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水稳基层配合比设计

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2020年4月19日
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江宁区宁铜公路（禄口-铜山段）改造工程水泥稳定碎石基层

配
合
比
设
计
报
告

江苏育通交通工程咨询监理有限责任公司
11月8日
宁铜公路（禄口-铜山段）改造工程水稳配合比设计
一、概述
江宁区宁铜公路拓宽改造工程依据交通部《公路路面基层施工技术规范》（JTJ034- ）、交通部《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTJ057-94）、交通部《公路土工试验规程》（JTJ051-93）、《公路工程集料试验规程》（JTG E42- ）、《公路工程质量检验评定标准》（JTG F80- ）、《数值修约规则》（GB8170-87）、江苏省交通厅质量监督站《质量技术标准汇编》GB（ -11），监理组进行了水稳基层配合比设计工作。

二、设计依据
1、交通部《公路工程质量检验评定标准》（JTG F80- ）
2、交通部《公路工程集料试验规程》（JTG E42- ）
3、交通部《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTJ057-94）
4、交通部《公路路面基层施工技术规范》（JTJ034- ）
5、交通部《公路土工试验规程》（JTJ051-93）
6、《数值修约规则》（GB8170-87）
7、江苏省交通厅质量监督站《质量技术标准汇编》GB（ -11）
三、配合比设计
本次上面层所用集料为淳化镇采石灰岩集料，矿料为上峰孟墓厂产品，沥青为金陵实业AH-70沥青。依据要求进行了沥青和集料的各项指标试验（详见下表）。
1、 水泥：该项目选用的水泥南京三龙水泥厂天宝山牌（缓凝）P.O32.5级水泥，终凝时间大于6个小时，经检测其各项技术指标均满足有关规范的要求，能够采用。其主要技术指标试验结果见表：
水泥原材试验结果表
检验项目
检验结果
规定值
细度
3.6
<10
安定性（沸煮法）
合格
合格
初凝时间
335min
≥180min
终凝时间
380min
≥360min
抗压强度（MPa）
3d
19.8
18.0
28d

32.5
抗折强度（MPa）
3d
4.2
3.5
28d

5.5
2、 集料
根据设计要求本项目室内配合比设计中所用集料为石灰岩，由淳化镇采石场所供，矿粉为上峰孟墓厂产品，各种集料及矿粉的筛分结果见表1。各种粗集料的试验结果如表2，细集料的试验结果如表3，矿粉的试验结果如表4
该项目选用石料的产地为青龙山采石场，质地为石灰岩。三种规格分别为1#料（9.5-31.5mm）、2#料（4.75-9.5mm）、3#料（0-4.75mm），混合料级配为该三种石料组合而成。碎石集料压碎值为18.0%，针片状分别为6.7%、5.9%，石屑中小于0.6mm料其塑性指数为3.6，液限为19.8，均符合相关规范。三种集料比例为：[30：30：40]，混合料级配满足部颁《公路路面基层施工技术规范》（JTJ034- ）表3.2.2的3号级配，水泥稳定碎石的集料级配范围见表：

三、确定水泥剂量的掺配范围
水泥稳定碎石混合料的设计强度要求7d无侧限抗压强度不小于3.5Mpa，根据以往项目经验，水泥剂量按4.0、4.5、5.0、5.5四种比例配制混合料，即水泥:碎石为4.0:100、4.5:100、5.0:100、5.5:100。
四、确定各种混合料的最佳含水量和最大干密度
监理组在能估计合适剂量情况下，将剂量选用缩减至四个。对四种不同水泥剂量的混合料做标准击实试验，确定出最大干密度和最佳含水量如表：
标准击实试验结果表
配 合 比
ρdmax/g/cm3
ωo/%
备 注
水泥:碎石
4.0:100
2.290
4.7

4.5:100
2.310
4.8

5.0:100
2.350
4.9

5.5:100
2.360
5.2

五、测定混合料标准曲线及强度试验

标准EDTA滴定试验结果表
配 合 比
EDTA消耗量/mL
备 注

水泥:碎石
3.5:100
9.4

4.0:100
10.5
4.5:100
11.5
5.0:100
12.5
5.5:100
13.4
6.0:100
14.3

7天无侧限抗压强度结果表
配合比
水泥:碎石
①
②
③
④
⑤
4.0:100
4.5:100
5.0:100
5.5:100
/
抗 压 强 度
试件编号
B1
3.9
3.8
4.8
4.8
/
B2
4.2
4.2
5.1
5.0
/
B3
4.1
4.5
4.6
5.4
/
B4
3.9
4.4
5.2
5.6
/
B5
3.4
4.0
4.7
53
/
B6
3.6
4.1
4.8
4.7
/
B7
4.1
4.3
5.2
4.9
/
B8
3.8
4.2
5.5
5.0
/
B9
3.8
4.3
4.6
5.1
/
RC/Mpa
3.9
4.2
4.9
5.1
/
RC0.95/Mpa
3.6
3.9
4.5
4.7
/
S/Mpa
0.255
0.212
0.320
0.293
/
Cv/%
6.5
5.1
6.5
5.8
/
六、配合比组成设计成果
监理组经过以下方法确定水泥最佳剂量：
1、 比较强度平均值和设计要求值，根据试验结果水泥剂量为4.0%、4.5%、5.0%、5.5% 时试件强度平均值均满足不低于3.5Mpa设计值的要求。
2、 考虑到试验数据的偏差和施工中的保证率，对水泥剂量为4.0%、4.5%、5.0%、5.5%时的强度数据经过公式R≥Rd∕(1-ZaCv)验算，其强度均能满足本项目设计强度指标要求。
3、 为防止干缩性裂缝及确保强度等方面综合考虑，采用5.0%的水泥剂量。故监理组工地试验室配合比组成设计成果为：
水泥:：集料=5.0:100，混合料的最佳含水量为4.9%，最大干密度为2.350g∕cm3，施工时压实度按98%控制。
根据施工现场情况，对试验室确定的配合比进行调整因该项目采取集中厂拌法施工，故水泥剂量增加0.5%，集料的含水量不能忽略不计，应及时调整出最终的施工配合比。

表1 各种集料及矿粉的筛分结果
筛孔
集料
经过筛孔（方孔筛，mm）百分率（％）
16.0
13.2
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
1#料
100
95.1
53.3
0.2
0.2
0.2
0.2
0.2
0.2
0.2
2#料
100
100
100
85.2
43.1
21.1
1.8
0.6
0.6
0.6
3料
100
100
100
96.7
75.3
51.2
39.6
24.2
17.3
9.1
矿粉
100
100
100
100
100
100
100
98.3
91.7
83.6

表2 沥青混合料用粗集料的试验结果
材料名称
1#料
2#料
3#料
规范要求(％)
试验方法
针片状颗粒含量大于9.5mm以上（%）
7.7
__
__
不大于12
T 0312
针片状颗粒含量小于9.5mm以下（%）
__
8.2
__
不大于18
T 0312
＜0.075mm含泥量（％）
0.2
0.6
__
不大于1
T 0312
软石含量（%）
2.1（13.2~26.5）mm\2.4（4.75~13.2）mm
不大于3.0
T 0320
洛杉机磨耗值（%）
22.4
不大于28
T 0317
压碎值（％）
21.0
不大于26
T 0316

表3 沥青混合料用细集料的试验结果
材料名称
4#料
规范要求(％)
试验方法
棱角性（％）
36.3
不小于30
T 0344
砂当量（％）
75
不小于60
T 0334

表4 沥青混合料用矿粉的试验结果
材料名称
矿粉
规范要求(％)
试验方法
含水量(％)
0.24
不大于1
T0103烘干法
外观
无团结
无团粒结块
————
亲水系数
0.76
小于1
T0353

3、 AC-13F沥青混合料级配要求
本次目标配合比设计采用的级配类型为AC-13F型，参照《公路沥青路面施工技术规范》（JTJ F40- ）表5.3.2-1表5.3.2-2，设计级配如下表：

筛号
16.0
13.2
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
下限
100

90
68
38
24
15
10
7
5
4
上限
100
100
85
68
50
38
28
20
15
8

4、初选级配
依据规范（JTG F40- ）的设计要求，在选择集料级配时，根据集料的筛分结果首先初选出粗、中、细三个级配，然后根据该工程地区气候属夏炎热冬温区同时考虑高温稳定性、低温抗裂性、耐久性及水稳定性来选择油石比，分别制作马歇尔试件，得出试件的体积指标，根据体积指标初选一组满足或接近设计要求的级配作为设计级配。确定AC-13F的三种级配，分别测定三种级配按沥青用量为4.8%制作马歇尔试件。三个级配的矿料比例表、三种矿料的合成级配明细表、三种级配曲线图详见下表：

三种级配的矿料比例明细表
级配
矿料比例（%）
1#
2#
3#
矿粉
级配1
50.0
7.0
41.5
1.5
级配2
42.0
11.0
45.0
2.0
级配3
35.0
14.0
48.5
2.5

三种矿料的合成级配经过明细表
级配类型
经过下列筛孔(方孔筛,mm)的质量百分率(%)
16.0
13.2
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
级配1
100.0
97.9
77.1
48.0
36.2
23.9
18.4
11.9
8.6
5.4
级配2
100.0
98.2
80.8
55.1
41.0
27.0
20.3
13.3
9.6
6.2
级配3
100.0
98.5
84.0
61.4
45.5
29.8
22.3
14.7
10.7
6.9

三种级配曲线图

5、试验级配评价
参照以往沥青砼路面上面层AC-13F目标配合比的工程应用情况，选择沥青用量4.8%作为三种试级配的沥青用量，双面各击实75次成型马歇尔试件。马歇尔试验结果汇总见下表：
体积指标
级配
沥青用量(%)
毛体积
相对密度
最大理论
相对密度
空隙率(%)
VMA(%)
饱和度(%)
级配1
4.8
2.388
2.507
4.8
15.0
68.2
级配2
4.8
2.405
2.506
4.0
14.2
71.8
级配3
4.8
2.414
2.505
3.6
13.9
73.8
技术要求
\
\
\
3~6
不小于13.0
65~75
能够看出级配1、级配2和级配3体积指标均满足要求，根据经验本次设计选择级配2为设计级配。

6、马歇尔稳定度试验
按设计矿料比例配料，采用五种沥青用量进行马歇尔稳定度试验，试验结果见下表：
AC-13F设计级配马歇尔稳定度试验结果
级配 类型
沥青用量(%)
稳定度(kN)
流值(0.1mm)
空隙率(%)
VMA(%)
饱和度(%)
毛体积相对密度
实测理论相对密度
AC-13F
4.0
10.26
24.1
6.2
14.4
57.3
2.380
2.536
4.5
11.40
28.9
4.8
14.3
66.4
2.396
2.517
5.0
10.95
32.5
3.7
14.4
74.6
2.407
2.498
5.5
10.37
36.0
2.6
14.5
824
2.417
2.480
6.0
9.33
39.3
1.9
15.0
87.0
2.414
2.462
要求
不小于8.0
15~40
3.0~6.0
不小于13.0
65~75
\
\

7、最佳油石比的确定
据马歇尔稳定度试验结果，分别绘制稳定度、流值、空隙率、饱和度与油石比的关系曲线，从曲线上找出相应与最大密度、最大稳定度、空隙率范围中值及沥青饱和度中值对应的四个油石比，求出四者的平均值作为最佳油石比初始值OAC1，但如果对选择试验的油石比范围，密度或稳定度没有出现峰值，可直接以目标空隙率所对应的油石比作为OAC1；作图求出能满足沥青砼各项指标要求的油石比范围（OACmax，OACmin），该范围的中值为OAC2，如果最佳油石比的初始值OAC1在OACmax和OACmin之间，则认为设计结果是可行的，可取OAC1与OAC2的中值作为目标配合比的最佳油石比OAC，并结合南京的气候特点和实际情况论证地取用，最终得出最佳油石比。
由作图法可知相应与最大密度、最大稳定度、空隙率中值、沥青饱和度范围的中值对应的最佳含油量，它们分别为5.5%,4.5%、4.65%、4.75%。其中值为最佳用油量初始值OAC1=4.85%,用图解法分析,求得允许沥青用量范围为4.4%～5.05%。其中值为4.72％。计算出最佳用油量为4.78%，最终确定最佳沥青用量4.8%，油石比5.0%。目标配合比为1#料：2#料：3#料：矿粉：油石比=42：11：45：2：5.0。

四、生产配合比的设计
（一）材料情况
本次AC-13F生产配合比设计所用集料，瓜子片、米砂、石屑均为淳化镇采石厂所供，矿粉为上峰孟墓厂产品，各种集料及矿粉的密度试验见表1：
表1 集料及矿粉的密度试验结果
材料名称
表观相对密度
毛体积相对密度
3#仓
2.727
2.680
2#仓
2.716
2.666
1#仓
2.716
2.647
矿粉
2.682
-------

（二）矿料级配组成计算
依据《公路沥青路面施工技术规范》的规定，参照附表，我们做了热料配合比计算各种热料仓的矿料用量如下：
热料仓
1#仓
2#仓
3#仓
矿粉
用量比例（%）
42
14
42
2

热料仓筛分结果
集料
类型
经过筛孔（方孔筛，mm）百分率（％）
16.0
13.2
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
3#仓料
100
96.5
54.2
0.9
0.2
0.2
0.2
0.2
0.2
0.2
2#仓料
100
100
100
85.7
26.9
1.3
0.7
0.7
0.7
0.7
1#仓料
100
100
100
100
84.2
55.1
37.4
25.1
17.3
9.3
矿粉
100
100
100
100
100
100
100
98.3
91.7
83.6

矿料的合成级配
级配
类型
经过筛孔（方孔筛，mm）百分率（％）
16
13.2
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
AC-13F
100.0
98.5
80.8
56.4
41.2
25.4
17.9
12.7
9.3
5.8
AC-13F
100

90-100
68-85
38-68
24-50
15-38
10-28
7-20
5-15
4-8

五、生产配合比的验证
依据《公路沥青路面施工技术规范》的有关要求，监理组在设计过程中依据目标配合比所确定的最佳用油量4.8%用拌和楼拌和做马歇尔试验，结果如下：
沥青用量
（%）
密度
（g/cm3）
理论密度
（g/cm3）
空隙率
（%）
VMA
（％)
VFA
（％)
稳定度
（KN）
流值
（0.1mm）
4.8
2.413
2.512
3.9
13.8
72.1
13.04
33.6
要求
——
——
3—6
≥13
65—75
≥8.0
15—40

由以上结果可知，沥青用量为4.8%时的各项物性指标均符合规范要求，因此确定4.8%为最佳沥青用量。
最佳沥青用量下沥青混合料的性能检验
根据设计油石比及级配进行浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验，来检验设计沥青混合料的水稳定性能，试验结果见下表：
浸水马歇尔稳定度试验结果
混合料类型
浸水30min马歇尔稳定度（KN）
浸水48h马歇尔稳定度（KN）
残留稳定度（%）
要求
沥青用量（%）
AC-13F
13.04
11.72
89.9
≥80%
4.8

冻融劈裂及车辙试验
冻融劈裂试验结果
TSR（%）
要求
91.7
≥75
车辙试验结果
动力稳定度（次/mm）
要求
1023
≥1000

六、AC-13F沥青混合料的设计结论
经过以上设计级配的体积分析和马歇尔稳定度试验， 江宁区X030湖熟绕镇段养护改进工程上面层AC-13F型沥青混合料生产配合比设计结果如下：

混合料类型
下列各种矿料所占比例(％)
沥青用量（％）
3仓
2仓
1仓
矿粉
AC-13F
42
14
42
2
4.8

江宁区X030湖熟绕镇段养护改进工程
江苏育通监理公司驻地监理组

附件目录
1. AC-16F目标配合比设计报告----------------------------------------01
2. 沥青试验报告------------------------------------------------------------10
3. 沥青路面集料试验报告------------------------------------------------13
4. 目标配合比原材料试验报告-----------------------------------------13
5. 生产配合比试验报告--------------------------------------------------13