下面层AC25型沥青混合料目标配比设计报告107 精品.docx
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国道主干线广州绕城公路东段（珠江黄埔大桥）高速公路
下面层AC-25型沥青混合料
目标配合比设计报告
广州珠江黄埔大桥路面工程技术咨询项目部
二〇〇七年十月七日
国道主干线广州绕城公路东段（珠江黄埔大桥）高速公路
下面层AC-25型沥青混合料
目标配合比设计报告
试验人员：
黄涛王钊刘煜
曾俊标关志深
报告编写：
黄涛王钊袁万杰
报告审核：
孙长新
广州珠江黄埔大桥路面工程技术咨询项目部
二〇〇七年十月七日
说明
一、设计依据
1.《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2006）
2.《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）
3.《公路工程沥青与沥青混合料试验规程》（JTJ052-2000）
4.《公路工程集料试验规程》（JTGE42-2005）
5.广东省交通厅粤交基函[2003]299号《关于加强我省高速公路一级公路沥青路面质量管理的通知》（2003.3）
6.广东省交通工程质量监督站粤交监督[2002]106号《关于要求进一步加强沥青混凝土路面原材料及配合比质量管理的通知》（2002.5）
7.国道主干线广州绕城公路东段（珠江黄埔大桥）两阶段施工图设计及修编
二、设计内容
1.按《公路工程集料试验规程》（JTGE42-2005）和《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052-2000）对原材料的各项物理力学指标进行试验并判断材料的性能；
2.按集料的筛分结果，并按《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）中对AC-25型沥青混凝土矿料级配范围的要求，对其进行矿料组成设计，提出三个设计方案；
3.按《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）和《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052-2000）的规定，分别对AC-25型沥青混凝土三个设计方案进行马歇尔试验，并确定出最佳用油量；
4.依据确定的最佳沥青用量，分别对AC-25型沥青混凝土三个设计方案进行车辙试验；
5.依据确定的最佳沥青用量，分别对AC-25型沥青混凝土三个设计方案进行水稳定性试验；
6.依据确定的最佳沥青用量，分别对AC-25型沥青混凝土三个设计方案进行渗水试验。
三、试验过程
本次下面层沥青混合料目标配合比设计试验共分为两个阶段：
第一阶段：
矿料合成级配按照现行《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）规定的级配范围，根据原材料筛分结果，以4.75mm筛孔通过率作为粗细集料划分标准，按粗、细两条曲线进行设计，得到AC-25F、AC-25M型两条级配曲线，并在较细曲线的基础上结合贝雷法对级配进行检验和局部调整得到第三条级配曲线AC-25C型。
在下面层目标配合比设计过程中，通过对选定的三个方案分别进行沥青混合料的高温稳定性检验（车辙试验）、水稳定性检验（浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验）和渗水系数检验，发现三个方案的浸水马歇尔残留稳定度MS0和冻融劈裂强度比TSR都偏低，尤其是冻融劈裂强度比没有达到规范要求。
根据这个情况，我部对整个目标配合比设计及试验过程进行了仔细分析，发现导致此三个方案的沥青混合料水稳性能差的主要原因是本项目所采用的细集料（0～5mm石屑）中粉尘量含量偏大，砂当量偏小，影响沥青与矿料的粘附性，同时本项目所采用的基质沥青软化点偏低且抗老化性能较差也对沥青混合料的抗水损害性能产生了不利影响。
针对细集料中粉尘量含量偏大的问题，我部通过与广州珠江黄埔大桥建设有限公司工程部协商，决定采取人工筛除0～5mm石屑中部分0.075mm筛孔以下的粉尘含量，从而能加入1％的水泥和1％的矿粉，并对级配进行了优化后再次进行配合比试验，以提高下面层沥青混合料的水稳性能。
通过对以上三个设计方案加入水泥和矿粉分别进行试验，进一步检验沥青混合料的高温稳定性、水稳定性和渗水系数，并提出本项目下面层目标配合比的最佳方案。
第二阶段：
由于本项目所用的基质沥青软化点指标不能满足本项目相关技术文件要求，建设单位拟采用低剂量SBS改性剂的改性沥青，针对这个情况，我部在第一阶段下面层目标配合比最佳方案的基础上，再次对该方案进行了优化及配合比试验，通过检验沥青混合料的高温稳定性、水稳定性和渗水系数，最终提出本项目下面层目标配合比的最佳方案。
四、原材料选用
本项目下面层AC-25型沥青混合料目标配合比设计试验所采用的集料为佛山三水田野石料场生产的石灰岩，集料粒径规格分别为S8（10～25mm）、S9（10～20mm）、S11（5～15mm）和S15（0～5mm）；矿粉由石灰岩磨细制成；水泥采用“粤花”牌32.5水泥；第一阶段沥青为壳牌新粤（佛山）沥青有限公司生产的CBC重交通道路石油沥青AH-70，第二阶段沥青为壳牌新粤（佛山）沥青有限公司生产的低剂量SBS改性沥青。
一、AC-25型沥青混凝土目标配合比设计（第一阶段）
（一）原材料试验
1.沥青试验
沥青试验严格按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTJ052-2000的要求和方法进行，沥青性能指标试验结果见表1所列。
壳牌新粤（佛山）重交通道路石油沥青AH-70试验结果表1
项目
试验结果
设计要求
试验依据
针入度（10℃，100g，5s，0.1mm）
16
-
T0604-2000
针入度（15℃，100g，5s，0.1mm）
22
-
针入度（20℃，100g，5s，0.1mm）
36
-
针入度（25℃，100g，5s，0.1mm）
66
60～80
针入度（30℃，100g，5s，0.1mm）
112
-
针入度指数P.I
-0.5
-1.0～1.0
延度（5cm/min，10℃，cm）
脆断
≥15
T0605-1993
延度（5cm/min，15℃，cm）
＞100
≥100
软化点（℃）
46.5/47.3
47～54
T0606-2000
动力粘度（60℃，Pa.s）
-
180～240
T0620-2000
运动粘度（135℃，Pa.s）
0.449
实测
T0619-1993
运动粘度（165℃，Pa.s）
0.111
实测
闪点（℃）
＞260
≥260
T0611-1993
含蜡量（蒸馏法）（％）
1.7
≯2.2
T0615-2000
溶解度（％）
99.8
≥99.5
T0607-1993
密度（15℃）
1.037
实测
T0603-1993
旋转薄膜加热试验（163℃，5h）
T0610-1993
质量损失（％）
0.17
≯±0.8
残留针入度比（％）
61
≥61
T0604-2000
残留延度（5cm/min，10℃，cm）
10
≥6
T0605-1993
残留延度（5cm/min，15℃，cm）
66.3
≥50
注：
试验结果显示，软化点和残留针入度接近低值，将影响沥青的抗高温变形能力和抗老化性能。
根据表1中所测定不同温度的运动粘度，绘制粘温曲线，以确定适宜的沥青混合料拌和及压实温度，分别为153～158℃和143～147℃，如图1所示。
图1粘温曲线
2.沥青与集料的粘附性试验
本试验采用T0616-1993中水煮法，沥青与粗集料粘附性试验结果见表2所列：
沥青与集料粘附性试验结果表2
沥青与集料粘附性
试验后石料表面上沥青膜剥落情况
粘附性等级
沥青膜有少部分为水所移动，剥离面积百分率少于10％
4
备注
所用石料为石灰岩
3.集料试验
集料试验严格按照《公路工程集料试验规程》（JTGE42-2005）的要求和方法进行，粗、细集料试验结果分别见表3、表4所列。
粗集料试验结果表3
试验项目
单位
试验结果
规范标准
试验依据
洛杉矶磨耗损失
％
-
≯30
T0317－2005
压碎值
％
19.8
≯25
T0316－2005
粘附性
级
4
≮4
T0616－1993
表观相对密度
10～25mm碎石
-
2.749
≮2.50
T0304－2005
10～20mm碎石
2.747
5～15mm碎石
2.749
吸水率
10～25mm碎石
％
0.21
≯2.0
T0307－2005
10～20mm碎石
0.32
5～15mm碎石
0.36
坚固性
％
-
≯12
T0314－2000
冲击值
％
-
≯28
T0322－2000
软石含量
％
-
≯5
T0320－2000
针片状颗粒含量（混合料）
其中粒径大于9.5mm
其中粒径小于9.5mm
％
10.1
9.3
10.9
≯18
≯15
≯20
T0312－2005
水洗法＜0.075mm颗粒含量
10～25mm碎石
％
0.5
≯1
T0310－2005
10～20mm碎石
0.6
5～15mm碎石
0.7
各种集料的毛体
积相对密度
10～25mm碎石
-
2.733
-
T0304－2005
10～20mm碎石
2.723
5～15mm碎石
2.722
各种集料的松装密度
10～25mm碎石
t/cm3
1.437
-
T0309－2005
10～20mm碎石
1.478
5～15mm碎石
1.491
各种集料的干捣密度
10～25mm碎石
t/cm3
1.590
-
10～20mm碎石
1.604
5～15mm碎石
1.628
细集料试验结果表4
试验项目
单位
试验结果
规范标准
试验依据
表观相对密度
-
2.760
≮2.50
T0328－2005
毛体积相对密度
-
-
-
T0304－2005
紧装密度
g/cm3
1.696
-
T0331－1994
砂当量
％
61
≮60
T0334－2005
坚固性
％
-
≯12
T0340－2005
亚甲蓝值
g/cm3
-
≯25
T0349－2005
棱角性（流动时间）
s
-
≮30
T0345－2005
注：
1）石屑的砂当量值偏低，应加强碎石生产过程中的除尘效果，减少已开采碎石被山体泥土污染，此外，
对矿料的一些指标要求缺乏相应的检测，不利于对面层矿料的质量控制，应按要求频率进行检测。
4.矿粉及水泥试验
矿粉及水泥试验结果见表5所列。
矿粉及水泥技术指标表5
试验项目
单位
试验结果
规范标准
试验依据
表观相对密度
矿粉
t/m3
2.773
≮2.50
T0352-2000
水泥
3.050
\
矿粉亲水系数
-
0.87
＜1
T0353-2000
含水量
％
0.09
≯1
T0332-2005
塑性指数
-
2
＜4
T0354-2000
粒度范围＜0.6mm
＜0.15mm
＜0.075mm
％
100（100）
93.5（100）
79.5（99.5）
100
90～100
75～100
T0351-2000
注：
括号内数值为水泥粒度范围。
（二）AC-25型沥青混凝土目标配合比设计
1.下面层AC-25F型——“规范级配”
1）原材料筛分及合成级配
AC-25F型沥青混凝土合成矿料级配组成表6
筛孔
尺寸
（mm）
原材料级配通过百分率（％）
合成级配
（％）
规范推荐
范围（％）
10～25mm
碎石
10～20mm
碎石
5～15mm
碎石
0～5mm
石屑
37.5
100.0
100.0
100.0
100.0
100.0
100
31.5
99.2
100.0
100.0
100.0
100.0
100
26.5
88.4
100.0
100.0
100.0
98.3
90～100
19.0
2.9
94.9
100.0
100.0
84.4
75～90
16.0
0.7
70.8
100.0
100.0
79.3
65～83
13.2
0.6
23.6
99.7
100.0
69.7
57～76
9.5
0.6
1.0
79.0
100.0
58.6
45～65
4.75
0.6
0.7
4.7
100.0
34.7
24～52
2.36
0.5
0.7
0.8
70.3
23.7
16～42
1.18
0.5
0.7
0.7
45.3
15.4
12～33
0.6
0.5
0.7
0.7
31.2
10.7
8～24
0.3
0.5
0.7
0.7
24.4
8.5
5～17
0.15
0.5
0.6
0.7
18.9
6.7
4～13
0.075
0.5
0.6
0.7
14.9
5.3
3～7
掺配比例（％）
15.0
20.0
32.0
33.0
/
/
2）矿料合成级配曲线
AC-25F型矿料合成级配曲线如图2所示。
图2AC-25F型矿料合成级配曲线图
3）AC-25F型沥青混合料马歇尔试验结果及最佳沥青用量确定
①马歇尔试验结果见表7。
AC-25F型马歇尔试验结果表7
试件
组号
油石比（％）
试件相对密度
空隙率（％）
矿料间隙率（％）
沥青饱和度（％）
稳定度（kN）
流值
（0.1mm）
实际
理论
1
3.5
2.445
2.577
5.1
12.8
60.2
11.79
28.6
2
4.0
2.463
2.563
3.9
12.6
69.2
11.18
33.4
3
4.5
2.473
2.546
2.9
12.7
77.4
11.67
30.9
4
5.0
2.484
2.532
1.9
12.7
85.1
10.67
34.6
5
5.5
2.470
2.512
1.7
13.6
87.8
10.49
34.0
技术
要求
-
-
-
3～6
≥8+设计空隙率
55～70
≥8.0
15～40
注：
1）沥青加热温度控制在160℃，上下浮动±5℃；矿料加热温度为170～180℃；混合料拌和温度为155℃，上下浮动±5℃；击实温度为140～145℃；混合料废弃温度195℃；
2）沥青混合料理论最大相对密度是通过T0711-1993方法测出。
②最佳沥青用量确定
由表7得出的油石比与各项测定指标的关系曲线如图3所示。
图3AC-25F型目标配合比确定沥青用量图
根据曲线图，稳定度没有出现峰值，所以采用目标空隙率4.0％对应的油石比作为OAC1，可以得到：
OAC1=3.97％
OAC2＝（3.76％+4.27％）/2＝4.02％
各项指标均符合沥青混合料技术要求的沥青油石比范围为3.76～4.27％，最佳油石比的初始值OAC1在此范围内。
根据OAC1和OAC2，确定AC-25F型目标配合比的最佳油石比为：
OAC=4.0％。
且OAC位于VMA凹形曲线最小值的贫油一侧，当OAC=4.0％时，空隙率为3.9％，VMA值为12.6％，满足设计要求。
4）最佳油石比马歇尔试验
AC-25F型沥青混合料最佳油石比马歇尔试验结果表8
试件
组号
油石比（％）
试件相对密度
空隙率（％）
矿料间隙率（％）
沥青饱和度（％）
稳定度（kN）
流值
（0.1mm）
实际
理论
1
4.0
2.473
2.568
3.7
12.3
69.9
10.22
35.2
技术
要求
-
-
-
3～6
≥8+设计空隙率
55～70
≥8.0
15～40
注：
1）沥青加热温度控制在160℃，上下浮动±5℃；矿料加热温度为170～180℃；混合料拌和温度为155℃，上下浮动±5℃；击实温度为140～145℃；混合料废弃温度195℃；
2）沥青混合料理论最大相对密度是通过T0711-1993方法测出。
5）浸水马歇尔试验
AC-25F型沥青混合料残留稳定度试验结果表9
油石比
（％）
浸水时间
稳定度（kN）
残留稳定度（％）
试验结果
平均值
4.0
30min
9.84
10.22
78.4
9.86
10.73
9.02
10.17
11.69
48h
8.6
8.01
8.38
9.4
6.64
7.21
7.84
6）冻融劈裂试验
AC-25F型沥青混合料冻融劈裂试验结果表10
油石比（％）
试验条件
稳定度（kN）
劈裂抗拉强度（MPa）
冻融劈裂强度比（％）
4.0
未经受冻融循环
7.85
0.786
85.0
6.6
8.14
9.26
8.1
经受冻融循环
7.16
0.668
6.59
6.44
7.7
5.97
7）车辙试验
AC-25F型沥青混合料车辙试验结果表11
车辙板尺寸：
300×300×50mm拌和温度：
155℃碾压温度：
140℃
行走距离：
23±1cm轮压：
0.7MPa
试验编号
试验温度
（℃）
动稳定度
（次/mm）
平均值
（次/mm）
①
60
1260
1330
②
1370
1330
①
70
512
438
②
341
462
8）渗水试验
AC-25F型沥青混合料渗水试验结果表12
试验编号
初始读数时间（s）
初始读数（ml）
终读数时间（s）
终读数（ml）
渗水系数（ml/min）
①
0
100
180
150
17
②
0
100
180
180
27
0
100
180
200
33
2.下面层AC-25M型——“规范级配”
1）原材料筛分及合成级配
AC-25M型沥青混凝土合成矿料级配组成表13
筛孔
尺寸（mm）
原材料级配通过百分率（％）
合成级配（％）
规范推荐范围（％）
10～25mm
碎石
10～20mm
碎石
5～15mm
碎石
0～5mm
石屑
37.5
100.0
100.0
100.0
100.0
100.0
100
31.5
99.2
100.0
100.0
100.0
99.9
100
26.5
88.4
100.0
100.0
100.0
98.1
90～100
19.0
2.9
94.9
100.0
100.0
83.3
75～90
16.0
0.7
70.8
100.0
100.0
77.7
65～83
13.2
0.6
23.6
99.7
100.0
67.2
57～76
9.5
0.6
1.0
79.0
100.0
55.9
45～65
4.75
0.6
0.7
4.7
100.0
33.0
24～52
2.36
0.5
0.7
0.8
70.3
22.5
16～42
1.18
0.5
0.7
0.7
45.3
14.6
12～33
0.6
0.5
0.7
0.7
31.2
10.2
8～24
0.3
0.5
0.7
0.7
24.4
8.1
5～17
0.15
0.5
0.6
0.7
18.9
6.3
4～13
0.075
0.5
0.6
0.7
14.9
5.1
3～7
掺配比例（％）
16.0
22.0
30.7
31.3
/
/
2）AC-25M型矿料合成级配曲线如图4所示。
图4AC-25M型矿料合成级配曲线图
3）AC-25M型沥青混合料马歇尔试验结果及最佳沥青用量确定
①马歇尔试验结果见表14。
AC-25M型沥青混合料马歇尔试验结果表14
试件
组号
油石比（％）
试件相对密度
空隙率（％）
矿料间隙率（％）
沥青饱和度（％）
稳定度（kN）
流值
（0.1mm）
实际
理论
1
3.5
2.459
2.583
4.8
12.3
61.2
8.35
32.8
2
4.0
2.476
2.563
3.4
12.2
72.2
8.98
32.5
3
4.5
2.488
2.539
2.0
12.2
83.4
8.91
34.1
4
5.0
2.492
2.525
1.3
12.4
89.6
9.79
34.1
5
5.5
2.488
2.519
1.2
13.0
90.5
9.05
38.0
技术
要求
-
-
-
3～6
≥8+设计空隙率
55～70
≥8.0
15～40
注：
1）沥青加热温度控制在160℃，上下浮动±5℃；矿料加热温度为170～180℃；混合料拌和温度为155℃，上下浮动±5℃；击实温度为140～145℃；混合料废弃温度195℃；
2）沥青混合料理论最大相对密度是通过T0711-1993方法测出。
②最佳沥青用量确定
由表14得出的油石比与各项测定指标的关系曲线如图5所示。
图5AC-25M型目标配合比确定沥青用量图
根据曲线图，由于稳定度没有严格出现峰值，所以采用目标空隙率4.0％对应的油石比作为OAC1，可以得到：
OAC1=3.80％
OAC2＝（3.70％+4.12％）/2＝3.91％
各项指标均符合沥青混合料技术要求的沥青油石比范围为3.70～4.12％，最佳油石比的初始值OAC1在此范围内。
根据OAC1和OAC2，确定AC-25M型目标配合比的最佳油石比为：
OAC=3.9％。
且OAC位于VMA凹形曲线最小值的贫油一侧，当OAC=3.9％时，空隙率为3.7％，VMA值为12.2％，满足设计要求。
4）最佳油石比马歇尔试验
AC-25M型沥青混合料最佳油石比马歇尔试验结果表15
试件
组号
油石比（％）
试件相对密度
空隙率（％）
矿料间隙率（％）
沥青饱和度（％）
稳定度（kN）
流值
（0.1mm）
实际
理论
1
3.9
2.476
2.570
3.7
12.1
69.8
9.28
36.8
技术
要求
-
-
-
3～6
≥8+设计空隙率
55～70
≥8.0
15～40
注：
1）沥青加热温度控制在160℃，上下浮动±5℃；矿料加热温度为170～180℃；混合料拌和温度为155℃，上下浮动±5℃；击实温度为140～
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