布敦岩沥青Superpave-25下面层沥青混凝土目标配合比设计介绍.pdf

2 0 1 2年 1 2月 石 油 沥 青P E T R O L E U M A S P H A L T 第 2 6 卷第 6期 布敦岩沥青 S u p e r p a v e一 2 5 下面层沥青混凝土 目标配合 比设计介绍 庄均江，巩 宁，杨更伏 (中交北方工程有限公司，北京1 0 0 0 2 4 ) 摘要：介绍了布敦岩沥青 S u p e r p a v e 一 2 5下面层沥青混凝土 目标配合比设计的原材料试 验、初拟级配设计、试拌沥青含量的确定、试件制备与级配评价、最佳沥青用量设计，经高 温性能、水稳性能等试验项目 检验， 使用布敦岩沥青能提高沥青混合料的高温稳定性。 关键词：布敦岩沥青S u p e r p a v e 一 2 5沥青混凝土下面层 目 标配合比设计 1 工程概况 长深线青州至临沭高速公路是国家高速公路 网 “ 7 9 1 8 ”网 “ 纵 3 ”长春至深圳高速 公路 中 的一段。第一合 同段起止桩号 K 0+0 0 0～K 7+ 2 5 0 ，路线全长 7 ． 2 5 k m。上 、中 、下柔性基层 共计 8 5 ． 4 X 1 0 m 沥青混凝土 ，下面层为1 ． 9 1 0 m ，施工单位一合同车辆交通量大、重载 多，根据业主要求下面层使用印度尼西亚产的布 敦岩沥青 ，提高沥青混凝土路面的重承载能力。 2 原材料 用 B R A作为改性沥青混合料高温性能的改 性剂； 采用韩 国 S K一7 0 # 基质沥青， 根据 J T J o 5 2 --2 o o o ( 公路工程沥青与沥青混合料试验规 程》 测试指标， 粗集料、 细集料、 填料等试验根 据 J T G E 4 2 --2 0 0 5 ( 公路工程集料试验规程》 L 2 试 验， 各项技术指标均符合 J 1 G F 4 0 --2 0 0 4 ( 公路沥 青路面施工技术规范》 的技术要求。各种原材 料筛分结果及工程级配要求见表 1 。 表1 各种原材料筛分结果及工程级配要求 ％ 收稿 日期 ：2 0 1 2—1 0—2 6 作者简介： 庄均江，男，1 9 6 7年5 月出生，长沙理工大学毕业，本科，工程师。 第 6期 庄均江等．布敦岩沥青 S u p e r p a v e一 2 5 下面层沥青混凝土目标配合比设计介绍 6 1 3级配设计 3 ． 1 级配设计要求 设计的布敦岩改性沥青混合料为青临高速公 路沥青面层的下面层，集料公称粒径 2 6 ． 5 m r n ， 工程提供的集料最大粒径为 3 1 ． 5 n l lT l ，按照 S u — p e r p a v e一 2 5进行设计。相应 的控制点 和限制 区 见表 2和表 3 。 表 2 S u p e x p a v e 一2 5设计集料级配的控制点 表 3 S u p e r p a v e 一2 5设计集料级配的 限制 区界限 3 ． 2 初始级配拟定 在控制点以内限制区以外 ，拟定三条级配曲 线，使之分别处于控制点范围的上、中、下位 置 ， 对相对密度参数进行汇总，见表 4 。 3 ． 3 试拌沥青含量的确定 试拌沥青含量的确定根据参考文献[ 】 高性 能沥青路面 ( S u p e r p a v e )基础参考手册。 级配 l ： P b j =1 ． 0 3 1( 0 ． 0 7 9 8+0 ． 0 1 0 8 ) ／ { 1 ． 0 3 1 X( 0 ． 0 7 9 8+0 ． 0 1 0 8 )+2 ． 2 7 4}1 0 0= 3 ． 9％ 级配 2 ： P K=1 ． 0 3 1( 0 ． 0 7 9 8+0 ． 0 1 0 8 ) ／ { 1 ． 0 3 1 ( 0 ． 0 7 9 8+ 0 ． 0 1 0 8 ) + 2 ． 2 7 4 } X 1 0 0= 3 ． 9 ％ 级配 3 ： P b i =1 ． 0 3 1( 0 ． 0 7 9 8+0 ． 0 1 0 5 ) ／ { 1 ． O 3 l X( 0 ． 0 7 9 8 + 0 ． 0 1 0 5 )+ 2 ． 2 7 4 } 1 0 0= 3 ． 9 ％ 表 4 初拟合成级配的相对密度参数 考虑到类似工程的经验，初始沥青含量分别 按照级配 l 、级配 2和级配 3为 3 ． 9 ％进行制件。 3 ． 4 试件制备与级配评价 3 ． 4 ． 1 试件制备 根据上述确定的沥青含量， 用旋转压实仪制 件 ，压实次数 1 0 0次 ，每个级配制两个试件 ；同 时拌制各级配的沥青混合料进行理论最大密度的 测试。沥青混合料拌和温度 1 7 0～ 1 7 5℃，压实 温度 1 5 5℃ 2℃。 3 ． 4 ． 2 级配评价 1)不同压实高度的数据分析 各级配在初始、设计压实次数时试件的毛体 积相对密度与理论最大相对密度的比值结果汇 总，见表 5 。 表 5 毛体积相对密度与理论最大相对密度的比值 2 )设计压实次数下体积指标的计算 在设计压实次数时空隙率和矿料间隙率的计 算， 见表6 。 表 6设计压实次数时空隙率和矿料 间隙率 3 ． 4 ． 3 体积指标分析与预估 1 )预估的沥青含量计算 级配 1 ：P 预 估=3 ． 9— 0 ． 4 ( 4 ． 0— 4 ． 3 ) = 4 ． 0 ％ 级配 2 ：P 预 估= 3 ． 9— 0 ． 4 ( 4 ． 0—4 ． 5 ) = 4． 1 ％ 级配 3 ：P 预 估= 3 ． 9— 0 ． 4 X ( 4 ． 0—4 ． 7 ) = 4． 2 ％ 2 )设计压实次数下预估的矿料间隙率计算 S u p e r p a v e 的经验公式法： 级配 1 ：V M A 预 估 = 1 2 ． 8+0 ． 2 ( 4 ． 0一 6 2 石 油 沥 青 2 0 1 2年第2 6卷 4． 3) = 1 2 ． 2％ 级配 2 ：V M A 预 估 = 1 3 ． 0+0 ． 2 ( 4 ． 0— 4 ． 5 1 =1 2 ． 9 ％ 级配 3 ：V M A 预 估= 1 3 ． 2+0 ． 2 ( 4 ． 0— 4 ． 7 1 =1 3 ． 1％ 3 )预估初始压实次数下的压实特性 按公式进行计算：％Y m m预估@N 初 始= ％ Y mm初始@N 一 ( 4一w ) 级配 1 ： ％Y m m预估@N 初 始= 8 3 ． 7 一 ( 4 ． 0— 4 ． 3 ) = 8 4 ． 0 ％． 级配2 ： ％Y m m预估@N 初 始= 8 3 ． 7 一 ( 4 ． 0— 4 ． 51 =8 4 ． 2 ％ 级配 3 ： ％Y m m预估@N 初 始= 8 3 ． 4一 ( 4 ． 0— 4 ． 71 =8 4 ． 1 ％ 4 )V F A的预估 沥青饱和度 V F A的计算与矿料间隙率 V M A 有关 ，按照 S u p e r p a v e 的结果计算 V F A。 V F A 预 估=1 0 0 ％ X ( V MA m ~ ~ ． 一 4 ． 0 )／ V MA m 级 配 1 ：V F A 预 估=1 0 0 ％ ( 1 2 ． 2—4)／ 1 2． 2 =6 7 ． 2 ％ 级配 2 ： 预 估 =1 0 0 ％ ( 1 2 ． 9—4)／ l 2 ． 9=6 9 ． 0％ 级配 3 ：V F A 预 估=1 0 0 ％ ( 1 3 ． 1 — 4 )／ l 3．1=6 9 ． 5 ％ 3 ． 4 ． 4 有效沥青含量与粉胶 比 1 )有效沥青含量的计算 级配 1 ：P b e =一1 ． 0 3 1 9 6 ( 1 ／ 2 ． 6 6一l ／ 2 ． 6 9 4 、 + 4 ． 0=3 ． 5 3 级配 2 ：P b e =一1 ． 0 3 1 9 5 ． 9 ( 1 ／ 2 ． 6 6 1— 1 ／ 2 ． 6 9 5) +4 ． 1=3 ． 6 3 级配 3 ：P b 。 =一I ． 0 3 1 X 9 5 ． 8 ( I ／ 2 ． 6 6 2— 1 ／ 2 ． 6 9 5 +4 ． 2=3 ． 7 5 2 )粉胶 比的计算按照下式进行： D． P．=P0 ．0 7 5／Pb e 级配 3 ：D ． P ．= 4 ． 1 ／ 3 ． 7 5=1 ． 0 9 级配 2 ：D ． P ．： 4 ． 2 ／ 3 ． 6 3 =1 ． 1 6 级配 1 ：D ． P ．： 4 ． 3 ／ 3 ． 5 3 =1 ． 2 2 3 ． 5 混合料体积特性、压实特性比较 混合料的体积特性、压实特性比较与级配选 择见表 7和表 8 。 表 7 各级 配混合料的体 积特性 表 8 混合料压实特性的比较 根据表 7和表 8试验结果 ，选择 3号级配。 4 最佳沥青用量设计 4 ． 1 沥青含量拟定 初拟4个沥青含量：估算的沥青含量、 估算 的沥青含量 0 ． 5 ％以及估算的沥青含量 + I ％。每个沥青含量至少各压实两个试件，同时 制备两个试件以确定估算沥青含量时的理论最大 相对密度。 沥青混合料的压实体积特性与物理特性见表 9 。根据表9可知级配 3的预估的最佳沥青含量 为4 ． 2 ％，则其余四个沥青含量分别是 3 ． 7 ％、 4 ． 7 ％和5 ． 2 ％，每个沥青含量制备两个试件。 4 ． 2 压实结果与最佳沥青含量确定 对制备的试件进行毛体积相对密度 的测试 ， 并计算试件不同高度时毛体积相对密度与理论最 大相对密度的比值，理论最大相对密度只进行 了 沥青含量为3 ． 9 ％的混合料的测试，据其可反算 得到矿料的有效相对密度，然后再通过计算得到 其余沥青含量的混合料理论最大相对密度。 3 号级配在不同沥青含量下，沥青混合料的 压实体积特性与物理特性见表9 。 根据表 9试验结果绘制对应的曲线图可以推 算空隙率为 4 ％时的沥青含量为 3 ． 9 ％，该沥青 含量下沥青混合料压实试件的其它体积特性及物 理特性见表 1 O 。 第 6期 庄均江等 ． 布敦岩沥青 S u p e r p a v e一 2 5下面层沥青混凝土目标配合比设计介绍 6 3 表l 0 设计沥青混合料 在沥 青含量为3 ． 9 ％时的 特性 4 ． 3 最大压实次数下的压实特性验证 本设计的最大压实次数为 1 6 0次，压实两个 试件，压实后进行毛体积相对密度的测定与计 算，数据和结果见表 l l ，需要说明的是制件按 照 3 ． 9 ％的沥青含量进行 ，该混合料 的理论最大 相对密度为按照3 ． 9 ％的混合料的实测结果推算 而来，其值为 2 ． 5 3 3 。 表 l 1 最大压实次数下 混合料 的压实特性 S u p e r p a v e 规定最大压实次数时，试件的毛 体积相对密度小于理论最大相对密度的 9 8 ％， 即最大压实次数下压实后试件的空隙率不小于 2 ． O ％ ，由表 l 1 可知，两个试件 的空隙率均值为 2 ． 3 ％，满足标准的要求。 5 高温性能检验 高温 陛能检验采用车辙试验来实现 ，车辙试 件的厚度为8 c m； 水稳性能采用冻融劈裂试验。 最佳沥青含量 ( 3 ． 9 ％)时，沥青混合料的毛体 积相对密度近似为2 ． 4 4 ，据此计算一个车辙试 件的质量。根据 J T J 0 5 2 --2 0 0 0的要求进行试验 和对结果进行处理。动稳定度的结果见表 l 2 。 表l 2 混合料车辙试验结果 冻融劈裂试验按照 Ⅲ 0 5 2 --2 0 0 0的规定 ， 但试件的成型依然按旋转压实的方式进行，试件 尺寸为 9 5 m m ,~ 1 5 o m m。共制备 6 个试件，其 中 3个为冻融组 ，另外 3个作为未冻融组。试验 结果见表 l 3 。由表 1 3可知 ，T S R=9 0 ． 7 ％ ，满 足 J T G F 4 0 --2 0 0 4的要求。 表 l 3冻融劈裂试 验结果 根据以上试验结果选 3号级配 ：最佳沥青用 量 3 ． 9 ％，其中基质沥青占3 ． 4 ％，布敦岩中纯 沥青占0 ． 5 ％，布敦岩矿粉的用量为 1 ． 6 ％，按 7 5 ％ 的矿 粉含 量 计 ，转化 为布 敦 岩 沥青 就 是 2 ． 0 ％。下面层布敦岩沥青 S u p e r p a v e 一 2 5目标配 比确定为：碎石( 2 0～ 3 0 m il 1 ) ： ( 1 0～ 2 0 rn ln ) ： 6 4 石 油 沥 青 2 0 1 2年第 2 6卷 ( 5～1 0 m m) ： ( 3～5 mm) ( 0～3 h i m) ： ( 布敦岩 矿粉) ： 矿粉 = 2 6 ： 2 4 ： 1 7 ： 6 ： 2 3 ： 1 ． 6 ： 2 ． 4 。 6结论 印尼布敦岩沥青作为改性剂掺入沥青混合料 中可以提高混合料的高温稳定性，增强路面的耐 久性。提高了沥青与集料的粘附性，使得沥青混 合料的水稳定性、低温抗裂性能增强。掺加印尼 布敦岩沥青的沥青混凝土节约资金 1 2 0多万元， 成本明显低于其他同类产品，又提高了沥青路面 的重承载能力 ，节省了工程造价。 参考文献 [ 1 ]J T J 0 5 2 --2 0 0 0 ，公路工程沥青与沥青混合料试验规 程 ． [ 2 ]J T G F A2 --2 0 0 5 ，公路工程集料试验规程． [ 3 ]J T G F 4 0 --2 0 0 4 ，公路沥青路面施工技术规范． [ 4 ]贾渝，曹荣吉，李本京 [ 编译]．高性能沥青路面 ( S u p e r p a v e )基础参考手册 ．江苏省交通科 学研究 院 ． I n t r o d u c t i o n o f Ta r g e t M i x t u r e Pr o p o r t i o n De s i g n o f Be l o w La y e r As p h a l t Co n c r e t e o f Bu t o n Ro c k As p h a l t o f S u p e r p a v e一2 5 Z h u a n g J u n j i a n g ， G o n g N i n g ， Y a n g G e n g f u ( C h i n a T r a n s p o r t a t i o n N o rt h E n g i n e e r i n g C o ． ， d ． ， B e ij i n g 1 0 0 0 2 4 ； ) Ab s t r a c t ：Th i s pa p e r d e s i c r i b e d t h e t a r g e t mi x t u r e p r o p o r t i o n d e s i g n o f b e l o w l a y e r a s p h a l t c o n c r e t e o f B u t o n r o c k a s p h a l t o f S u p e r p a v e一2 5，i n c l u d e d t h e t e s t o f r a w ma t e ri a l s ， d r a f t i n g g r a d i n g d e s i gn ， t ri a l mi x a s - p h a l t c o n t e n t ，t e s t p r e p a r a t i o n ，gra d i n g e v a l u a t i o n a n d t h e o p t i mu m a s p h a l t c o n t e n t d e s i gn ．T h r o u g h h i g h— t e mp e r a t ur e p r e f o r ma n c e t e s t a nd wa t e r s t a b i l i t y t e s t e c t ．．Bu t o n r o c k a s ph a l t c o u l d i mp r o v e t h e hi g h—t e mp e r — a t u r e s t a b i l i t y o f a s p ha l t mi x t u r e ． Ke y wo r d s ：Bu t o n r o c k a s p h a l t； a s p h a l t c o n c r e t e o f S u p e r p a v e一2 5 ；b e l o w l a y e r ；tar g e t mi x t u r e p r o p o r — t i o n d e s i gn 短讯 浙江省绍兴市首次应用 泡沫沥青冷再生技术 2 0 1 2年9月 1 2日，S 1 0 3省道杭州至金华公路诸暨 段进行大修，此次大修采用泡沫沥青冷再生技术 ，在浙 江省绍兴市尚属首次应用。泡沫沥青冷再生是一种修复 公路的新材料和新技术，它将原有路面结构铣刨、破碎 后，根据需要添加少量新料，不需加热，在常温下与泡 沫沥青一次性拌和、压实成型后，成为路面柔性基层。 该技术具有工序简单、路面抗疲劳性能好、不损坏路基 等优点，铣刨下来的旧沥青混合料可 1 0 0 ％再生循环利 用，解决了旧料处置问题，可以有效节约资源，减少环 境污染。泡沫沥青冷再生技术可以节省工程成本2 0 ％以 上，缩短施工工期三分之一。 江西省上饶市积极推广使用 沥青复原剂新技术 江西省上饶市信州公路分局注重沥青路面预防性养 护工作，积极推广使用沥青复原剂新技术，覆盖率达 2 0 ％以上。该局在采用预防性养护工作中，结合以往的 刷油加砂技术 ，在 3 2 0国道、2 0 1省道主干线上用沥青 复原剂新技术养护近 1 5 k m，该技术操作简单 方便且成 本较低，具有预防效果较好等优点，将成为公路沥青路 面预防性养护的主要方式。 ( 中石化沥青情报站供稿)