热拌热铺彩色沥青混凝土配合比方案的研究云南省质量技术监督局.docx
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热拌热铺彩色沥青混凝土配合比方案的研究云南省质量技术监督局
热拌热铺彩色沥青混凝土配合比方案的研究
云南路建集团宏程路桥工程有限公司
小组名称：
路面工程QC小组课题类型：
创新型发布人：
邹杨
一、工程概况
环湖东路建设工程师省委、省政府新困购买发展战略“一湖四环”中的环湖道路组成部分。
昆明市环湖东路技术标准为城市一级主干道，设计车速为60千米/小时，是昆明市一条重要的环滇池旅游景观道路环湖东路，位于官渡新一村与呈贡乌龙堡之间，面层采用沥青混凝土施工。
名词解释：
彩色沥青混凝土，此处指由无色胶结料替代普通沥青，添加着色剂而使之具有特定颜色的混凝土。
AC：
密级配沥青混凝土；13料：
矿料的粒径小于等于13mm：
AC-13，矿料最大粒径为13mm的密级配沥青混凝土。
马歇尔试验：
马歇尔试验是确定沥青混合料油石比的试验。
其试验过程是对标准击实的试件在规定的温度和湿度等条件下受压，测定沥青混合料的稳定度和流值等指标，经一系列计算后，分别绘制出油石比与稳定度、流值、密度、空隙率、饱和度的关系曲线，最后确定出沥青混合料的最佳油石比。
油石比:
是指沥青混凝土中沥青与矿料质量比的百分数，是沥青用量的指标之一。
用量高低直接影响路面质量，油石比大则路面容易泛油，反之则影响强度和防水效果。
二、小组简介
小组成员：
小组名称
路面工程QC小组
小组成立时间
2009年5月
课题名称
热拌热铺彩色沥青混凝土配合比方案的研究
本课题注册时间
2011年3月5日
课题类型
创新型
年度注册号
HCQC-2011-08
年度活动时间
2011年3月至12月
活动次数
15次
序号
姓名
性别
组内分工
学历
QC职务
职称
QC诊断师
1
杨大成
男
全面负责
专科
组长
助工
（初）111206-2005
2
杜春城
男
数据处理
专科
组员
工程师
2010-4-016
3
张逢冬
男
技术指导
专科
组员
工程师
4
单美燕
女
数据处理
专科
组员
工程师
（初）111206-2004
5
王超
男
技术指导
专科
组员
助工
6
何彦颍
女
资料整理
专科
组员
技术员
7
李梅华
女
课题指导
本科
组员
工程师
（中）111206-035
8
邹杨
男
发布
本科
发布
助工
小组成绩：
三、选择课题
（一）、根据业主要求非机动车道上面层由普通沥青混凝土改用热拌热铺彩色沥青混凝土铺筑，并指定由我公司施工。
（二）、通过查找资料，我们了解到在我国对于彩色沥青路面的探讨始于80年代初，但由于技术、成本等方面的因素影响，彩色沥青路面热拌热铺在我国的应用很少，如今只有上海、北京、广州等地铺设了彩色沥青路面，而且没有国家及行业规范。
（三）、云南省内，没有热拌热铺彩色沥青的先例。
而且由于地域、气候的差别，沥青的各种参数不可能完全参照其他省的经验。
（四）、我公司从3月2日任务下达到6月25日前必须完成彩色沥青混凝土摊铺。
然而，热拌热铺彩色沥青混凝土与传统的沥青混凝土施工不同，主要在于其配合比确定上，为保证彩色沥青混凝土路面的颜色、耐久性达到业主要求。
我小组需要设计出符合昆明地区使用的配合比，因此，热拌热铺彩色沥青混凝土配合比方案的研究就成为我小组本次活动的课题。
四、设定目标
（一）、目标值的确定
为满足业主对彩色沥青混凝土的要求，通过查阅资料，我小组将目标确定为：
1、满足普通沥青混凝土矿料级配、马歇尔稳定度、油石比结果的合格率应大于90﹪；
2、彩色沥青混凝土颜色鲜艳。
（二）、目标值分析
1、我公司在官南路项目、昌宏路改扩建工程路面工程北段项目等沥青混凝土的施工中，马歇尔试验技术标准符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）要求，且沥青混凝土矿料级配、马歇尔稳定度、油石比结果的合格率都大于90﹪；
2、彩色沥清混凝土的颜色要鲜艳，应掺入不同数量的着色剂，然而，只要确定出适合的生产配合比，这一点不难做到。
经过以上两点分析，我们的目标是可以实现的。
五、提出方案并确定最佳方案
沥青混凝土施工流程：
配合比确定拌合生产运输摊铺碾压
针对此次施工，我小组成员提出了以下两个备选方案：
方案
一、按常规配合比的步骤设计
二、用逐一替代原材料的方法设计
优缺点
配制的混凝土耐候性好；
试验周期长；
试验材料用量大
费用较高；
配制的混凝土耐候性待测试；
试验周期短；
试验材料用量少；
费用较低；
结论
不采用
采用
经过比选，方案二具有试验周期短，材料用量少、费用低的特点，因此，我小组决定采用逐一替代原材料的方法进行混凝土配合比的设计。
（一）、分方案细化展开
（二）、彩色沥青混凝土试制流程：
（三）、分方案比选
1、材料
（1）、彩色沥青混凝土配合比需要的材料为：
无色胶结料、着色剂、粗集料、细集料、矿粉。
主要技术参数及要求：
①、无色胶结料：
针入度（25℃，100g，5s）60～80，单位0.1mm，延度（5℃,5cm/min）≥100cm，软化点TR&B≥43℃；
②、着色剂：
颜色鲜艳、耐久，不易污染且易于施工；
③、粗集料：
石料压碎值≤30﹪，洛杉矶磨耗损失≤35﹪，表观相对密度≥2.45；
④、细集料：
表观相对密度≥2.45，细集料棱角性≤50﹪，砂当量≥50﹪。
（2）各材料的比选
①、无色胶结料
通过对道路等级、昆明特殊的气候条件以及交通条件等进行综合考虑，此次施工使用无色胶结料作为胶结料。
由于彩色沥青的拌和、施工均有别于一般沥青，目前没有国家及行业标准，因此为了选择最为适合的胶结料，项目购进了日本日京化、海川、新天丰三厂家生产的无色胶结料，并参考《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）中70#道路石油沥青的性能指标对无色胶结料聚合物进行技术评价。
检测结果如下表所示。
针入度检测
延度检测
软化点检测
三种胶结料检测结果及单价对比表
指标
单位
技术要求
检测结果
日本进口
海川
新天丰
针入度（25℃，100g，5s）
0.1mm
60～80
103.5
78.6
77.5
延度（5℃,5cm/min）不小于
Cm
100
144.7
137.0
145.7
软化点TR&B不小于
℃
43
63.3
64.7
61.9
闪点不小于
℃
260
305
297
302
溶解度不小于
﹪
99.5
96.5
99.5
93.0
单价
元/吨
45000
14000
14780
结果判定
不采用
采用
不采用
通过对检测结果进行分析，最终选定海川牌无色胶结料作为胶结料。
海川牌无色胶结料
②、着色剂
四种颜色的着色剂比选
价格（元/吨）
日本日京化
67000
46000
35000
14000
深圳海川
65000
35800
30000
10500
新天丰
43000
38000
34000
11300
颜色方案
蓝色
绿色
黄色
红色
优缺点
颜色鲜艳；
耐久性好；
不易污染；
不易施工；
颜色浓艳；
耐久性好；
易被污染；
容易施工。
颜色鲜艳；
耐久性差；
易被污染；
容易施工。
颜色鲜艳；
耐久性好；
不易污染；
容易施工。
结论
不采用
不采用
不采用
采用
选取海川生产的红色着色剂。
海川牌着色剂
③、集料
沥青混凝土集料分为：
粗集料和细焦两种
集料、填料要求符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）中对集料、填料的技术要求。
彩色沥青混合料的集料采用破碎机生产的石灰岩或玄武岩，针片状颗粒含量不大于10％，矿粉必须采用石灰岩经磨细得到矿粉。
A粗集料
应选用表面清洁、干糙、无风化、无杂质、富有棱角、质地坚硬、颗粒成立方体而少针片形的轧制碎石或人工彩色碎石，其颜色宜与路面颜色相近，热拌热铺彩色路面粗集料性能指标应符合下表要求。
可选择用的石材有产自车家壁采石场的玄武岩、一条龙采石场的石灰岩两种。
参照DB44/T420-2007，粗集料应选用各项指标符合要求并且。
非机动车道热拌热铺彩色沥青路面粗集料性能指标对比表
指标
单位
规范要求
石灰岩
玄武岩
石料压碎值
﹪
≤30
15.7
14.2
洛杉矶磨耗损失
﹪
≤35
16.3
14.0
表观相对密度
—
≥2.45
2.70
2.80
与胶结料的粘附性
—
≥3级
5
5
吸水率
﹪
≤3.0
0.42
0.52
结论
—
—
合格
合格
由上表可知，石灰岩、玄武岩各项性能指标均满足规范对粗集料的要求。
B、细集料
细集料一般采用天然砂或人工砂，在缺少砂的地区可以用石屑代替。
细集料应洁净、干燥、无风化、无杂质，有适当的颗粒级配，并且与胶结料有良好的黏结力。
细集料的洁净程度，天然砂以小于0.075mm含量的百分数表示，石屑和机制砂以砂当量（适用于0～4.75mm）表示。
热拌热铺彩色路面细集料性能指标应符合下表要求。
非机动车道热拌热铺彩色混凝土路面细集料性能指标对比表
指标
单位
规范要求
玄武岩
石灰岩
表观相对密度
—
≥2.45
2.680
2.680
细集料棱角性
﹪
≤50
38.6
40.3
砂当量
﹪
≥50
68.2
68.2
结论
—
—
合格
合格
由上表可知，石灰岩、玄武岩各项性能指标均满足规范对细集料的要求。
石灰岩、玄武岩均可用于此次施工的粗集料和细集料，进一步对两种石材进行红色着色剂的着色比选，选取颜色与着色剂颜色相近集料：
石灰岩、玄武岩着色效果及单价对比表
方案
玄武岩
石灰岩
图片
着色
深绿色，红色着色效果不佳；
灰白色，红色着色效果比较好；
单价
135元/吨
40元/吨
结论
不采用
采用
综上，选用石灰岩作为彩色沥青混凝土集料。
2、级配设计
在确定石灰岩作为集料原料后，我们需要确定矿料的级配类型，当前应用于上面层的级配类型主要有AC-10和AC-13两种。
从一条龙采石场取样，对石灰岩的各项技术指标进行测试。
利用石灰岩对两种类型的矿料级配进行比选，方案一、采用石灰岩制备AC-10沥青混凝土，方案二、采用石灰岩制备AC-13沥青混凝土。
对比两种级配类型在应用上的优缺点：
AC-10、AC-13级配类型对比表
级配类型
AC-10沥青混凝土
AC-13沥青混凝土
优缺点
集料棱角细微，抗滑能力弱；
粒径较小，容易剥落，强度较低；
沥青用量较大，成本较高。
集料棱角明显，抗滑能力强；
粒径较大，不易剥落，强度较高；
沥青用量较小，成本较低。
结论
不采用
采用
通过比选及与业主方协商，最终选定AC-13级配类型。
3、温度
根据《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）中表5.2.2-2热拌沥青混合料的施工温度（℃）对70#普通沥青混合料加工及施工温度的要求，确定拌合、摊铺、碾压的温度范围：
热拌沥青混合料的施工温度（℃）
施工工序
70#沥青
沥青加热温度
155～165
矿料加热温度（连续式拌和机）
矿料加热温度比例请温度高5～10
沥青混合料出料温度
145～165
混合料废弃温度，高于
195
混合料摊铺温度，不低于
正常施工
135
低温施工
150
开始碾压的混合料内部温度，不低于
正常施工
130
低温施工
145
碾压终了的表面温度，不低于
钢轮压路机
70
从上表可以看出，我们的拌合、摊铺、碾压的温度范围在：
175℃～70℃。
4、配合比设计
计算方案
一、着色剂不参与计算
二、着色剂参与计算
优缺点
计算相对复杂；
材料用量大，成本较高。
按照矿粉用量计算，计算简单；
原材料用量小，成本较低。
结论
不采用
采用
经过比选，选择方案二：
着色剂参与计算，按着色剂的掺配量扣减相应的矿粉用量。
（四）、从上面的比选，我们最终确定。
六、制定对策
根据选定的最佳方案及配合比流程图，编制了相应的对策表：
序号
对策
目标
措施
地点
责任人
完成
时间
（2011年）
1
材料
选取满足主要参数要求的原材料
1、购入原材料，
2、合理存放
检测公司中心实验室
单美燕
杨大成
3月7日～16日
2
级配设计
满足《AC-13沥青混凝土矿料级配范围表》各参数要求
筛分矿料后，确定矿料掺配比例
检测公司中心实验室
单美燕
张逢冬
3月18日～26日
3
温度
70℃～175℃
确定拌合、摊铺温度、碾压温度
拌合站，
环湖东路
杨大城
单美燕
3月26日～30日
4
配合比设计
确定各组成材料比例；
最佳油石比：
4﹪～6﹪
先确定标准配合比，逐一替代后，确定目标配合比
检测公司中心实验室
张逢冬
杨大成
杜春成
3月26日～30日
5
试铺
矿料级配、马歇尔稳定度、油石比结果合格率≥90﹪
确定生产配合比后，铺筑试验路段
环湖东路
王超
5月26日～6月11日
七、按对策表实施
小组根据对策表开展活动：
实施一
实施项目
实施情况
实施地点
实施人
时间
（2011年）
材料
根据上述确定的各种方案，我们按要求购入
检测公司中心实验室
单美燕
杨大成
3月7日～16日
实施效果：
1、经检查，无色胶结料（40吨/批次）、着色剂（2吨/批次）、石灰岩
（200立方米/批次）按此抽检频率进行抽检，质量均符合要求。
2、原材料验收入库后，按合理存放、分开管理、避免污染的原则由专人负责管理。
实施二
实施项目
实施情况
实施地点
实施人
时间
（2011年）
级配设计
1、测试集料各项技术指标
检测公司中心实验室
单美燕
张逢冬
3月18日～26日
2、筛分，并计算累计筛余和通过率
3、绘图
4、确定各集料掺配比例
由杨大成、单美燕负责对13料、10料及人工砂的样本进行筛分矿料，得出各种矿料累计筛余、通过率。
石灰岩制备2#、3#、4#料的各项技术指标的测试结果
项目名称
2#料
（13料）
3#料
（10料）
4#料
（人工砂）
表观相对密度（
）
2.718
2.710
2.680
毛体积相对密度（
）
2.691
2.678
2.648
石料压碎值（﹪）
15.7
洛杉矶磨耗损失（﹪）
16.3
坚固性（﹪）
6.2
7.4
砂当量（﹪）
——
68.2
矿粉的技术参数
名称
表观相对密度
亲水系数
安定性
矿粉
2.680
0.815
合格
按照《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）中给定的级配范围。
AC-13沥青混凝土矿料级配范围表
级配
类型
通过筛孔（mm）的质量百分率（%）
16
13.2
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
AC-13
100
90
～
100
68
～
85
38
～
68
24
～
50
15
～
38
10
～
28
7
～
20
5
～
15
4
～
8
通过对矿料进行筛分，用试算法计算各种矿料的掺配比例。
根据试验检测结果出具的检测报告：
LQ-PHB-SMC-01
如上图，矿料级配曲线在级配范围内，符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）的要求，从而得出石灰岩AC-13的矿料级配为：
2#料：
3#料：
4#料：
矿粉=A﹪：
B﹪：
C﹪：
D﹪
实施效果：
AC-13矿料级配比例在规范要求的范围内，可以用于指导施工
实施三
实施项目
实施情况
实施地点
实施人
时间
（2011年）
温度
1、确定拌合温度
拌合站
杨大城单美燕
3月26日～30日
2、确定摊铺温度
环湖东路
3、确定碾压温度
环湖东路
根据规范（JTGF40-2004）要求、结合实验室拌合和工地试铺的经验，我们确定拌合、摊铺、碾压温度。
实施效果：
1、拌合楼温度为170℃
2、摊铺温度应不低于135℃
3、初压温度不得低于120℃，终压温度不低70℃
实施四
实施项目
实施情况
实施地点
实施人
时间
（2011年）
配合比设计
1、标准配合比设计
检测公司中心实验室
张逢冬杨大成杜春成
3月26日～30日
2、确定着色剂掺量
3、确定目标配合比
4、耐候性测试
1、标准配合比设计:
（1）、马歇尔试验
用70#沥青制作马歇尔试件并进行马歇尔试验，按《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）确定4﹪～6﹪的油石比范围，油石比取4.0﹪、4.5﹪、5.0﹪、5.5﹪、6.0﹪5个不同的值，混合料拌温度应控制在170℃，胶结料的温度在155～165℃，石料温度不得高于195℃，每个油石比制备4个马歇尔试件，按照规范中给定的方法对试件密度、空隙率、沥青饱和度、矿料间隙率、稳定度、流值等进行了测定和计算。
混合料试验数据如下表所示。
沥青混合料试验检测数据
油石比（﹪）
密度（g/cm3）
空隙率（﹪）
矿料间隙（﹪）
饱和度（﹪）
稳定度（KN）
流值（0.1mm）
4.0
2.383
8.0
16.1
50.3
7.12
16.9
4.5
2.407
6.4
15.7
59.3
7.69
18.3
5.0
2.429
4.9
15.4
68.3
9.16
27.6
5.5
2.431
4.1
15.6
73.8
11.96
44.7
6.0
2.429
3.5
16.1
78.2
9.82
50.2
（2）、确定最佳油石比
利用《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）附录B中B.6计算方法对上述试验结果进行了处理，确定目标配合比中最佳油石比为5.0﹪。
2、确定着色剂的掺量:
用海川无色胶结料替代70#沥青，用着色剂部分替代矿粉，油石比取5.0﹪，在混合料中分别按1.5﹪、2.0﹪、2.5﹪、3.0﹪的量掺入着色剂制作马歇尔试件，并进行马歇尔试验。
根据检测报告，测得4组掺配比例的沥青混合料试验结果均满足规范要求，最终按颜色的变化情况，进行内插法加密掺配比例确定着色剂的掺量。
彩色沥青混凝土中着色剂的添加，是在拌和过程中代替部分矿粉，并与矿粉同时添加进混合料中，因此必须按着色剂的掺配量扣减相应的矿粉用量，着色剂的用量影响彩色沥青路面的颜色和颜色的耐久性，通常增加着色剂的用量，能使路面颜色鲜艳，同时增加耐久性。
着色剂的用量可根据工程实际需要进行调整，通过试验，最终确定着色剂最佳用量3.0﹪。
上图为掺加1.5﹪红着色剂粉，颜色太淡。
上图为掺加2.0﹪红着色剂粉，颜色太淡。
上图为掺加2.5﹪红着色剂粉，颜色淡。
上图为掺加3.0﹪红着色剂粉，颜色深。
着色剂掺入量
1.5﹪
2.0﹪
2.5﹪
3.0﹪
试件
图片
效果
颜色太淡
颜色太淡
颜色淡
颜色深
结论
不采用
不采用
不采用
采用
通过试验，最终确定着色剂最佳用量3.0﹪。
3、确定目标配合比
根据上述结果，制备马歇尔试件进行马歇尔试验,由出具的实验检测报告LQ-PHB-SMC-02的结果，确定目标配合比：
①、AC-13彩色沥青混凝土的各种原材料用量：
2#料：
3#料：
4#料：
矿粉：
着色剂=A﹪：
B﹪：
C﹪：
E﹪：
3.0﹪
②、最佳油石比：
5.0﹪
4、耐候性测试
对制得的马歇尔试件进行着色剂的耐候性测试，彩色沥青混凝土着色剂性能指标参考广东省地方标准《热拌热铺彩色路面胶结料、着色剂和集料》（DB44/T420-2007）中的要求。
着色剂的添加是在拌和过程中代替部分矿粉，并与矿粉同时添加进混合料，着色剂在长期紫外线照射下不应褪色，且不溶于水和一般溶剂，易于在胶结料中分散，并具有优良耐候性，还应具备矿粉的基本性能。
本工程使用红色着色剂，使用紫外线照射240小时，主要对其耐光性进行测试其性能检测结果如下表所示。
着色剂性能检测结果
指标
单位
DB技术要求
实测结果
外观
—
粉末
粉末
色光
—
近似～微似
近似
水溶物含量
﹪
≤0.3
0.12
着色率
—
98～102
99
吸油量
﹪
15～25
19
筛余量（0.045筛孔）
﹪
≤0.3
0.16
耐光性
级
≥7
7
从实测结果可以看出，施工选定的海川红色着色剂耐候性指标达到了标准要求。
实施效果：
通过一系列的试验，目标配合比设计完成，颜色达到为主要求
实施五
实施项目
实施情况
实施地点
实施人
时间（2011年）
试铺
1、确定生产配合比
环湖东路
王超
5月26日～6月11日
2、铺筑试验路段
1、确定生产配合比：
拌合站取拌和楼烘干并进行二次筛分后的集料，重新进行掺配；然后，通过测试沥青油石比5.0%拌制的混合料，在实验室以4.7%，5.0%，5.3%沥青油石比拌制的马歇尔试件，结果得到的各种指标均能满足生产施工，符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）
根据实验检测报告中LQ-PHB-SMC-04的结果，确定生产配合比：
①、AC-13彩色沥青混凝土的各种原材料用量：
1#热料仓：
2#热料仓：
3#热料仓：
矿粉：
着色剂=A﹪：
M﹪：
X﹪：
E﹪:
3.0﹪
②、最佳油石比：
5.0﹪
2、铺筑试验路段:
得出生产配合比后，由拌合站进行拌合生产。
对拌合站工作人员进行技术交底，严格控制拌合温度。
2011年6月11日在标头K3+410.8～K3+560右侧非机动车道上面层铺设大约长为150m的试验路段，
实施效果：
由检测报告可知，试铺路段的彩色沥青混凝土级配、马歇尔稳定度、油石比结果三项指标均合格。
八、效果确认
（一）生产配合比验证
拌合生产
1、我公司采用拌制过普通沥青混凝土的拌合楼拌制彩色沥青混合料，为防止普通沥青颜色的污染，拌和前需对拌和设备进行局部改造与更换，并对拌合楼的拌缸、料斗、成品仓、进行清洗。
2、混合料拌应控制在170℃，无色胶结料加热温度控制在155～165℃即可，石料温度不得高于175℃；对超过195℃的混合料应当废弃
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