沥青混凝土目标配合比设计报告.docx

XX高速公路沥青路面涞源至涞水XX合同段中面层沥青混凝土SP-19.0mmNMS(AC-20C)沥青混凝土目标配合比设计报告承 包 商：XXX路桥有限责任公司设计和技术支持：XXX工程技术有限公司20XX年X月试验参加人员： 报告编写： 报告审核： 目 录 一. 项目的基本情况和技术要求5二. 设计依据5三. 设计参数的选取6四. 原材料71沥青72集料8五. 中面层SP-19.0mmNMS（AC-20C）沥青混凝土目标配合比设计111矿料级配的选择112沥青用量的确定14六.水稳定性、动稳定度、低温弯曲试验及渗水试验结果18七. 马歇尔试验结果和技术指标19八.中面层SP-19.0mmNMS（AC-20C）沥青混凝土目标配合比设计报告201.目标配合比级配202.沥青用量213.目标配合比设计级配矿料比例21名词和术语l Superpave Superior Performing Asphalt Pavement 高性能沥青路面l SP Superpave的缩写l NMS 公称最大粒径l Va 压实沥青混合料的空隙率（%）l VMA 压实沥青混合料的矿料间隙率(%)l VFA 沥青填充率（%）l SGC 沥青混合料的旋转压实仪，Superpave Gyratory Compactor 之略语l PG 美国沥青路用性能分级，Performance Graded之略语l Nini 初始旋转次数l Ndes 设计旋转次数l Nmax 最大旋转次数l Gmm 沥青混合料最大理论相对密度l Gmb试件设计旋转次数下的毛体积相对密度l Gi 集料的毛体积相对密度l Gsb 级配集料的毛体积相对密度l Gsa 级配集料的表观密度l Gse 级配集料的有效密度l Vba 级配集料吸收的沥青体积l Vbe 有效沥青体积l Ws 每立方厘米沥青混合料中集料的重量l Pbi 初估沥青用量l Pb,est 估算沥青用量l DP 粉胶比l BRD 沥青混合料试件的相对密度l MRD 沥青混合料的理论最大密度l TSR抗拉强度比值（水敏感性）一. 项目的基本情况和技术要求XX高速公路冀蒙界（保昌），经张北、万全、涞源、曲阳至石家庄市，将张家口市、保定市西部和石家庄市西北部贯穿连接。保定市XX高速公路涞源至涞水XX合同段起点为涞源（张保界）K0+320.302，终点为K33+900，路线全长33.58Km。本项目按照全封闭、全立交高速公路标准建设，计算行车速度：起点（K0+320.302）至涞源西互通（K27+860）采用80Km/小时；涞源西互通（K27+860）至终点（K33+900）采用100Km/小时。本项目沥青路面主线设计的结构厚度和沥青混合料类型，上面层为4cm的AC-13C型细粒式SBS改性沥青混凝土；中面层为8cm的AC-20C型中粒式SBS改性沥青混凝土；路面下面层为12cm的ATB-30沥青稳定碎石。本项目所在地属为4区，路线地处暖温带半湿润、半干旱大路季风气候区。四季风速较大，历年以春季为最大，冬季次之，夏秋季最小。根据交通量观测资料，以设计年限15年计算，设计年限内一个车道上的累计当量轴次 为3504.86万次（标准轴载为100KN），换算为标准轴载80KN的累计当量轴次大于3000万次，属特重交通等级。二. 设计依据受保定市XX高速公路筹建处的委托，由北京英杰海威工程技术有限公司提供全面的Superpave沥青混合料设计的技术支持和服务，在XX高速公路路面涞源至涞水XX合同段现场试验室进行下面层SP-19.0mmNMS(AC-20C)中粒式SBS改性沥青混凝土目标配合比的设计。除AC-20C型中粒式SBS改性沥青混凝土的低温弯曲试验、冻融劈裂试验、车辙试验和集料的洛杉矶磨耗试验进行委托试验外，其他试验全部在项目试验室完成。 设计的主要技术标准和依据为：1Superpave Mix Design (SP-2).高性能沥青路面混合料设计方法,1996.2公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004）.3XX高速公路涞源（张保界）至曲阳（保石界）涞源至涞水段N5标段路面结构设计图。4XX公路涞源至曲阳段高速公路两阶段标书。5公路工程沥青及沥青混合料试验规程JTJ 052-2000。三. 设计参数的选取根据项目采用的SBS改性沥青的粘度与温度试验曲线（见所附报告）并考虑试验过程中的温度损失，确定沥青混合料的拌和温度为170，压实成型温度为158。试件成型采用Superpave标准的SGC试验机，其成型压力为600KPa，旋转角度为1.25度，旋转速度为30转/分钟，试件标准高度为115mm，试件直径为150mm。根据本项目的道路等级、交通荷载和交通量，在设计使用年限内，当量轴载次数换算为Superpave 80KN的标准当量轴载次数均大于3000万次，因此，根据Superpave设计方法的要求，应选取试件成型的初始旋转次数Nini为9次，设计旋转次数Ndes为125次，最大旋转次数Nmax为205次。四. 原材料本项目沥青配合比试验所采用的沥青由保定市交通局材料处供应，是由中国石油天然气股份有限公司辽河石化分公司生产的SBS改性沥青。石料和矿粉分别由涞源县红泉碎石厂和涞水碎石厂生产。依据公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004）和Suerpave的设计要求，分别对沥青和集料所要求的技术指标进行了试验。1沥青本合同中面层采用的是SBS改性沥青，其各项技术指标及试验结果见表-1。表1 沥青各项指标试验结果试验项目质量指标检测结果检测方法针入度（25，100g，5s）1/10mm406056T0604延度（5，5cm/min,）,cm2027T0605软化点（环球法），6075.5T0606135运动粘度（Pas）3T0620溶解度，%99T0607质量变化，1.0T0609残留针入度比，65T0604残留延度5（cm），15T0609闪点（开口）,230T0611密度（15），kg/m31.034T0603同时对本项目采用的SBS改性沥青按Superpave的PG分级试验方法进行了试验，该沥青符合PG76-16的技术性要求，试验结果见表-2。表2 沥青PG分级试验结果技术指标试验结果原 质 沥 青闪点温度，T48（），Min 230307粘度，T316，试验温度135，Max 3.0 Pas1.0动态剪切，T315,(KPa),G*/sin, Min 1.0Pas试验温度10rad/s, ，761.27820.77旋 转 薄 膜 烘 箱（RTFO）质量损失，（%）-0.09动态剪切，T315,(KPa),G*/sin, Min 2.20Pas试验温度10rad/s, , 762.29820.77压力老化后的残留沥青（PAV）动态剪切,T315,(KPa)，G*/sin,Max,5000Kpa 试验温度10rad/s, 254040225884蠕变劲度，T313，s,m值，试验温度60s, s，Max 300.00MPa,-12332.10-6142.84m，Min 0.300-120.296-60.352试验结论：本试验依据AASHTO M32003规范评定所检沥青等级为PG7616。2集料根据公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004）和Superpave对集料各项性能指标的要求，分别对粗集料、细集料和矿粉的各项指标进行试验，其试验结果分别见表-3、表-4、表-5。表3a 粗集料技术指标（JTG F40-2004规范要求）试验项目JTG F40-2004要 求实测结果15-25mm5-15mm压碎值（%），不大于2819.8表干相对密度，不小于2.502.7202.720吸水率（% ），不大于3.00.900.90粘附性，不小于4级4级4级毛体积相对密度实测2.6962.696针片状含量（1：3）,不大于%1513.114.4软石含量，不大于%50.075mm颗粒含量（）不大于1.00.50.8表3b 粗集料技术指标（Superpave规范要求）试验项目试验值Superpave规范要求试验方法破碎率（%）100100/100吸水率（% ），不大于0.91T0304针片状颗粒含量（%）， 不大于 （1:5）810T0316水洗法0.075mm颗粒含量（% ），不大于0.6T0316软石含量% 不大于T0316表4 细集料技术指标（JTG F40-2004）试验项目JTG F40-2004要 求细集料实测指标机制砂表观相对密度，不小于2.502.837毛体积相对密度实测2.744坚固性（0.3mm部分），不小于12砂当量，不小于6075棱角性（流动时间），不小于3045.1表5 矿粉质量技术指标及试验结果试 验 项 目试验值技术要求试验方法表观相对密度（t/m3），不小于2.8742.5T0352含水量（%），不大于1T0352烘干法粒度范围0.6mm100100T03510.15mm96.1901000.075mm86.975100亲 水 系 数0.751T0353塑 性 指 数3.74T0354外 观无团粒结块无团粒结块五. 中面层SP-19.0mmNMS（AC-20C）沥青混凝土目标配合比设计1矿料级配的选择该项目选用涞源红泉碎石厂生产的粗、细集料和机制砂，涞水县生产的矿粉。各种规格集料料堆的筛分试验结果如表-6所示。表6 各种规格集料的筛分结果筛孔集料通过百分率（）（方孔筛，mm）37.526.519.012.59.54.752.361.180.60.30.150.0751525mm10010084.426.23.60.60.60.60.60.60.60.6515mm10010010010084.05.21.21.01.00.90.90.935mm10010010010010084.64.42.01.41.41.41.4机制砂10010010010010099.679.055.738.822.215.911.8矿粉10010010010010010010010010099.696.186.9选择混合料矿料级配结构时,按照级配集料级配的粗细程度不同试选了级配1、级配2、级配3三种级配，具体情况如表-7所示，级配曲线汇总如图1。SP-19.0mmNMS的级配要求与所设计的AC-20C沥青混凝土级配要求不同，因此采用公路沥青路面施工技术规范的级配见表-8。由于25.0mm筛孔的通过率较低，不是主要控制粒径，所以仍然采用26.5mm作为级配筛孔要求。 表7 试配集料级配明细表筛孔尺寸mm通过率（）试 配 1 (30:31:12:26:1)试 配 2(29:26:16:28:1)试 配 3 (32:26:13:28: 1)37.5100.0100.0100.026.5100.0100.0100.019.095.395.595.012.577.978.676.49.566.167.965.04.7538.844.041.42.3622.624.324.21.1816.217.417.30.611.712.512.50.37.47.97.80.155.76.16.00.0754.64.84.8表8 密集配沥青混凝土混合料矿料级配范围筛孔集料通过百分率（）（方孔筛，mm）37.531.526.519.016.013.2（12.5）9.54.752.361.180.60.30.150.075混合料合成级配10010010095.387.178.2（77.9）66.138.822.616.211.77.45.74.6中粒式AC-201001001009010078926280507226561644123382451741337图1 各级配曲线汇总图根据各试配级配集料的性质（密度和吸水率）计算出三种不同级配的试配沥青用量均为4.1%（计算方法参见高性能沥青路面（Sperpave）基础参考手册（人民交通出版社）。试件采用旋转压实仪成型，根据交通量数据（设计当量轴载次数大于3000万次），选择压实次数Nini9次，Ndes125次，Nmax205次，旋转压实仪(SGC)的成型压力为0.6MPa，沥青混合料的拌和温度为170和成型温度为158，然后成型试件。各项体积性能试验和计算结果以及这三种试配级配的沥青混合料在空隙率为4时所需的估算沥青用量值和相应的其它估算体积性能指标对比与要求汇总表见表-9。表9 试配沥青混合料性能对比性 能 指 标试配1试配2试配3规范要求松散密度 Gsb2.7092.7102.710表观密度 Gsa2.7352.7352.736有效密度 Gse2.7292.7302.730预估沥青用量 Pb (%AC)4.14.14.10.075mm 筛孔通过率P0.0754.6%4.8%4.8%初始转数时的密度 %85.185.885.089%设计转数时的密度 %95.996.495.696%试件密度 BRD g/cm32.4282.4452.431实测理论最大密度 MRD g/cm32.5322.5382.543空隙率 AV%4.13.64.44%矿料间隙率 VMA %14.113.514.0Min.13沥青填充率 VFA %70.773.068.56575%估算沥青用量Pb,est4.2%4.0%4.3%估算矿料间隙率%VMA,est14.1%13.5%13.9%Min.13估算沥青填充率%VFA,est71.6%70.41.1%71.3%6575%有效沥青含量 Pb,e(%)3.9%3.7%4.0%粉胶比 DP1.21.31.20.81.6比较表-9中所列各试配沥青混合料的各项性能指标发现：级配1、级配2、级配3要达到4的空隙率所需沥青用量分别为4.2%、4.0%、4.3%，级配1要优于级配2和级配3，且对于重交通道路，趋向于选择较粗的混合料结构，故选用级配1作为设计级配。2沥青用量的确定选定级配1作为沥青混合料的设计级配后，接下来的工作是通过试验来确定沥青用量。采用四点设计法，根据四组不同的沥青用量3.7%、4.2%、4.7%、5.2%与级配1拌成沥青混合料，成型四组试件，每组两个试件，进行试验，并按要求对每组混合料做最大理论密度试验，试验结果见表-10。四种不同沥青含量的混合料体积性能对比表见表-11表10 四点设计法试验结果汇总表性能指标 沥青用量3.7%4.2%4.7%5.2%Gmb (试件的毛体积相对密度)g/cm32.4482.4452.4322.470Gmm (混合料的理论最大密度) g/cm32.5522.5472.5192.599Ps (混合料中的骨料比例%)96.395.895.394.8Gsb (骨料的松散密度) g/cm32.7092.7092.7092.709Gse (骨料的有效密度) g/cm32.7302.7302.7302.730VMA, % (矿料间隙率)13.013.614.513.6Va (空隙率), %4.14.03.51.2VFA, % (沥青填充率)68.570.576.191.3Pb, a (沥青吸附量)0.30.30.30.3Pb, e (有效沥青含量)3.43.94.44.9DP (粉胶比)1.31.21.00.9混合料外观含油量偏少含油量适中含油量较多含油量过多表11 体积性能对比表沥 青 含 量%空隙率 (设计转数时)4.14.03.51.2矿料间隙率(设计转数时)13.013.614.513.6沥青填充率 (设计转数时)68.570.576.191.3粉 胶 比1.31.21.00.9旋转次数 #密 度% Gmm784.084.384.686.3985.185.385.787.52088.588.689.091.03090.290.390.792.94091.491.591.994.15092.392.592.995.16093.193.293.695.97093.793.994.396.58094.294.394.897.19094.794.895.397.610095.195.295.798.011095.495.596.098.312595.996.096.598.8根据试验数据，四种沥青含量的混合料的性能图示如图2所示。由试验结果可知，沥青用量为4.1时，空隙率和矿料间隙率均稍偏高，沥青填充率偏低。根据内插法求得能够满足设计沥青混合料压实空隙率为4的要求时的设计沥青用量为4.2%，此时沥青填充率、粉胶比等各项指标均满足Superpave设计标准要求，沥青混合料外观良好。因此，依据设计及相关工程经验选定沥青用量为4.2%，按此沥青用量成型试件进行相关试验，以评定该混合料的其他性能。 在初始转数、设计转数和最大转数时混合料的密度对比情况列于表-12。表-12 设计沥青用量验证试验结果表沥青用量（）在压实次数时DP初始压实度（）最大压实度（）压实度（）（设计次数）VMA（）VFA（）4.296.013.670.51.285.397.9Superpave设计标准1265750.81.68998 图2 设计混合料的性能图示六.水稳定性、动稳定度、低温弯曲试验及渗水试验结果为了检验SP-19.0mmNMS（AC-20C）沥青混凝土的水稳定性，对所选定的级配和沥青含量为4.2%的沥青混合料进行车辙试验、冻融劈裂试验、渗水试验、低温弯曲试验，结果汇总于表-13a、b、c、d。表-13a 车辙试验结果汇总表混合料类型沥青用量动稳定度（次/mm）123平均要求SP-19mmNMS4.242863134379537383000表-13b冻融劈裂试验结果混合料类型无条件劈裂强度（MPa）条件劈裂强度（MPa）TSR（）要求（）SP-19mmNMS0.630.4989.775表-13c 渗水试验结果混合料类型渗水系数，mL/min123平均要求SP-19mmNMS40453540120表-13d 低温弯曲试验结果混合料类型低温弯曲试验，试 验 值要 求SP-19mmNMS25202000七. 马歇尔试验结果和技术指标按Superpave设计方法得到的SP-19.0mm NMS（AC-20C）级配、沥青用量4.2%，采用马歇尔试验方法成型试件，进行马歇尔试验验证沥青混合料，得到对应的马歇尔指标。矿料合成级配表及马歇尔试验结果汇总见表-14、图-3和表-15。表-14 矿料马歇尔合成级配表筛孔集料通过百分率（）（方孔筛，mm）37.531.526.519.016.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075混合料合成级配10010010095.387.178.266.138.922.616.211.87.55.84.7级配范围1001001001009010078926280507226561644123382451741337图3 矿料合成级配图表-15 马歇尔试验结果汇总表试验项目试验结果规范要求击实次数（次）7575稳定度（KN）10.668流值（mm）3.5实测空隙率（）5.136沥青饱和度（）66.05570矿料间隙率（）15.012残留稳定度（）88.275马歇尔密度（g/cm3）2.417实测由表-15中试验结果可知，该沥青混合料的马歇尔试验的各项指标均符合我国公路沥青路面施工技术规范JTG F40-2004中的要求。八.中面层SP-19.0mmNMS（AC-20C）沥青混凝土目标配合比设计报告1.目标配合比级配密级配沥青混凝土混合料矿料目标设计级配筛孔集料通过百分率（）（方孔筛，mm）37.531.526.519.016.013.2（12.5）9.54.752.361.180.60.30.150.075混合料合成级配10010010095.387.178.2（77.9）66.138.922.616.211.87.55.84.7中粒式AC-20级配范围10010010010090100789262805072265616441233824517413372.沥青用量根据生产的集料、矿粉、沥青等原材料，采用美国Superpave沥青混合料设计方法设计的AC-20C目标配合比级配和沥青用量，得到的最佳沥青用量为4.2%。3.目标配合比设计级配矿料比例矿料规格（mm）15255153503矿粉沥青配合比例（）30.031.012.026.01.04.2将该项目使用的集料、沥青、矿粉等原材料，按照美国Superpave设计方法进行配合比设计，得到的最佳沥青用量为4.2，并通过马歇尔试验，得到其空隙率、稳定度、流值均能满足我国公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004）的规定。通过沥青混凝土水稳定性验验证，最佳沥青用量下的该级配沥青混凝土水稳定性性能良好。