Sup-25型沥青混合料目标配合比设计报告.doc

下面层Sup-25型沥青混合料目标配合比
设 计 报 告

下面层Sup-25型沥青混合料目标配合比
设 计 报 告

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检测单位

证书编号

编制日期

注意事项：
1.本报告未加盖检测单位报告专用章、缺页、添页或涂改均无效；无相关人员及签发人签字无效；未经检测单位许可复印无效；
2.对检测报告有异议者，请于收到报告之日起十五日内向检测单位提出；
3.试验检测按国家标准、行业标准和企业标准执行，无标准的按双方协议执行。

设 计 报 告
委托单位

委 托 人
/
见 证 人
/
工程名称

委托日期

试样名称
集料：1#、2#、3#、4#、5#、6#；SBS改性沥青；矿粉
样品规格
1#（16-31.5）mm、
2#（16-26.5）mm、
3#（9.5-16）mm、
4#（4.75-9.5）mm、
5#（2.36-4.75）mm、
6#（0-2.36）mm、
SBS改性沥青
产地

样品状态

试样数量
集料：每档各约80kg；沥青：50kg；矿粉：20 kg
试验日期

试验项目
沥青混合料目标配合比试验
环境条件
详见原始记录
样品用途
沥青路面下面层
样品描述
1#（16-31.5）mm、2#（16-26.5）mm、3#（9.5-16）mm、4#（4.75-9.5）mm、5#（2.36-4.75）mm、6#（0-2.36）mm；SBS改性沥青；矿粉灰色无团粒结块
试验依据
《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）
《公路工程集料试验规程》（JTG E42-2005）
评价标准

试验设备
鼓风干燥箱（LH22-1）、鼓风干燥箱（LH22-2）、恒温水浴（LH21）、恒温水浴（LH06）、标准筛（JL01）、混合料拌和机（BH20）、马歇尔电动击实仪（LH28）、马歇尔稳定度仪（LH35）、电子天平（LH23）、针入度仪（LQ01）、软化点仪（LQ30）、延度仪（LQ26）、沥青薄膜烘箱（LQ09），理论密度仪（LH13）、真空干燥箱（LQ16）、低温冰箱（SH31）、车辙仪（LH32）、沥青混合料材料性能试验机（LH38）等。

1.0 概述
受XXXXXX委托，XXXXX检测中心承担XXX路下面层Sup-25型沥青混合料的目标配合比设计工作。本次Sup-25型沥青混合料的室内配合比设计方法依据美国Superpave沥青混合料设计标准进行设计，并依据《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）的要求进行马歇尔试验验证。
2.0 设计依据
下面层Sup-25型沥青混合料目标配合比设计依据以下规范、规程及意见执行：
1、《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）；
2、《公路工程集料试验规程》（JTG E42-2005）；
3、《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）；
4、《高性能沥青路面（Superpave）基础参考手册》；
3.0 原材料试验
本次试验所用集料、矿粉、SBS改性沥青均为施工单位送样，各原材规格及产地如下：
1、沥青：XXXXXSBS改性沥青；
2、粗集料：XXXXX石灰岩碎石，即1#（16~31.5）mm、2#（16~26.5）mm、3#（9.5~16）mm、4#（4.75~9.5）mm、5#（2.36~4.75）mm；
3、细集料：XXXXX石灰岩，即6#（0~2.36）mm；
4、矿粉：XXXXX水泥厂产；
SBS改性沥青、矿粉、细集料、粗集料试验结果如表3.0-1至表3.0-4所示。

表3.0-1 SBS改性沥青试验结果汇总表
试验项目
单位
试验结果
技术要求
结论
针入度（25℃,100g，5s）
0.1mm
65
50~80
合格
针入度指数PI
/
0.20
-0.2~+1.0
合格
延度（5cm/min，5℃）
㎝
47
≥30
合格
软化点（(TR&B）
℃
76.0
≥60
合格
相对密度（25℃）
/
1.028
实测
/
TFOT薄膜加热试验(163℃ 5h)
质量损失
%
-0.039
≤±0.6
合格
针入度比（25℃）
%
75.4
≥65
合格
延度（5cm/mim,5℃）
cm
30
≥20
合格
闪点（COC）
℃
303
≥230
合格
动力粘度（60℃）
Pa·s
1704.7
≥800
合格
运动粘度（135℃）
Pa·s
2.072
≤3.0
合格
溶解度
%
99.51
≥99
合格
离析，软化点
℃
0.9
≤2.5
合格
弹性恢复（25℃）
%
97.5
≥70
合格
SHRP性能等级
/
PG70-22
PG70-22
合格
表3.0-2 矿粉试验结果汇总表
试验项目
试验结果
技术要求
结论
表观密度（g/cm3）
2.774
≥2.5
合格
表观相对密度
2.779
/
/
粒度范围
<0.6mm (%)
100
100
合格
<0.15mm (%)
90.3
90~100
合格
<0.075mm (%)
71.4
70~100
合格
外观
无团粒结块
无团粒结块
合格
亲水系数
0.70
<1
合格

表3.0-3 细集料试验结果汇总表
试验项目
试验结果
技术要求
结论
表观相对密度
2.798
≥2.6
合格
毛体积相对密度
2.590
/
/
砂当量（%）
70
≥60
合格
表3.0-4 粗集料试验结果汇总表
集料规格
试验项目
1#料
2#料
3#料
4#料
5#料
技术要求
结论
石料压碎值（%）
/
/
22.7
/
/
≤24
合格
表观相对密度
2.746
2.744
2.774
2.730
2.734
≥2.6
合格
毛体积相对密度
2.700
2.700
2.714
2.669
2.674
/
/
吸水率（%）
0.62
0.60
0.80
0.84
0.82
≤2.0
合格
针片状颗粒含量（%）
8.6
7.9
8.3
8.9
/
≤15
合格
4.0 设计集料结构的选择
4.1 矿料的级配范围
Sup-25型混合料矿料级配限制区界限见表4.1-1，级配控制点见表4.1-2。
表4.1-1 Sup-25设计集料级配限制区界限
筛孔尺寸(mm)
限制区范围(通过率%)
2.36
1.18
0.6
0.3
最小
26.8
18.1
13.6
11.4
最大
30.8
24.1
17.6
11.4
表4.1-2 Sup-25设计集料级配控制点界限
筛孔尺寸(mm)
控制点范围(通过率%)
26.5
19
2.36
0.075
最小
90
/
19.0
1.0
最大
100
90
45.0
7.0
4.2 初选级配
依据Superpave设计的一般方法，在选择集料结构时，首先调试选出粗、中、细三组级配，根据集料的性质（密度和吸水率）计算并结合工程经验得出三组级配的初始用油量为3.9%。然后用初始用油量成型试件。根据试验结果，计算出这三组级配的沥青混合料在空隙率为4%时所需的沥青用量及相应的沥青混合料其他性质，矿料间隙率（VMA）、饱和度（VFA）、矿粉与有效沥青之比（F/A）、初始旋转次数的压实度（%Gmmat in）。图4.2为三组试验级配曲线图，表4.2-1为各种集料的筛分试验结果、三组初试合成级配各档集料比例以及三组初试级配各筛孔尺寸粒料通过率明细表，表4.2-2为估算沥青用量（沥青含量）汇总表。

图4.2　三组试验级配曲线
表4.2-1 各号集料筛分结果及三组试验级配
矿料规格
1#料
2#料
3#料
4#料
5#料
6#料
矿粉
合成级配
级配1
16
21
17
16
7.5
20
2.5
级配2
15
20
17
16
8
21.5
2.5
级配3
13
18
17
17
7.5
25
2.5
筛孔mm

级配1
级配2
级配3
31.5mm
26.5mm
19.0mm
16.0mm
13.2mm
9.5mm
4.75mm
2.36mm
1.18mm
0.60mm
0.30mm
0.15mm
0.075mm
100
70.7
11.3
5.2
1.1
0.2
0.2
0.2
0.2
0.2
0.2
0.2
0.2
100
100
79.6
35.4
11.1
1.8
1.2
1.2
1.2
1.2
1.2
1.2
0.8
100
100
100
99.4
91.0
38.2
2.8
1.8
1.6
1.6
1.6
1.6
1.3
100
100
100
100
100
96.4
27.3
4.2
3.0
1.8
1.8
1.8
1.8
100
100
100
100
100
100
94.4
7.1
1.4
1.2
1.2
1.2
1.2
100
100
100
100
100
100
99.6
79.2
57.0
34.6
19.5
13.8
10.0
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
97.8
90.3
71.4
100.0
95.3
81.5
71.2
64.0
52.3
34.6
20.1
15.0
10.4
7.3
6.0
4.6
100.0
95.6
82.6
72.8
65.9
54.3
36.6
21.3
15.9
10.9
7.6
6.2
4.7
100.0
96.2
84.8
75.9
69.6
58.2
39.8
24.1
17.9
12.1
8.2
6.6
5.1

表4.2-2 估算沥青用量（沥青含量）汇总表
试验
级配
集料毛体积相对密度
Gsb
集料表观相对密度
Gsa
集料有效相对密度
Gse
集料吸收沥青胶结料体积
Vba （cm3/cm3）
有效沥青胶结料体积
Vbe（cm3/cm3）
每立方厘米混合料中集料质量
Ws（g/cm3）
初始试拌沥青用量（沥青含量）
Pbi（%）
1
2.675
2.758
2.728
0.0171
0.0747
2.3278
3.90
2
2.673
2.759
2.728
0.0178
0.0747
2.3278
3.92
3
2.669
2.760
2.725
0.0181
0.0747
2.3255
3.94
4.3 试验级配的评价
根据各组级配的估算沥青用量，并结合设计经验拟用3.9%的沥青用量（沥青含量）成型试件，沥青混合料的拌和温度和压实温度依据《XXX路Sup-25下面层施工指导意见》，采用旋转压实仪成型试件，设定旋转压实仪的单位压力为0.6MPa，选择压实次数N最初=8次，N设计=100次，N最大=160次。根据Superpave的最新设计标准，在进行估算用油量成型试件时，将旋转压实次数设定在N设计，本次试验为N设计=100次，估算沥青用量（沥青含量）下各级配旋转压实试验结果汇总于表4.3-1。
表4.3-1 三组初试级配旋转压实试验结果汇总表
压实次数
级配1
级配2
级配3
试件1-1
试件1-2
试件2-1
试件2-2
试件3-1
试件3-2
N初始（8次）高度（mm）
131.1
131.5
129.9
130.1
129.2
129.0
N设计（100次）高度（mm）
116.5
116.3
115.4
115.6
114.2
114.3
空气中重（g）
4815.6
4791.8
4785.5
4815.3
4729.8
4809.4
水中重（g）
2855.1
2840.9
2848.8
2863.9
2829.6
2875.8
饱和面干重（g）
4840.9
4815.4
4802.9
4832.8
4740.1
4820.7
毛体积相对密度
2.425
2.427
2.449
2.446
2.476
2.473
最初压实度（%）
84.4
85.3
86.0
设计次数压实度（%）
95.0
96.0
97.2
最大理论相对密度
2.553
2.550
2.548

表4.3-2 三组初试级配估算沥青用量（沥青含量）试验结果评价表
级配
4.0%空隙率
沥青用量（沥青含量）（％）
矿料间隙率（％）
VMA（设计次数）
沥青饱和度（％）
VFA（设计次数）
矿粉/有效沥青比例DP
初始次数
压实度N初始（％）
1
4.3
12.7
68.5
1.28
85.4
2
3.9
12.0
66.7
1.49
85.3
3
3.4
11.2
64.3
1.93
84.8

Superpave标准
不小于12.0
65～75
0.6～1.2(1)
≤89.0
注：（1）当级配在禁区下方通过时，粉胶比可取值0.8～1.6。
表4.3-2为三组级配估算沥青用量（沥青含量）试验结果评价表。依据表4.3-2的评价指标，可以得出级配2满足Superpave 设计要求，本次选择级配2(1#:2#:3#:4#:5#:6#:矿粉=15:20:17:16:8:21.5:2.5)为设计级配。
4.4 选择设计级配的沥青用量
设计级配确定后，根据Superpave设计方法，一般选择四个沥青用量（沥青含量），它们分别为Pb、Pb±0.5%、Pb+1%。由表4.3-2并结合以往类似工程实践经验取Pb为3.9%，则选取四个沥青用量（沥青含量）分别为：3.4%、3.9%、4.4%、4.9%（见表4.4-1）。在进行确定选择级配沥青用量（沥青含量）的试验时，压实次数应设定在N设计，本次N设计=100次。
表4.4-1 设计级配四种沥青用量（沥青含量）试验结果汇总表
沥青用量（沥青含量）（%）
3.4
3.9
4.4
4.9
理论最大相对密度
2.578
2.550
2.538
2.519
试件编号
1-1
1-2
2-1
2-2
3-1
3-2
4-1
4-2
高度(mm)
8次
131.6
131.9
130.3
130.4
129.5
129.8
129.1
128.7
100次
116.4
116.5
115.3
115.5
114.7
114.9
114.5
114.0
空气中重（g）
4785.6
4792.8
4780.4
4776.1
4788.6
4791.2
4776.7
4792.2
水中重（g）
2813.8
2835.6
2839.3
2831.8
2861.7
2858.3
2845.4
2858.8
饱和面干重（g）
4797.3
4800.3
4793.2
4782.7
4801.9
4804.5
4782.5
4803.9
毛体积相对密度
2.413
2.439
2.447
2.448
2.468
2.462
2.466
2.464
初始压实度（%）
83.2
85.0
86.0
86.7
设计压实度（%）
94.1
96.0
97.1
97.8

图4.4 体积指标与沥青含量关系曲线
根据表4.4-1，得出3.4%、3.9%、4.4%、4.9%四个沥青用量（沥青含量）的体积指标，见表4.4-2，并得到设计沥青用量（沥青含量）为3.9%。
表4.4-2 四个沥青用量（沥青含量）沥青混合料体积指标
沥青用量
（沥青含量）
（％）
在压实次数时
矿粉/有效沥青比例DP
初始压实度N初始（%）
压实度（％）
（设计次数）
矿料间隙率VMA（％）
沥青饱和度
VFA（％）
3.4
94.1
12.3
52.1
1.47
83.2
3.9
96.0
12.0
66.5
1.27
85.0
4.4
97.1
11.8
75.6
1.12
86.0
4.9
97.8
12.3
82.5
1.00
86.7
3.9（取用值）
96.0
12.0
66.5
1.27
85.0
Superpave标准
96.0
≥12
65～75
0.6～1.2(1)
≤89
注：（1）当级配在禁区下方通过时，粉胶比可取值0.8～1.6。

4.5 验证
依据第4.4节中得到的设计沥青用量（沥青含量）3.9%，采用沥青用量（沥青含量）3.9%成型试件，验证采用3.9%的沥青用量（沥青含量）在压实次数设定在N最大时，本次N最大=160次, 对应的混合料体积性质指标，试验结果汇总于表4.5-1。
表4.5-1 设计沥青用量（沥青含量）验证试验结果表
沥青用量（沥青含量）（％）
在压实次数时
粉胶比（F/A）
初始压实度N初始（%）
最大压实度N最大（％）
压实度（％）
（设计次数）
矿料间隙率VMA（％）
沥青饱和度
VFA（％）
3.9
96.0
12.0
66.5
1.27
85.0
96.4
Superpave标准
96.0
≥12
65～75
0.6～1.2(1)
≤89
≤98
注：（1）当级配在禁区下方通过时，粉胶比可取值0.8～1.6。
4.6 设计结果
通过以上试验和分析，级配2为设计级配，配合比为1#:2#:3#:4#:5#:6#:矿粉=15:20:17:16:8:21.5:2.5，其对应配制的混合料特性如表4.6-1所示。
表4.6-1 沥青混合料体积指标表
混合料特性
设计结果
Superpave标准
结论
空隙率VV（%）
4.0
4.0
合格
矿料间隙率VMA（%）
12.0
≥12
合格
饱和度VFA（%）
66.5
65～75
合格
粉胶比FB
1.27
0.6～1.2(1)
合格
初始旋转次数（8）压实度
85.0
≤89
合格
最大旋转次数（160）压实度
96.4
≤98
合格
注：（1）当级配在禁区下方通过时，粉胶比可取值0.8～1.6。
5.0 马歇尔试验结果汇总表
依据Superpave设计方法得到的沥青混合料，采用马歇尔试验方法成型试件，得到对应的马歇尔试验结果，见表5.0-1。

表5.0-1 Sup-25马歇尔试验结果表
试验项目
试验结果
指导意见要求
击实次数（次）
正反各75次
正反各75次
稳定度（kN）
11.13
≥8.0
流值（0.1mm）
31.5
20～40
空隙率（%）
5.0
4～6
沥青饱和度（%）
61.5
60～70
矿料间隙率（%）
12.9
≥12
6.0 高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性试验
为了检验Sup-25型沥青混合料的高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性，按照有关规范进行了60℃车辙试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、－10℃小梁弯曲试验，试验结果汇总于表6.0-1、表6.0-2、表6.0-3、表6.0-4。
表6.0-1 车辙试验结果
混合料类型
沥青用量（沥青含量）（%）
动稳定度（次/mm）
1
2
3
平均
要求
Sup-25
3.9
3150
3500
3706
3452
≥3000
表6.0-2 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（%）
Sup-25
1.08
0.97
89.8
≥80
表6.0-3 浸水马歇尔试验结果
混合料类型
马歇尔稳定度（kN）
浸水马歇尔稳定度（kN）
残留稳定度（%）
要求（%）
Sup-25
11.13
9.92
89.1
≥85
表6.0-4 －10℃小梁弯曲试验结果
混合料
类型
最大荷载
（kN）
跨中挠度
（mm）
抗弯拉强度（MPa）
劲度模量（MPa）
破坏应变（με）
要求
（με）
Sup-25
1.022
0.514
7.966
2923
2731
≥2500
7.0 室内配合比设计结论
通过混合料级配调试和相关验证试验，表明所设计的Sup-25型SBS改性沥青混合料的抗高温性能、抗水损害性能、低温弯曲性能均满足设计要求，室内目标配合比设计结果为1#:2#:3#:4#:5#:6#:矿粉=15:20:17:16:8:21.5:2.5，最佳沥青用量（沥青含量）为3.9%，可用于XXX路XXX标下面层Sup-25型SBS改性沥青混合料的生产配合比设计工作。

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