热拌沥青混合料配合比设计方法doc.docx

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热拌沥青混合料配合比设计方法doc

热拌沥青混合料配合比设计方法

1.  前言

1.1 本设计方法适用于添加PRPLASTS的密级配沥青混凝土，设计方法为马歇尔配合比设计法。

1.2 添加PRPLASTS的热拌沥青混合料配合比设计应通过目标配合比设计、生产配合比设计以及生产配合比验证三个阶段，确定沥青混合料的品种及配比、矿料级配、最佳沥青用量。

PRPLASTS的用量均采用占矿质混合料（矿料）总质量的百分比表示，为外掺法。

1.3 文中未涉及的地方应按照JTGF40-2004《路沥青路面施工技术规范》中的有关内容执行。

2. 确定工程级配范围

2.1 沥青路面工程的混合料设计级配范围由工程设计文件或招标文件规定，密级配沥青混合料的设计级配宜在JTGF40-20045.3.2规定的级配范围内，根据公路等级、工程性质、气候条件、交通条件、材料品种，通过对条件大体相当的工程的使用情况进行调查研究后调整确定，必要时允许超出规范级配范围。

经确定的工程设计级配范围是配合比设计的依据，不得随意变更。

2.2 调整工程设计级配范围宜遵循下列原则。

2.2.1首先按JTGF40-2004中表5.3.2-2确定采用粗型（C型）或细型（F型）的混合料。

对夏季温度高、高温持续时间长，重载交通多的路段，宜选用粗型密级配沥青混合料（AC-C型），并取较高的设计空隙率。

对冬季温度低、且低温持续时间长的地区，或者重载交通较少的路段，宜选用细型密级配沥青混合料（AC-F型），并取较低的设计空隙率。

2.2.2为确保高温抗车辙能力，同时兼顾低温抗裂性能的需要。

配合比设计时宜减少公称最大粒径附近的粗集料用量，减少0.6mm以下部分细粉的用量，使中等粒径集料较多，形成S型级配曲线，并取中等或偏高水平的设计空隙率。

2.2.3确定各层的工程设计级配范围时应考虑不同层位的功能需要，经组合设计的沥青路面应能满足耐久、稳定、密水、抗滑等要求。

2.2.4根据公路等级和施工设备的控制水平，确定的工程设计级配范围应比规范级配范围窄，其中4.75mm和2.36mm通过率的上下限差值宜小于12％。

2.2.5沥青混合料的配合比设计应充分考虑施工性能，使沥青混合料容易摊铺和压实，避免造成严重的离析。

3. 材料选择与准备

3.1配合比设计的各种矿料必须按现行《公路工程集料试验规程》规定的方法，从工程实际使用的材料中取代表性样品。

进行生产配合比设计时，取样至少应在干拌5次以后进行。

3.2配合比设计所用的各种材料必须符合气候和交通条件的需要。

其质量应符合JTGF40-2004第4章规定的技术要求。

当单一规格的集料某项指标不合格，但不同粒径规格的材料按级配组成的集料混合料指标能符合规范要求时，允许使用。

4.  矿料配合比设计

4.1高速公路和一级公路沥青路面矿料配合比设计宜借助电子计算机的电子表格用试配法进行。

其他等级公路沥青路面也可参照进行。

4.2矿料级配曲线按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》T0725的方法绘制。

4.3对高速公路和一级公路，宜在工程设计级配范围内计算1～3组粗细不同的配比，绘制设计级配曲线，分别位于工程设计级配范围的上方、中值及下方。

设计合成级配不得有太多的锯齿形交错，且在0.3mm～0.6mm范围内不出现“驼峰”。

当反复调整不能满意时，宜更换材料设计。

4.4根据当地的实践经验选择适宜的沥青用量，分别制作几组级配的马歇尔试件，测定VMA，初选一组满足或接近设计要求的级配作为设计级配。

5.  马歇尔试验

5.1添加PRPLASTS的沥青混合料成型温度应比普通沥青混合料成型温度提高10℃-20℃，因此矿料加热温度以及混合料拌和温度都应适当提高。

表5-1为普通热拌沥青混合料的制作温度要求。

表5-1   普通热拌沥青混合料试件的制作温度要求（℃）

项   目

石油沥青的标号

50号

70号

90号

110号

130号

沥青加热温度

160－170

155－165

150－160

145－155

140－150

矿料加热温度

集料加热温度比沥青温度高10～30（填料不加热）

混合料拌和温度

150－170

145－165

140－160

135－155

130－150

成型温度

140－160

135－155

130－150

125－145

120－140

5.2添加PRPLASTS的沥青混合料拌和工艺

添加PRPLASTS的沥青混合料拌和工艺相当简单，与普通沥青混合料的拌和工艺基本相同。

实验室拌和时，将称好的PRPLASTS与集料一同放入拌和锅内干拌15秒左右，然后再加入沥青湿拌45秒左右，最后加入矿粉拌和至均匀为止。

总拌和时间控制在3分钟左右。

图5-2PR.PLAST.S混合料拌和工艺流程图

5.3按式（5-1）计算矿料混合料的合成毛体积相对密度γsb，

                                                  （5-1）

式中：

P1、P2、……Pn为各种矿料成分的配比，其和为100；γ1、γ2、……γn为各种矿料相应的毛体积相对密度，粗集料按T0304方法测定，机制砂及石屑可按T0330方法测定，也可以用筛出的2.36mm～4.75mm部分的毛体积相对密度代替，矿粉（含消石灰、水泥）以表观相对密度代替。

5.4按式（5-2）计算矿料混合料的合成表观相对密

                                            （5-2）

式中：

P1、P2、…Pn为各种矿料成分的配比，其和为100,

为各种矿料按试验规程方法测定的表观相对密度。

5.5确定矿料的有效相对密度

由于PRPLAST.S属于有机聚合物，密度为0.910g/cm3～0.965g/cm3小于水，因此其颗粒常常漂浮在水面上，建议借鉴普通沥青混合料最大理论密度计算方法，采用矿料有效密度反算PRPLAST.S沥青混合料混合料最大理论密度。

根据预估的最佳油石比/沥青用量拌和4组不添加PRPLAST.S的沥青混合料，采用真空实测最大相对密度，取平均值。

然后由式（5-3）反算合成矿料的有效相对密度。

拌和温度应同添加PRPLAST.S的沥青混合料拌和温度保持一致。

相同原材料组成的普通沥青混合料最佳油石比增加0.1％～0.2％即可作为加PRPLAST.S混合料的最佳油石比。

或者   

                             （5-3）

式中：

γse¾¾合成矿料的有效相对密度；

Pa¾¾试验采用的油石比（占矿质混合料料总量的百分数），（％）；

Pb¾¾试验采用的沥青用量（占混合料总量的百分数），（％）；

γt¾¾试验沥青用量条件下实测得到的最大相对密度，无量纲；

γb——沥青的相对密度（25℃/25℃），无量纲。

5.6确定马歇尔试验5个油石比

以预估的油石比为中值，按一定间隔（对密级配沥青混合料通常为0.5%），取5个或5个以上不同的油石比分别成型马歇尔试件。

每一组试件的试样数按现行试验规程的要求确定，对粒径较大的沥青混合料，宜增加试件数量。

注：

5个不同油石比不一定选整数，例如添加0.4％PRPLASTS的AC-16F沥青混凝土预估油石比4.4％，可选3.4％、4.9％、4.4％、4.9％、5.4％等。

5.7  测定马歇尔试件的毛体积相对密度

采用表干法测定马歇尔试件的毛体积密度。

5.8确定添加PRPLASTS沥青混合料的最大理论密度

根据5.5算出的矿料有效相对密度γse，带入（5-4）式即可算出不同油石比/沥青用量条件下的矿料有效相对密度γti。

或  

         （5-4）

式中：

γti——相对于计算沥青用量Pbi时沥青混合料的最大理论相对密度，无量纲；

Pai——所计算的沥青混合料中的油石比，％；

Pbi——所计算的沥青混合料的沥青用量，％；

Psi――所计算的沥青混合料的矿料含量，Psi＝100－Pbi，％；

γse——矿料的有效相对密度，按式（5-3）计算，无量纲；

γb——沥青的相对密度（25℃/25℃），无量纲；

add——PRPLASTS占矿质混合料总质量的百分比，％；

γadd——PRPLASTS的相对密度，无量纲。

应用实例

已知PRPLASTS为矿质混合料总量的0.4％（外掺法），密度约为0.938g/cm3，矿料有效密度γse为2.710g/cm3，沥青密度为1.018g/cm3，求油石比为3.4％，3.9％，4.5％，4.9％，5.4％的最大理论密度γt1，γt2，γt3，γt4，γt5。

解：

将参数带入式（5-4）

  ＝2.552（g/cm3）

或者采用沥青用量计算

  ＝2.552（g/cm3）

同理可得γt2=2.534g/cm3；γt2=2.513g/cm3；γt2=2.499g/cm3；γt2=2.482g/cm3。

5.9确定VV、VMA和VFA

按式（5-5）、（5-6）、（5-7）计算沥青混合料试件的空隙率、矿料间隙率VMA、有效沥青的饱和度VFA等体积指标，取1位小数，进行体积组成分析。

式中：

VV——试件的空隙率，％；

      VMA——试件的矿料间隙率，％；

      VFA——试件的有效沥青饱和度（有效沥青含量占VMA的体积比例），％；

γf——按5.6测定的试件的毛体积相对密度，无量纲；

γt——沥青混合料的最大理论相对密度，按5.7的方法计算得到，无量纲；

      Ps——各种矿料占沥青混合料总质量的百分率之和，即Ps=100-Pb，％；

γsb——矿料混合料的合成毛体积相对密度，按式（5-1）计算。

6.  确定最佳沥青用量

6.1确定OAC

根据实际使用经验，一般情况下，随着油石比/沥青用量的增加，添加PRPLASTS的沥青混合料的马歇尔稳定度逐渐降低，因此在所选择的沥青用量范围内，马歇尔稳定度不出现峰值，所以直接以目标空隙率所对应的油石比/沥青用量a3作为OAC1，但OAC1必须介于OACmin～OACmax的范围内。

否则应重新进行配合比设计。

以各项指标均符合技术标准（不含VMA）的沥青用量范围OACmin～OACmax的中值作为OAC2。

OAC2=（OACmin十OACmax）/2                                                                     （5-8）

通常情况下取OAC1及OAC2的中值作为计算的最佳沥青用量OAC。

OAC=（OAC1十OAC2）/2                                                                               （5-9）

按式5-9计算的最佳油石比OAC，从图B.6.1中得出所对应的空隙率和VMA值，检验是否能满足JTGF40-2004表5.3.4或表5.3.5关于最小VMA值的要求。

OAC宜位于VMA凹形曲线最小值的贫油一侧。

6.2调整最佳沥青用量OAC

综合考虑实践经验和公路等级、气候条件、交通情况以及PRPLASTS特点，调整确定最佳沥青用量OAC。

应用实例

添加0.4%PRPLASTS沥青混凝土AC-16F，马歇尔试验指标如表6-1所示。

设计空隙率为4%-5%，试求OAC。

表6-1马歇尔试验指标

油石比

毛体积密度

稳定度

空隙率

流值

VMA

VFA

3.30

2.311

21.41

9.38

1.38

16.31

42.50

3.80

2.367

17.94

6.52

1.73

14.70

55.65

4.30

2.399

16.20

4.57

2.13

13.95

67.26

4.80

2.434

16.01

2.49

2.26

13.10

81.00

5.30

2.436

14.23

1.50

2.74

13.36

88.76

5.80

2.439

13.81

1.10

3.29

13.68

91.94

图6-1马歇尔试验结果

从图6-1可以看出，马歇尔稳定度值没有出现峰值，因此选空隙率中值4.5%对应的油石比a3作为OAC1,OAC1=4.4%。

从图中可以求出OACmin=4.2%,OACmax＝4.5%，OAC2＝4.35%。

所以OAC＝1/2（4.4+4.35）≈4.4%。

经检验求得的OAC满足VMA最小要求，且处于贫油的一侧。

7. 配合比设计检验

7.1对用于高速公路和一级公路的密级配沥青混合料，需在配合比设计的基础上按本规范要求进行各种使用性能的检验，不符合要求的沥青混合料，必须更换材料或重新进行配合比设计。

其他等级公路的沥青混合料可参照执行。

值得注意的是，由于PRPLASTS属于一种新材料，不宜简单套用普通沥青混合料标准或者改性沥青混合料标准。

7.2配合比设计检验按计算确定的设计最佳沥青用量在标准条件下进行。

如按照6.2将计算的设计沥青用量调整后作为最佳沥青用量，或者改变试验条件时，各项技术要求均应适当调整，不宜照搬。

7.3水稳定性检验。

按规定的试验方法进行浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验，残留稳定度及残留强度比均必须符合JTGF40-20045.3.8-2的规定。

注：

调整沥青用量后，马歇尔试件成型可能达不到要求的空隙率条件。

当需要添加消石灰、水泥、抗剥落剂时，需重新确定最佳沥青用量后试验。

7.4低温抗裂性能检验。

对公称最大粒径等于或小于19mm的混合料，按规定方法进行低温弯曲试验，其破坏应变宜符合JTGF40-2004表5.3.8-3要求。

7.5渗水系数检验。

利用轮碾机成型的车辙板进行渗水试验检验的渗水系数宜符合JTGF40-2004表5.3.8-4要求。

8. 配合比设计报告

配合比设计报告应包括工程设计级配范围选择说明、材料品种选择与原材料质量试验结果、矿料级配、最佳沥青用量及各项体积指标、配合比设计检验结果等。

试验报告的矿料级配曲线应按规定的方法绘制。