教学推荐案例5AC13目标配合比设计.docx
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教学推荐案例5AC13目标配合比设计
案例5AC-13目标配合比设计
某高速公路的交通等级为重交通，工程所在地的气候分区为1-4，上面层为4cm厚的AC-13，沥青选用A级70号改性沥青（原材料技术要求略），请进行AC-13的目标配合比设计。
1.矿质混合料组成设计
已知矿料筛分结果及AC-13的级配范围见案例表33，请进行矿质混合料的组成设计（见案例表34），并校核、调整，按泰勒曲线坐标画出矿料级配图（见案例图13）。
案例表33矿料筛分结果及AC-13的级配范围
筛孔尺寸/mm
1#料
2#料
3#料
4#料
矿粉
级配上限
级配下限
通过质量百分率/%
16
100
100
100
100
100
100
100
13.2
94.6
100
100
100
100
100
90
9.5
8.6
96.7
100
100
100
85
68
4.75
0.4
1.7
99.7
100
100
68
38
2.36
0.4
0.2
5.7
100
100
50
24
1.18
0.4
0.2
1.3
65.8
100
38
15
0.6
0.4
0.2
1.2
39.4
100
28
10
0.3
0.4
0.2
1.1
24.0
99.4
20
7
0.15
0.4
0.2
1.0
12.0
89.1
15
5
0.075
0.4
0.2
0.9
9.4
72.4
8
4
案例表34矿质混合料的组成设计
筛孔尺寸/mm
通过质量百分率/%
1#料
2#料
3#料
4#料
矿粉
合成级配
级配上限
级配下限
级配中值
16
100.0
100.0
100.0
100.0
100.0
100.0
100
100
100.0
13.2
94.6
100.0
100.0
100.0
100.0
98.7
100
90
95.0
9.5
8.6
96.7
100.0
100.0
100.0
77.3
85
68
76.5
4.75
0.4
1.7
99.7
100.0
100.0
53.4
68
38
53.0
2.36
0.4
0.2
5.7
100.0
100.0
34.3
50
24
37.0
1.18
0.4
0.2
1.3
65.8
100.0
23.1
38
15
26.5
0.6
0.4
0.2
1.2
39.4
100.0
15.2
28
10
19.0
0.3
0.4
0.2
1.1
24.0
99.4
10.5
20
7
13.5
0.15
0.4
0.2
1.0
12.0
89.1
6.6
15
5
10.0
0.075
0.4
0.2
0.9
9.4
72.4
5.3
8
4
6.0
配合比/%
24
23
20
30
3
100
—
—
—
案例图13矿料级配图（泰勒曲线坐标）
2.最佳沥青用量的确定
1）制作马歇尔试件（击实法）
（1）按1#料∶2#料∶3#料∶4#料∶矿粉=24%∶23%∶20%∶30%∶3%制作马歇尔试件（击实法），计算配制矿质混合料1250g所需各矿料及沥青的质量，见案例表35。
案例表35计算沥青混合料一个标准马歇尔试件的材料用量
油石比/%
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
沥青质量（g）=矿质混合料质量×油石比÷100
56.3
62.5
68.8
75.0
81.3
矿质混合料质量/g
1250
配合比/%
1#、2#、3#、4#、矿粉各矿料用量/g
1#
24
1#料质量=矿质混合料质量×配合比÷100
300.0
2#
23
2#料质量=矿质混合料质量×配合比÷100
287.5
3#
20
3#料质量=矿质混合料质量×配合比÷100
250.0
4#
30
4#料质量=矿质混合料质量×配合比÷100
375.0
矿粉
3
矿粉质量=矿质混合料质量×配合比÷100
37.5
∑
100
—
1250
注：
标准试件每个油石比要制作4个试件，5个不同的油石比要备20个试件，考虑试件可能会因高度不合格而作废，还要多备几个试样。
粗细集料要在烘箱中加热至规定温度，为了备料方便，所有试样均按矿质混合料质量为1250g进行备料。
（2）若已制作的沥青混合料试件的质量为1260g，但试件的高度为67mm，超出规范要求（标准试件的高度为63.5mm±1.3mm），则试件作废。
试计算制作一个标准试件所需的沥青混合料质量。
解：
按标准试件的高度（63.5mm）计算，制作一个标准试件所需的沥青混合料质量为1260÷67×63.5=1194.2（g）。
2）马歇尔试验
（1）实测的原材料密度数据见案例表36。
（2）进行沥青混合料试验。
试件毛体积密度（表干法）、马歇尔试验的试验数据见案例表37。
案例表36原材料密度数据
规格
1#料
2#料
3#料
4#料
矿粉
沥青
表观相对密度
2.720
2.727
2.734
2.714
2.735
1.028
毛体积相对密度
2.702
2.698
2.692
2.685
2.735
—
案例表37马歇尔试验数据
油石比Pa/%
试件高度/mm
空中质量/g
水中质量/g
表干质量/g
稳定度/kN
流值/mm
①
②
③
④
4.5
62.8
62.6
62.7
62.7
1213.9
712.0
1222.9
11.55
2.0
62.8
62.5
62.6
62.7
1210.2
708.6
1217.9
11.59
2.0
63.2
62.9
63.1
63.2
1219.1
715.2
1224.9
11.51
2.1
63.9
63.8
63.6
63.8
1215.8
712.9
1223.9
11.50
2.3
5.0
64.1
64.1
63.5
64.0
1219.1
716.7
1224.5
14.18
2.9
63.6
63.5
63.6
63.6
1229.5
720.1
1233.9
14.23
3.1
63.0
63.1
62.8
63.0
1220.2
716.6
1225.1
13.99
2.7
62.8
62.5
62.9
62.7
1220.8
717.7
1225.9
14.01
3.1
5.5
64.2
64.3
64.4
64.3
1236.6
725.0
1238.0
13.85
3.4
63.4
63.7
63.7
63.6
1238.2
726.6
1239.8
13.97
3.6
64.2
64.2
64.3
64.3
1237.4
724.5
1238.7
13.97
3.3
62.4
62.6
62.1
62.4
1242.8
729.9
1247.3
13.74
3.5
6.0
63.7
63.6
63.0
63.4
1248.5
732.8
1253.2
12.85
4.2
63.3
63.2
63.3
63.3
1245.4
730.9
1249.7
12.69
4.4
62.9
63.2
63.1
63.1
1242.4
731.3
1248.0
13.10
4.4
64.3
64.2
64.8
64.4
1238.9
728.4
1243.1
12.85
3.9
6.5
62.9
62.8
63.1
62.9
1254.7
736.0
1259.4
11.77
4.6
63.9
63.9
63.9
63.9
1256.8
737.7
1261.7
12.03
5.1
63.5
63.3
63.5
63.5
1250.4
731.9
1255.6
11.79
4.9
64.0
64.0
64.0
64.0
1246.4
731.5
1250.1
11.84
4.9
3）确定最佳油石比
（1）计算合成矿料的有效相对密度γse，见案例表38。
马歇尔指标计算见案例表39，汇总见案例表40。
案例表38合成矿料的有效相对密度γse
规格
1#料
2#料
3#料
4#料
矿粉
∑
配合比Pi/%
24
23
20
30
3
100
表观相对密度γ’i
2.720
2.727
2.734
2.714
2.735
—
毛体积相对密度γi
2.702
2.698
2.692
2.685
2.735
—
表观体积
8.824
8.434
7.315
11.054
1.097
36.724
毛体积
8.882
8.525
7.429
11.173
1.097
37.106
矿料合成表观相对密度γsa
2.723
矿料合成毛体积相对密度γsb
2.695
合成矿料吸水率ωx
ωx=（1/γsb-1/γsa）×100
0.382
合成矿料沥青吸收系数C
C=0.033ωx2-0.2936ωx+0.9339
0.827
合成矿料的有效相对密度γse
γse=Cγsa+（1-C）γsb
2.718
注：
本表按《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40—2004）附录B中式（B.5.3）、式（B.5.4）、式（B.5.6-2）、式（B.5.6-3）、式（B.5.6-4）进行计算。
案例表39马歇尔试验指标计算
合成矿料有效相对密度γse
2.718
矿料合成毛体积相对密度γsb
2.695
沥青相对密度γb
1.028
油石比Pa/%
沥青含量
矿料含量
编号
高度
空中质量ma/g
水中质量mw/g
表干质量mf/g
毛体积相对密度γf
最大理论相对密度γt
空隙率VV/%
矿料间隙率VMA/%
饱和度VFA/%
稳定度/kN
流值/mm
①
②
③
④
平均
见规程式（T0705-2）
见规范式（B.5.9-1）
见规范式（B.5.10-1）
见规范式（B.5.10-2）
见规范式（B.5.10-3）
4.5
沥青含量Pb/%
1
62.8
62.6
62.7
62.7
62.7
1213.9
712.0
1222.9
2.376
2.538
6.4
15.6
59.0
11.55
2.0
4.3
2
62.8
62.5
62.6
62.7
62.7
1210.2
708.6
1217.9
2.376
2.538
6.4
15.6
59.0
11.59
2.0
矿料含量Ps/%
3
63.2
62.9
63.1
63.2
63.1
1219.1
715.2
1224.9
2.392
2.538
5.8
15.1
61.6
11.51
2.1
4
63.9
63.8
63.6
63.8
63.8
1215.8
712.9
1223.9
2.379
2.538
6.3
15.5
59.4
11.50
2.3
96
平均
—
—
—
—
—
—
—
—
2.381
2.538
6.2
15.5
59.8
11.54
2.1
5.0
沥青含量Pb/%
1
64.1
64.1
63.5
64.0
63.9
1219.1
716.7
1224.5
2.401
2.521
4.8
15.2
68.4
14.18
2.9
4.8
2
63.6
63.5
63.6
63.6
63.6
1229.5
720.1
1233.9
2.393
2.521
5.1
15.4
66.9
14.23
3.1
矿料含量Ps/%
3
63.0
63.1
62.8
63.0
63.0
1220.2
716.6
1225.1
2.400
2.521
4.8
15.2
68.4
13.99
2.7
4
62.8
62.5
62.9
62.7
62.7
1220.8
717.7
1225.9
2.402
2.521
4.7
15.1
68.9
14.01
3.1
95.2
平均
—
—
—
—
—
—
—
—
2.399
2.521
4.9
15.2
68.2
14.10
3.0
5.5
沥青含量Pb/%
1
62.4
62.6
62.1
62.4
62.4
1236.6
725
1238
2.411
2.503
3.7
15.2
75.7
13.85
3.4
5.2
2
63.4
63.7
63.7
63.6
63.6
1238.2
726.6
1239.8
2.413
2.503
3.6
15.1
76.2
13.97
3.6
矿料含量Ps/%
3
64.2
64.2
64.3
64.3
64.3
1237.4
724.5
1238.7
2.406
2.503
3.9
15.4
74.7
13.97
3.3
4
64.2
64.3
64.4
64.3
64.3
1242.8
729.9
1247.3
2.402
2.503
4.0
15.5
74.2
13.74
3.5
94.8
平均
—
—
—
—
—
—
—
—
2.408
2.503
3.8
15.3
75.2
13.88
3.5
6.0
沥青含量Pb/%
1
64.3
64.2
64.8
64.4
64.4
1248.5
732.8
1253.2
2.399
2.487
3.5
16.0
78.1
12.85
4.2
5.7
2
63.3
63.2
63.3
63.3
63.3
1245.4
730.9
1249.7
2.401
2.487
3.5
16.0
78.1
12.69
4.4
矿料含量Ps/%
3
63.7
63.6
63.0
63.4
63.4
1242.4
731.3
1248
2.404
2.487
3.3
15.8
79.1
13.10
4.4
4
62.9
63.2
63.1
63.1
63.1
1238.9
728.4
1243.1
2.407
2.487
3.2
15.7
79.6
12.85
3.9
94.3
平均
—
—
—
—
—
—
—
—
2.403
2.487
3.4
15.9
78.7
12.87
4.2
6.5
沥青含量Pb/%
1
64.0
64.0
64.0
64.0
64.0
1254.7
736
1259.4
2.397
2.470
3.0
16.5
81.8
11.77
4.6
6.1
2
63.9
63.9
63.9
63.9
63.9
1256.8
737.7
1261.7
2.398
2.470
2.9
16.5
82.4
12.03
5.1
矿料含量Ps/%
3
63.5
63.3
63.5
63.5
63.5
1250.4
731.9
1255.6
2.388
2.470
3.3
16.8
80.4
11.79
4.9
4
62.9
62.8
63.1
62.9
62.9
1246.4
731.5
1250.1
2.403
2.470
2.7
16.3
83.4
11.84
4.9
93.9
平均
—
—
—
—
—
—
—
—
2.397
2.470
3.0
16.5
82.0
11.86
4.9
注1：
本表采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTGE20—2011）“T0705—2011压实沥青混合料密度试验（表干法）”测毛体积相对密度γf，γf的计算公式见该试验规程的式（T0705-2）。
注2：
最大理论相对密度γt、空隙率VV、矿料间隙率VMA、饱和度VFA的计算见《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40—2004）附录B中的式（B.5.9-1）、式（B.5.10-1）、式（B.5.10-2）、式（B.5.10-3）；也可见《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的式（T0705-2）、式（T0705-11）、式（T0705-13）、式（T0705-14）、式（T0705-15），两者公式相同。
案例表40马歇尔试验指标汇总
油石比Pa/%
毛体积相对密度γf
空隙率VV/%
饱和度VFA/%
矿料间隙率VMA/%
稳定度/kN
流值/mm
4.5
2.381
6.2
59.8
15.5
11.54
2.1
5.0
2.399
4.9
68.2
15.2
14.10
3.0
5.5
2.408
3.8
75.2
15.3
13.88
3.5
6.0
2.403
3.4
78.7
15.9
12.87
4.2
6.5
2.397
3.0
82.0
16.5
11.86
4.9
沥青路面施工规范要求范围
—
4～6
65～75
按设计空隙率校核
≥8
1.5～4
注：
沥青路面施工规范要求范围，见《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40—2004）的表5.3.3-1。
（2）以油石比为横坐标，马歇尔试验指标为纵坐标画图，如案例图14所示。
（a）（b）
（c）（d）
（e）（f）
（g）
案例图14马歇尔试验指标与油石比关系曲线
（3）按《公路沥青路面施工技术规范》B.6.2确定最佳油石比OAC。
①OAC1=（a1+a2+a3+a4）/4=（5.5+5.0+4.95+5.1）÷4=5.14（%）
②按《公路沥青路面施工技术规范》规定的各指标范围确定最佳油石比OAC2。
OAC2=（OACmin+OACmax）/2=（4.8+5.4）÷2=5.1（%）
③取OAC1与OAC2的中值作为计算的最佳油石比OAC。
OAC=（OAC1+OAC2）/2=（5.14+5.1）÷2=5.1（%）
④矿料间隙率检验。
a.当OAC=5.1%时，查案例图14（g），可得VMA=15.2%。
b.当OAC=5.1%时，查案例图14（c），可得设计空隙率为4.8%。
c.查《公路沥青路面施工技术规范》表5.3.3-1，当公称最大粒径为13.2mm时，设计空隙率4%对应的VMA最小值为14%；设计空隙率5%对应的VMA最小值为15%；本案例中的设计空隙率为4.8%，用内插法可得VMA的最小值为14.8%。
d.结论。
VMA=15.2%满足《公路沥青路面施工技术规范》的VMA最小值的要求，计算最佳油石比OAC为5.1%。
3.配合比设计检验（略）
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