Sup20普通沥青混合料目标配合比设计.doc

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2015公路养护大中修Sup20普通沥青混合料
目标配合比设计报告
一、概述
2015公路养护大中修Sup-20普通沥青混合料的目标配合比设计。本次Sup20沥青混合料的室内配合比设计方法依据Superpave沥青混合料设计方法进行设计。
二、设计依据
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．《 2015年普通国省道干线公路路面大中修工程》
三、材料
本次试验所用集料产地为上方，矿粉产地为常山，沥青为宁波镇海70#普通沥青。依据Superpave 设计要求，进行了各种矿料的密度试验和沥青密度试验（试验结果见表1）。
表1 矿料及沥青密度试验结果表
矿 料
表观相对密度
毛体积相对密度
（19-26.5mm）1# 料
2.730
2.716
（9.5-19mm） 2# 料
2.735
2.702
（4.75-9.5mm） 3# 料
2.760
2.686
（0-4.75mm） 4# 料
2.759
2.686
矿 粉
2.718
/
普通沥青相对密度（25℃）
1.028
四、设计集料结构的选择
1. 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、细三个级配，根据集料的性质（密度和吸水率）计算出三个级配的初始用油量。然后用初始用油量成型试件。根据试验结果，计算出这三个级配的沥青混合料在空隙率为4.0%时所需的沥青用量及相应的沥青混合料其它性质，如矿料间隙率（VMA）、饱和度（VFA）、粉与有效沥青之比（DP）、初始旋转次数的压实度（%Gmmatin）。表2为各种集料的筛分试验结果、三个调试级配料各档料比例以及三个试验级配各筛孔尺寸矿料通过率明细表，图1为三种试验级配曲线，表3为估算沥青用量汇总表。

图1　三种试验级配曲线

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表2 试级配各档料比例及合成级配
级配
1＃料
2＃料
3＃料
4＃料
矿粉
组合级配
级配1
22
24
24
29
1
级配2
18
24
26
31
1
级配3
17
23.5
25
33
1.5
筛孔（mm）
通过率（%）
级配1
级配2
级配3
26.5mm
100.0
100.0
100.0
100.0
100.0
100.0
100.0
100.0
19.0mm
80.0
100.0
100.0
100.0
100.0
95.6
96.4
96.6
16.0mm
2.7
80.4
100.0
100.0
100.0
73.9
77.8
78.9
13.2mm
1.5
30.6
100.0
100.0
100.0
61.7
65.6
67.0
9.5mm
0.3
2.8
83.7
100.0
100.0
50.8
54.5
56.1
4.75mm
0.2
0.6
6.5
95.9
100.0
30.6
32.6
35.0
2.36mm
0.2
0.6
3.0
77.0
100.0
24.2
25.8
27.8
1.18mm
0.2
0.5
2.3
50.8
100.0
16.4
17.5
19.0
0.6mm
0.2
0.5
1.4
33.6
100.0
11.2
11.9
13.1
0.3mm
0.2
0.4
1.3
20.9
100.0
7.5
8.0
8.9
0.15mm
0.1
0.3
1.0
14.0
99.7
5.4
5.7
6.5
0.075mm
0.1
0.3
1.0
11.7
96.2
4.7
4.9
5.6
表3 估算沥青用量汇总表
试验级配
Gsb
Gsa
Gse
Vba
Vbe
Ws
Pbi（%）
1
2.697
2.747
2.737
0.013
0.0895
2.346
4.28
2
2.696
2.748
2.737
0.013
0.0895
2.347
4.31
3
2.695
2.748
2.737
0.013
0.0895
2.347
4.31
表中：Gsb––––级配集料毛体积密度(g/cm3)；
Gsa––––级配集料表观密度(g/cm3)；
Gse––––级配集料有效密度(g/cm3)；
Vba––––集料吸收的沥青胶结料体积(cm3/cm3)；
Vbe––––有效沥青胶结料的体积(cm3/cm3)；
Ws––––每立方厘米混合料中集料质量（g）；
Pbi––––胶结料的百分数（%）。
2. 试验级配的评价
根据各个级配的估算沥青用量及设计经验拟用4.30%的沥青用量，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。根据Superpave设计经验，选择压实次数N初始=8次，N设计=100次，N最大=160次。根据Superpave 的设计标准，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，估算沥青用量下各级配旋转压实试验结果汇总于表4。三种级配估算沥青用量试验结果汇总于表5。
表4 三种试验级配旋转压实试验结果汇总表
级
配
实测最大理论相对密度
试件编号
高度
(mm)
空气中重（g）
水中重(g)
饱和面干重(g)
毛体积相对密度
N初始
压实度（%）
N设计
压实度（%）
8次
100次
级
配
1
2.533
1
127.3
115.4
4964.1
2900.4
4981.4
2.385
85.4
94.2
2
127.4
115.5
4949.3
2891.2
4962.7
2.389
级
配
2
2.534
1
126.1
114.6
4792.3
2815.7
4803.1
2.411
86.4
95.1
2
126.3
114.8
4806.3
2820.4
4818.2
2.406
级
配
3
2.533
1
125.2
113.2
4785.4
2820.2
4792.1
2.427
86.8
95.9
2
125.8
113.9
4795.2
2839.6
4812.4
2.431
表5 三种级配估算沥青用量试验结果评价表
级配
4%空隙率
沥青用量（％）
VMA（％）
（设计次数）
VFA（％）
（设计次数）
粉胶比（D.P）
估算N初始
压实度（％）
1
5.00
14.9
73.2
1.05
87.2
2
4.68
14.3
72.0
1.19
87.3
3
4.35
13.7
70.9
1.48
86.9
设计要求
≥13.0
65～75
0.6～1.2*
≤89.0
注：*表示当级配通过禁区下方，粉胶比可增加到0.8～1.6。
依据表5的评价结果，可以看出级配1、级配2、级配3沥青混合料的体积指标均满足Superpave 设计要求，根据Superpave设计经验选择级配3为设计级配。
3. 选择设计级配的沥青用量
设计级配确定后，由表5并根据设计经验，取Pb为4.30%，选择四种沥青用量Pb、Pb±0.5％和Pb+1％进行试验以确定选择级配的沥青用量，在试验时压实次数设定在N设计（本次N设计=100次）。试验结果分别见表6和表7。

表6 设计级配四种沥青用量试验结果汇总表
沥青用量（%）
实测最大理论相对密度
试件编号
高度
(mm)
空气中重（g）
水中重(g)
饱和面干重(g)
毛体积相对密度
N初始
压实度（%）
N设计
压实度（%）
8次
100次
3.80
2.553
1
125.7
114.8
4726.8
2794.2
4743.7
2.425
86.6
94.9
2
125.5
114.5
4719.6
2786.1
4735.4
2.421
4.30
2.533
1
125.2
113.2
4785.4
2820.2
4792.1
2.427
86.8
95.9
2
125.8
113.9
4795.2
2839.6
4812.4
2.431
4.80
2.514
1
125.7
113
4723.5
2782.4
4729.2
2.426
86.6
96.5
2
125.9
112.9
4717.1
2778.5
4724.7
2.424
5.30
2.494
1
127.8
112.7
4717.3
2785.9
4722.6
2.436
86.4
96.9
2
127.1
112.6
4726.1
2792.9
4731.3
2.438
表7 四种沥青用量沥青混合料体积性质
沥青用量
（％）
N设计压实度（％）
VMA（％）
VFA（％）
粉胶比（D.P）
N初始压实度（%）
3.80
94.9
13.5
62.3
1.73
86.6
4.30
95.9
13.8
70.1
1.50
86.8
4.80
96.5
14.3
75.3
1.32
86.6
5.30
96.9
14.4
78.7
1.18
86.4
设计标准
≥13.0
65～75
0.6～1.2*
≤89
注：*表示当级配通过禁区下方，粉胶比可增加到0.8～1.6。
根据表7中，3.80%、4.30%、4.80%、5.30%四个沥青用量的体积性质，得到设计空隙率为4.0%时的沥青用量为4.36%。VV、VMA、VFA、D.P与沥青用量的关系图见图2。

图2 VV、VMA、VFA和DP与用油量的关系图
4. 设计级配沥青用量的验证
依据第3节中得到的设计沥青用量4.36%，采用沥青用量4.36%成型试件，验证4.36% 的沥青用量在压实次数设定在N最大（N最大=160次）时对应的体积性质指标，试验结果汇总于表8。
表8 设计沥青用量验证试验结果表
沥青用量（％）
N设计压实度（％）
VMA（％）
VFA（％）
粉胶比（D.P）
N初始压实度（%）
N最大压实度（％）
4.36
96.0
13.8
70.7
1.47
86.5
96.8
设计标准
≥13.0
65～75
0.6～1.2*
≤89
≤98
注：*表示当级配通过禁区下方，粉胶比可增加到0.8～1.6。
根据表8，表明设计沥青用量的沥青混合料体积指标满足设计要求。
5. 设计结果
通过以上试验和分析，确定级配3为设计级配，配合比为1#：2#：3#：4#：矿粉 =17.0%：23.5%：25.0%：33.0%：1.5%，沥青用量为4.36%。其对应的混合料特性如表9以及马歇尔试验体积指标如表10。

表9 混合料体积性质表
混合料特性
设计结果
设计标准
VV（%）
4.0
4.0
VMA（%）
13.8
≥13.0
VFA（%）
70.7
65～75
粉胶比（D.P）
1.47
0.6～1.2*
%Gmm（初始）
86.5
≤89
%Gmm（最大）
96.8
≤98
注：*表示当级配通过禁区下方，粉胶比可增加到0.8～1.6。
表10 混合料马歇尔技术指标表
混合料特性
设计结果
设计标准
沥青用量
4.36
----
试件毛体积相对密度
2.408
----
实测最大理论相对密度
2.531
----
VV（%）
4.9
4～6
VMA（%）
14.5
≥13.0
VFA（%）
66.6
60～70
稳定度MS（kN）
13.21
≥8
流值FL（mm）
3.3
2～5
浸水马歇尔残留稳定度（%）
87.2
≥85
冻融劈裂试验的残留强度比（%）
83.6
≥80
根据表9、表10，表明确定设计级配的沥青混合料特性以及马歇尔试验体积指标满足设计要求。
五、室内配合比设计结论
根据所用的集料、矿粉、沥青等原材料，按照Sup20设计标准进行室内配合比设计，得到最佳沥青用量为4.36%，设计级配的沥青混合料特性以及马歇尔试验体积指标满足设计要求。
表11 设计沥青用量及矿料比例
沥青用量（%）
矿料名称及比例（%）
1#料
2#料
3#料
4#料
矿粉
4.36
17.0
23.5
25.0
33.0
1.5
………………………………………………以下空白……………………………………………………