kg∶1号仓(0-4.5mm)580kg∶矿粉100kg∶沥青116kg。
试拌过程中经试验确定沥青加热温度为150-170℃,矿料加热温度为155-175℃,每锅拌合时间为45秒,正常的出料温度为150-170℃,按规范施工中沥青用量控制在5.50%±0.30%(即5.20-5.80%)范围内。
试拌结束后在沥青厂取样进行试验,沥青用量为5.36%,相应的油石比为5.66%,符合规范要求,但级配略显偏粗,需进行适当调整。
经调整矿料配合比为4号仓∶3号仓∶2号仓∶1号仓∶矿粉=3∶28∶26.5∶37.5∶5=60kg∶560kg∶530kg∶750kg∶100kg后经试验油石比为5.71%,相应的沥青用量为5.40%,级配也符合规范要求。
经马歇尔试验各项指标均符合规范要求,残留稳定度为86.95%。
其结果如表12。
表12试拌沥青混合料马歇尔试验结果
沥青用量
理论密度
实测密度
空隙率
饱和度
矿料间隙率
稳定度
流值
马歇尔模数
浸水时间
%
g/㎝3
g/㎝3
%
%
%
KN
0.01㎜
KN∕㎜
h
5.40
2.446
2.369
3.15
80.59
16.23
9.18
3.94
2.33
0.5
5.40
2.446
2.371
3.07
81.00
16.16
7.98
4.29
1.86
48
5.2.试铺
试拌合格后即进行了试验段铺筑,试验段桩号为K689+950—K698+450段右幅。
经试铺确定沥青混凝土混合料摊铺温度为135-155℃,不超过160℃。
确定压实系数为1.20,即摊铺后松铺厚度按6.0cm控制。
摊铺机振动夯开启至中夯(频率900HZ),摊铺机正常的摊铺速度为3.68米∕分钟,施工时宜控制在2-6米∕分钟范围以内。
5.3.碾压
采用两台10-12吨双钢轮双驱动压路机和一台12-16吨轮胎式压路机配合作业,碾压温度控制在120-140℃范围内。
初压采用双钢轮压路机静压,速度控制在1.5-2km∕h,碾压两遍;复压采用双钢轮双驱动压路机振动碾压,速度控制在4-5km∕h,碾压三遍;轮胎式压路机振动碾压,速度控制在3-4.5km∕h,碾压两遍;终压采用双钢轮双驱动压路机静压,速度控制在2-3km∕h,碾压三遍。
在混合料温度降至60℃以前结束碾压作业。
5.4.试验段评定
试验段完成后进行了现场钻芯取样试验,结果如表13所示。
芯样经测试厚度、压实度、孔隙率、渗水系数、构造深度等指标均符合要求,厚度、压实度评定如下。
并进行了芯样马歇尔稳定度及流值的测试,由于路面芯样直径一般在98-100之间,芯样与马歇尔稳定度试验夹具不匹配,所以规范规定路面芯样马歇尔稳定度仅供参考。
厚度评定:
n=10ta∕n=0.437X平均=52.318S=4.0697XL=50.54>45mm合格,合格率100%。
压实度评定:
n=10ta∕n=0.437K平均=98.67S=1.313K=98.10>K0=96%合格,合格率100%。
渗水系数:
n=10X平均=13.16S=6.91CV=52.52%Xmin=0Xmax=23.3
构造深度:
n=10X平均=0.70S=0.044CV=6.66%Xmin=0.60Xmax=0.74
孔隙率:
n=10X平均=4.392S=1.273CV=28.98%Xmin=2.24Xmax=6.13
稳定度:
n=10X平均=5.349S=1.050CV=19.63%Xmin=3.20Xmax=6.57流值:
n=10X平均=39.25S=4.866CV=12.40%Xmin=32.3Xmax=47.3
表13现场钻芯取样试验结果
试件编号
取样桩号
厚度(mm)
部位距左边(m)
实测密度(g/㎝3)
空隙率(%)
稳定度(KN)
流值(mm)
压实度(%)
渗透系数(ml/min)
抗滑构造深度(mm)
1
K689+885
49.35
7.5
2.353
3.79
5.52
32.3
99.28
23.3
0.70
2
K689+855
51.39
7.5
2.359
3.56
6.23
35.8
99.54
20
0.60
3
K689+820
49.06
7.1
2.391
2.24
6.57
39.8
100.89
10
0.68
4
K689+790
52.42
5.3
2.309
5.60
5.73
38.6
97.43
15
0.69
5
K689+750
54.45
7.5
2.379
2.74
5.87
47.3
100.38
10
0.61
6
K689+700
50.37
6.3
2.332
4.66
5.87
33.2
98.40
8.3
0.69
7
K689+650
49.34
5.8
2.332
4.66
4.38
39.0
98.40
20
0.66
8
K689+600
54.25
5.8
2.317
5.27
4.28
39.0
97.76
0
0.62
9
K689+550
50.09
7.1
2.296
6.13
3.20
41.5
96.88
10
0.66
10
K689+500
62.46
7.1
2.317
5.27
5.84
46.0
97.76
15
0.74
六.总结
综上所述,经过试验段的铺筑及以上各项试验,证明此配合比设计是成功的,按此配合比施工是可行的。
特此上报上级主管部门,请予以审批。
青海省公路工程建设总公司
第二项目部工地试验室
二○○五年七月六日
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