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沥青混凝土配合比设计

[内容提要]:路面用沥青混凝土的配合比设计方法及其施工中的优化。
关键词：沥青混凝土、配合比、设计。
1. 适用范围：
本方法适用于高等级公路沥青混凝土面层的配合比选定及施工中配合比调整。
2. 工程概况：
高寒地区二级公路沥青混凝土面层。绥满公路博克图—牙克石段A标段沥青面层施工。
3. 设计过程：
按沥青路面施工技术规范要求全过程的沥青混合料配合比设计分为三个阶段进行。第一阶段称目标配合比设计阶段，第二阶段称生产配合比设计阶段，第三阶段称生产配合比验证阶段。通过这沥青混合料的配合比设计用马歇尔试验进行。
3.1目标配合比设计及计算
目标配合比设计的目的就是确定各种规格矿料的配合比，按选定的矿料配合比采用不同沥青用量制备马歇尔试件并通过马歇尔试验确定最准沥青用量，流程图见图一。所选定的配合比供确定各冷料仓供料的比例用。
3.1.1选择目标矿料级配
根据工程要求及实际情况，我们选择配制AC~16 I 型多碎石沥青混凝土。配合比计算需要的各种矿料筛分结果见表3-1。用图解法（图3-1）确定各矿料用量百分比为1-2cm碎石38.5%、0.5-1cm碎石16%、砂14%、石屑18.5%、矿粉13%。依照《公路沥青路面施工技术规范》矿粉用量13%显然是过高的，所以经计算初步确定为1-2cm碎石44%、0.5-1cm碎石11%、石屑14%、砂24%、矿粉7%，规范允许计算结果见表3-2

图一：
混合料类型

材料选定和实验

矿料配比计算
沥青用量范围

个数

制作马歇尔试件

锤击次数

48h后浸水（60℃）
拌和温度
30min~45min

制件温度

密度max

马歇尔试验

稳定度max

空隙率

流值

饱和度

与标准对照

残留稳定度

OAC1
符 合

沥青用量
OAC2

OAC

表3-1各矿料筛分结果
矿料种类
下列各筛孔通过的百分率(%)
19
16
13.2
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0..075
1-2cm碎石
100
98.8
76.6
27.9
0.4
0.3

0.2

0.1
0.5-1cm碎石
100
100
100
99.9
56.7
4.7
0.6
0.3
0.2

0.1
石屑
100
100
100
100
99.6
74.9
32.8
9.3
2.6
1.4
0.3
砂
100
100
100
99.3
89
68.7
56
36.7
20.1
1.1
0.6
矿粉
100
100
100
100
100
100
100
99.4
98.3
93
86.8

表3-2矿料合成配
矿料种类
下列各筛孔通过的百分率
19
16
13.2
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
1-2cm碎石
44
43.5
33.8
12.3
0.2
0.1

0.1

0.1
0.5-1cm碎石
11
11
11
10.9
6.2
0.5

砂
24
24
24
23.8
21.4
16.5
13.4
8.8
4.8
0.3
0.1
石屑
14
14
14
14
13.9
10.5
4.6
1.3
0.4
0.2
0.1
矿粉
7
7
7
7
7
7
7
7
6.9
6.7
6.1
合成级配
100
99.5
89.8
68.1
48.7
34.6
25
17.2
12.1
7.2
6.4
级配范围
100
95-100
75-90
58-78
42-63
32-50
22-37
16-28
11-21
7-15
4-8
按上述矿料配合比制作马歇尔试件所得马歇尔试验数据见表3-3。
表3-3 马歇尔试验结果一
序号
油石比%
密度(g/cm3)
稳定度(KN)
流值(0.01mm)
1
4
2.75
2.21
27.4
2
4.5
2,.68
2.68
33.4
3
5
2.11
3.52
29.6
4
5.5
2.117
3.35
29.6
5
6
2.115
3.03
30.0
可见,此配合满足不了稳定度大于5KN的要求,疑为矿料级配问题，所以调整矿料级配.重新计结果为1-2cm碎石48%、0.5-1cm碎石为9%、石屑为12%、砂为24%、矿粉为7%，合成级配见表3-4。
表3-4矿料合成级配
矿料种类
下列各筛孔通过的百分率(%)
19
16
13.2
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
1-2cm碎石
48
47.4
36.8
13.5
0.2
0.1

0.1

0.5-1cm碎石
9
9
9
9
5.1
0.4
0.1

砂
24
24
24
23.8
21.4
16.5
13.4
8.8
4.8
0.3
0.1
石屑
12
12
12
12
12
9.0
3.9
1.1
0.3
0.2

矿粉
7
7
7
7
7
7
7
7
6.9
6.7
6.1
合成级配
100
99.4
88.8
65.2
45.7
33
24.4
17
12
7.2
6.2
级配范围
100
95-100
75-90
58-78
42-63
32-50
22-37
16-28
11-21
7-15
4-8
3.1.2.必需的原材料试验数据
对于沥青混合料的各种组成材料(含沥青、粗集料、细集料和填料)都要针对规定的技术要求用有关试验规程的相应试验方法进行试验，检验其中是否符合规定要求。本次设计的各种原材料的试验数据见表3-5，筛分结果见表3-1。

3.1.3热拌沥青混合料马歇尔试验技术标准
参看《公路沥青路面施工技术规范》我国二级公路沥青路面技术标准摘录表3-6中。

表3-5各原材料试验数据
原料种类
试 验 项 目
视密度
（g/cm3）
堆积密度
（g/cm3）
相对视密度
（g/cm3）
吸水率
%
压碎值指数
%
亲水系数
沥青
1.011

1.007

1-2cm碎石
2.630
1.395
2.630
1.15
14

0.5-1cm碎石
2.630
1.345
2.630
1.2
14

石 屑
2.630
1.255
2.630

河砂
2.450
1.495
2.450

矿粉
2.523

0.61

表3-6热拌沥青混合料马歇尔试验技术标准
试验项目
击实次数
稳定度KN
流值0.1mm
空隙率%
沥青饱和度%
标准I型
两面各50次
>5.0
20~45
3~6
70~85
(1).计算击实沥青混合料的理论密度
沥青混合料的理论密度是指压实沥青混合料试件全部为矿料(包括内部的孔隙)和沥青所组成的最大密度。
理论密度用公式（3-1）计算
(3-1)
—— 理论密度（g/cm3）
P1…Pn—— 各种矿料的配合比（矿料总和为100）（%）

9

在图3-2中取曲线最高点即稳定度最大点沥青用量为a1=4.9（%）,在图3-3中取曲线最高点即视密度最大点沥青用量a2=5.05（%），在图3-4中取空隙率符合要求部分中值的沥青用量a3=4.6（%），则最佳沥青用量一为a1、a2、a3的平均值：OAC1=（a1+a2+a3）/3=4.85
取图3-7中符合规范要求沥青用量范围的中值为最佳沥青用连量二：
OAC2=（OACmin+OACmax）/2=（4.65+5.75）/2=5.2
配合比设计的最佳沥青用量为：OAC=（OAC1+OAC2）/2=5.0
3.2生产配合比设计
本阶段要求拌合机试拌，以验证目标配合比设计的矿料配合比以及沥青用量是否附合规范要求，从而调整矿料组成及配合比，流程图见图二。
图二：
试验室定的目标配合比

料场集料校核颗粒组成

热料仓集料筛分

热料仓集料配合比设计

马歇尔试验检验确定
最佳沥青用量

3.2.1检验料场集料颗粒组成
对沥青拌和厂的各种粗细集料重新取样进行筛分试验，如筛分结果发现集料颗粒组成与目标配合比设计时的颗粒组成有明显差别，要重新进行矿料配合比计算，经筛分、料场集料与取样集料颗粒组成无明显差别。
3.2.2热料仓集料筛分试验
取加热过混合料进行筛分。筛分结果见表3-8
筛孔尺寸
19
16
13.2
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
通过百分率
100
99.5
89.8
68
48
33.2
24.4
17.1
11.5
7.2
6.3
表3-8热料仓集料筛分结果
符合规范要求的级配范围。如不符合应重新进行计算。
3.2.3马歇尔试验检验
用最佳用量OAC、OAC+0.3%和OAC-0.3%及表3-8中的矿料颗粒组成进行马歇尔试验。试验结果表明目标配合比设计确定的最佳沥青用量是合适的。结果见表3-9。
表3-9马歇尔试验数据三
油石比（%）
理论密度（g/cm3）
视密度（g/cm3）
空隙率（%）
饱和度（%）
稳定度（KN）
流值（0.1mm）
马氏模数（KN/mm）
4.7
2.408
2.309
4.1
71.5
6.9
28.7
2.4
5.0
2.399
2.311
3.7
74.8
7.1
30.5
2.3
5.3
2.390
2.308
3.4
77.2
6.7
32.2
2.1
3.3生产配合比验证
拌和温度
图三：
拌和时间
按生产配合比试拌
沥青混合料

机械配合
铺筑试验段
观察和检验混合料

摊铺速度

抽提和筛分
马歇尔试验
碾压方式、遍数
现场评定质量

与标准对照

确定矿料配合比和沥青用量

生产配合比验证阶段就是沥青面层正式开工前的铺筑试验路段阶段。因此，施工工序各工序所用的机械设备，质量管理和质量检验等都与面层正式开工后的日常生产相同，而且为随后的正式生产提供经验和数据，流程图见图三。
4.配合比的优化
在生产中每天最少取一次混合矿料进行筛分试验。至少取一次混合料进行马歇尔试验及沥青含量试验。以验试矿料颗粒组成及马歇尔试验数据是否符合设计要求。如不符合应及时进行矿料配比及沥青用量调整，以保证工程质量合格及工程进度不受影响。
5.注意事项
（1） 各种原材料必须进行原材试验，以取得必需的试验数据。
（2） 马歇尔试验试件必须符合高度63.5±1.3mm的标准,试件的高度对稳定度和流值影响很大。
（3） 进行目标配合比设计时必须控制加热温度，成型温度及马歇尔稳定度的水温，其温度为60℃。