第五章 沥青混合料配合比设计.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second Level,Third Level,Fourth Level,Fifth Level,*,*,*,四、热拌沥青混合料的配合比设计,设计目标,配制出满足基本性能要求的沥青混合料。,关键问题,1,、确定混合料性能要求,2,、各种原材料的选取,粗细骨料选择和品质要求，沥青种类,3,、各种原材料用量的确定。,设计思路,1,、确定设计混合料的类型。,依据道路等级、路面类型、结构层位,表5-11,2,、确定混合料的技术性能指标。,力学指标：,击实次数、,MS、FL、DS,耐久性指标：,VV、VFA、VMA、MS,0,、,表5-2,3、,原材料选取,沥青标号、骨料品质,表5-3、4、5、7、8、9、10,4,、骨料级配确定和设计,确定选取骨料的组配，满足级配要求。,表5-8,粗骨料、细骨料、矿粉,比例,5,、沥青混合料设计,确定最佳沥青用量，满足技术指标要求。,矿料设计、最佳沥青用量确定,（一）矿质混合料的配比设计,问题的提出,1,、骨料粒级如何配合，堆积空隙率最小？,最大堆积密度理论,2,、,不同骨料如何搭配，才能获得最大堆积密度？,矿料配合比设计方法,1,、,矿质混合料级配理论（最大密度曲线理论）,W.B.,富勒,（,Fuller,）,研究发现：,矿质混合料过筛百分率与粒径的关系曲线越接近抛物线，混合料的密实度越大，空隙率越小。,P,2,=,kd,当筛孔尺寸,d,等于集料的最大粒径,D,时，该颗粒的通过百分率,P,为,100,p=100,（,d/D,）,0.5,实际应用,：,p=100,（,d/D,）,n,，n,幂级配通式,n,通常在,0.30.7,之间,，,0.5,时为,最大密度曲线,P-d,级配曲线,P-,logd,级配曲线,已知矿料最大粒径，理论上可以推算最佳级配范围,2,、,矿质混合料的组成设计,合理组配不同集料，使混合料级配处于要求的范围之内，并尽可能逼近理想的最大密度曲线,数解法和图解法,已知条件：,（,1,）各种集料的筛分析试验结果；,（,2,）设计要求：技术规范规定或理论计算得到的矿质混合料级配范围,迫近表,5-,6的级配中值,数解法,基本原理：,（,1,）设有,A、B、C,三种集料，欲配制级配为,M,的矿质混合料，,A、B、C,在混合料中百分比分别为,X、Y、Z,，,则：,X+Y+Z=100,（2）,设集料,A、B、C,中某粒径,i,颗粒含量分别为,a,A,(i),、,a,B,(i),、,a,C,(i),，,混合料,M,相应颗粒含量为,a,M,(i),，,则：,X,a,A,(i),+,Y,a,B,(i),+,Z,a,C,(i),=,a,M,(i),（3）,假定混合料中某粒径颗粒仅由一相应的优势集料提供，其他集料不含此种颗粒，则优势集料用量可直接求出。,计算,AC-13I,型沥青混凝土的矿料配合比。,已知：,碎石、石屑和矿粉三种矿质集料，筛分析试验结果见表,1,。,沥青混凝土矿料的级配要求,计算：,（,1,）确定碎石、石屑、矿粉在矿质混合料中所占的比例。,（,2,）校核矿质混合料合成级配计算结果是否符合规范要求级配范围。,例题,1,（,1,）矿质混合料级配范围中值换算为分计筛余中值,（,2,）确定优势骨料，计算相应含量,优势骨料,1,：碎石,优势粒径为,4.75,mm，,则混合料中碎石含量：,X=aM(4.75)/aA(4.75)=21.0/49=42.1%,优势骨料,2,：矿粉,优势粒径为,0.075,mm,则混合料中矿粉含量：,Z=,aM,(,0.0.75)/aC(0.0.75)=6.0/85.3=7.0%,（3）,计算石屑在矿质混合料中的含量,Y,Y=1-X Z=50.9%,（4）,校核、计算、调整。,如何校核？原则是什么？,图解法,基本原理,（,1,）,n,幂,公式,p=100,（,d/D,）,n,中，,p,与,（,d/D,）,n,为直线关系,（2,）假设矿料为单一粒径骨料组成，则其级配曲线为直线,（,3,）各粒径骨料用量可通过首尾相连，与级配中值线的交点确定,（4,）非单一粒径各骨料用量按下述方法确定,A、,级配曲线相离，作相离点的垂直平分线。,B、,级配曲线相接，连接相接点C、,级配曲线相重叠，作垂线使之在两条级配曲线上截得的线段长度相等。,通过所作垂线与级配中值直线的交点，作水平线，在纵坐标上截得的距离为相应骨料的用量。,例题,2,、试用图解法设计某高速公路用细粒式沥青矿质混合料的配合比。,已知：,（,1,）有碎石、石屑、砂和矿粉四种矿料，各集料通过百分率列于表中。,（,2,）设计级配范围按,沥青路面施工及验收规范,沥青混凝土混合料细粒式,AC13-I,要求的级配范围和中值列于表中。,步骤,1,：,绘制图解法用图，纵坐标取,10,cm,表示通过量，横坐标取,15,cm,表示筛孔尺寸。作级配曲线中值，并确定筛孔坐标。,步骤,2,：,将碎石、石屑、砂和矿粉的级配曲线绘制于图中,步骤,3,：,确定各集料所占比例。,步骤,4,、根据图解法求得的各集料用量百分率，列表进行校核计算如表,步骤,5,、,0.3,mm,和,0.6,mm,通过量偏低，,0.075,mm,通过量偏高。,配合比调整，,碎石,X=31%,，,石屑,Y=26%,，,砂,Z=37%,，,矿粉,W=6%,步骤,6,、,将调整后合成级配绘制于规范要求级配曲线中,(二),、沥青混合料的配比设计,1,、热拌沥青混合料配比设计步骤,A、,矿质混合料的配比设计,1,）根据道路等级、路面结构和层次，选取沥青混合料类型,2,）确定合成矿料要求的级配范围。,3,）矿质混合料配合比设计。,0.075,mm、236mm,和4.75,mm,筛孔通过量尽量接近设计级配范围中值。,对交通量大的道路，级配应接近下限；,小交通量的道路应偏上限。,B、,确定最佳沥青用量,沥青用量表示：,油石比：,：,各种矿料配合比（矿料总和为 ）（,%,）,：油石比（沥青与矿料的质量比）（,%,）,沥青百分含量,%,：,：,各矿料配合比（矿料和沥青总和为 ）,：沥青含量（沥青占沥青混合料总质量百分率）（,%,）,1,）,测试试样制备：,（,1,）按矿质混合料配比确定各种集料用量,（,2,）选取间隔为,0.5%,的五个沥青掺量,2,）,测定物理指标,（,1,）表观密度,s,（2）,计算理论最大密度,（3,）计算空隙率（,VV）4）,计算沥青体积百分率（,VA）：,（5）,计算矿料间隙率（,VMA）：,（6）,计算沥青饱和度（,VFA）：,（7,）,测定力学指标,A：,马歇尔稳定度,MS,B：,流值,FL,C：,计算马歇尔模数,T,3）,马歇尔试验结果分析,（1）,绘制沥青用量与物理力学指标关系图。,（2,）,根据,稳定度、密度和空隙率,确定最佳沥青用量初始值,1,（,OAC1,）,OAC1=,（,a1+a2+a3,）,/3,（3,）,根据,符合各技术指标要求的沥青用量范围,确定沥青最佳用量初始值,2,（,OAC2,）,OAC2=,（,OAC,max,+,OAC,min,）,/2,（4）,根据,OAC1,和,OAC2,确定沥青最佳用量,OAC,OAC1,沥青用量值对应的所有沥青混合料指标满足要求时：,OAC=,（,OAC1+OAC2,）,/2,预计车辙较大,：,OAC,在,OAC2,和,OAC,min,之间选取，但不小于,OAC2,的,0.5%,寒区道路及一般道路,：,OAC,可在,OAC2,和,OAC,max,之间选取，但不大于,OAC2,的,0.3%,4,）,水稳性试验,以最佳沥青用量,OAC,进行浸水马歇尔试验。,若,OAC,与,OAC1,、,OAC2,相差较大，用,OAC,和,OAC1,或,OAC2,进行残留稳定度试验,要求：,型沥青混凝土不低于,75%,，,型沥青混凝土不低于,70%,5,抗车辙试验,以最佳沥青用量,OAC,进行动稳定度车辙试验,。,若,OAC,与,OAC1,、,OAC2,相差较大，用,OAC,和,OAC1,或,OAC2,进行试验,要求：,高速公路、城市快速路不小于,800,次,/,mm,，,一级公路、城市干路不小于,600,次,/,mm,。,例 试设计上海某高速公路沥青混泥土路面用沥青混合料的配合组成。,原始资料,1,、道路等级：高速公路,2,、路面类型；沥青混凝土,3,、结构层位：三层式沥青混凝土的上面层,4,、气候条件：最低月平均气温：,-8,5,、材料性能,（,1,）沥青材料：可供应重交通,AH-50、AH-70,和,AH-90。,（2）,矿质材料：碎石、石屑：石灰石轧制碎石，饱水抗压强度,120,Mpa，,洛杉矶磨耗率,12%,，粘附性（水煮法）：,级，视密度,2.70,t/m,3,。,砂：洁净海砂，细度模数属中砂，含泥量小于,1%,，视密度,2.65,t/m,3,。,矿粉：石灰石磨细石粉，粒度范围符合技术要求，无团粒结块，视密度,2.58,t/m,3,。,设计要求,1,、,根据道路等级、路面类型和结构层位确定沥青混凝土的矿质混合料的级配范围。根据现有的各种矿质材料筛析结果，用图解法确定各种矿质材料的配合比。,2,、根据选定的矿质混合料类型相应的沥青用量范围，进行马歇尔试验，确定最佳沥青用量。,3,、根据高速公路用沥青混合料要求，对设计的矿质混合料的级配进行调整，沥青用量按水稳性检验和抗车辙能力校核。,设计步骤,1,、,矿质混合料的配合比设计,1,）,确定沥青混合料的类型,根据原始资料，选用,AC-13,型沥青混凝土混合料。,2,）,确定矿质混合料的级配范围,依据附表确定,AC-13,型沥青混凝土的矿质混合料级配范围,3,）,矿质混合料的配比设计及校核,2,、沥青最佳用量的确定,1,）,试件成型,采用,AH-70,沥青。依据附表,AC-13,型沥青混凝土的沥青用量范围为,5.0%7.0%,，采用,0.5%,的间隔，以计算得到的矿料配比制备,5,组试件，按要求击实,75,次成型。,2,）马歇尔稳定度试验,（,1,）物理指标测定 成型后试件，,24,h,后测定其视密度、空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度等物理指标。,（,2,）力学性能测定,测定物理指标后的试件，在,60,下测定马歇尔稳定度、流值，计算马歇尔模数。试验结果列于表,（3,）,马歇尔试验结果分析,1,、绘制沥青用量与物理,-,力学指标关系图,2,、,确定沥青用量初始值,1,（,OAC1,）,OAC1=,（,6.20%+6.30%+5.60%,）,/3=6.0%,3、,确定沥青用量初始值,2,（,OAC2,）,OAC,max,=6.45%,OAC,min,=5.30%,OAC2=,（,6.45%+5.30%,）,=5.9%,4,、,综合确定最佳沥青用量,OAC,按沥青最佳用量初始值,OAC1=6.0%,检查各指标均符合要求，由,OAC1,和,OAC2,综合确定沥青最佳用量取,OAC=6.0%,。,当地属温区，考虑到高速公路可能出现车辙，再在中限值,OAC2,与下限值,OAC,min,之间选取一沥青最佳用量,OAC=5.6%,（4）,水稳定性试验,采用沥青用量为,6.0%,和,5.6%,制备试件，浸水,48,h,后测定马歇尔稳定度,（5,）,抗车辙试验,同样采用沥青用量,6.0%,和,5.6%,进行车辙试验,两种沥青混合料的动稳定度均大于,800,次,/,mm,，,符合要求。,OAC=6.0%,混合料耐久性好，,OAC=5.6%,时抗车辙能力强,