中面层AC20型沥青混合料目标配比设计报告.docx
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中面层AC20型沥青混合料目标配比设计报告
附件
国道主干线广州绕城公路东段（珠江黄埔大桥）高速公路
中面层AC-20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
二〇〇七年八月
国道主干线广州绕城公路东段（珠江黄埔大桥）高速公路
中面层AC-20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
二〇〇七年八月
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-20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-20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-20型沥青混凝土三个设计方案进行60℃和70℃的车辙试验；
5.依据确定的最佳沥青用量，分别对AC-20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-20型沥青混凝土三个设计方案进行渗水试验。
三、中面层拟采用的设计方案介绍
中面层AC-20型沥青混合料目标配合比采用三个设计方案进行比选：
方案Ⅰ：
本方案矿料合成级配按照现行《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）规定的级配范围并参考Superpave混合料设计方法设置禁区和控制点确定。
方案Ⅱ：
本方案矿料合成级配按照现行《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）规定的级配范围确定，并介于方案Ⅰ、Ⅲ之间。
方案Ⅲ：
本方案矿料合成级配按照现行《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）规定的级配范围并结合贝雷法对级配进行检验和调整后确定。
四、原材料选用
本项目中面层AC-20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S9（10～20mm）、S11（5～15mm）、S14（3～5mm）和S16（0～3mm）；矿粉由石灰岩磨细制成；沥青为壳牌新粤（佛山）沥青有限公司生产的SBS改性沥青。
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）SBS改性沥青试验结果表1
项目
试验结果
设计要求
试验依据
针入度（25℃，100g，5s，0.1mm）
52
40～60
T0604-2000
针入度指数P.I
0.7
≥0.5
延度（5cm/min，5℃，cm）
34.1
≥25
T0605-1993
软化点（℃）
85.3
≥70
T0606-2000
运动粘度（135℃，Pa.s）
3.244
≯3
T0625-1993
闪点（℃）
-
≥230
T0611-1993
溶解度（%）
99.5
≥99.0
T0607-1993
弹性恢复（5cm/min，25℃，%）
97.9
≥80.0
T0662-2000
贮存稳定性离析，48h软化点差（℃）
-
≯2.5
T0661-2000
密度（15℃，g/cm3）
1.024
实测
T0603-1993
相对密度（25℃）
1.020
实测
旋转薄膜加热试验（163℃，5h）
T0610-1993
质量损失（%）
0.3
≯±0.8
残留针入度比（%）
87.4
≥65
T0604-2000
残留延度（5cm/min，5℃，cm）
22.4
≥20
T0605-1993
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
10～20mm碎石
-
2.745
≮2.50
T0304－2005
5～15mm碎石
2.742
3～5mm碎石
2.749
吸水率
10～20mm碎石
%
0.30
≯2.0
T0307－2005
5～15mm碎石
0.37
3～5mm碎石
0.78
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
10～20mm碎石
%
0.6
≯1
T0310－2005
5～15mm碎石
0.7
3～5mm碎石
0.2
各种集料的毛体
积相对密度
10～20mm碎石
-
2.722
-
T0304－2005
5～15mm碎石
2.714
3～5mm碎石
2.689
各种集料的松装密度
10～20mm碎石
t/cm3
1.478
-
T0309－2005
5～15mm碎石
1.491
3～5mm碎石
1.554
各种集料的干捣密度
10～20mm碎石
t/cm3
1.604
-
5～15mm碎石
1.628
3～5mm碎石
1.630
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
-
2.746
≮2.50
T0328－2005
毛体积相对密度
-
2.680
-
T0304－2005
紧装密度
g/cm3
1.888
-
T0331－1994
砂当量
%
63
≮60
T0334－2005
坚固性
%
-
≯12
T0340－2005
亚甲蓝值
g/kg
-
≯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；
2）石屑的毛体积相对密度是用筛出的2.36～4.75mm部分的毛体积相对密度代替。
4.矿粉试验
矿粉试验结果见表5所列。
矿粉技术指标表5
试验项目
单位
试验结果
规范标准
试验依据
表观密度
g/cm3
2.768
≮2.50
T0352-2000
表观相对密度
-
2.773
-
外观
-
无团粒结块
无团粒结块
-
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
加热安定性
-
不变质
实测结果
T0355-2000
粒度范围＜0.6mm
＜0.15mm
＜0.075mm
%
100
93.5
79.5
100
90~100
75~100
T0351-2000
二、AC-20型沥青混凝土目标配合比设计
1、中面层方案Ⅰ——“AC-20设禁区、控制点”
1）原材料筛分及合成级配
AC-20型沥青混凝土合成矿料级配组成（方案Ⅰ）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（%）
控制点
禁区
10～20mm
碎石
5～15mm
碎石
3～5mm
碎石
0～3mm
石屑
37.0
26.0
8.0
29.0
\
\
\
\
26.5
100.0
100.0
100.0
100.0
100.0
100～100
90～100
19.0
94.9
100.0
100.0
100.0
98.1
90～100
90
16.0
70.8
100.0
100.0
100.0
89.2
78～92
13.2
23.6
99.7
100.0
100.0
71.7
62～80
9.5
1.0
79.0
100.0
100.0
57.9
52～72
4.75
0.7
4.7
78.6
100.0
36.8
26～56
2.36
0.7
0.8
0.8
89.2
26.4
16～44
23～49
34.6
1.18
0.7
0.7
0.2
63.3
18.8
12～33
22.3～28.3
0.6
0.7
0.7
0.2
42.3
12.7
8～24
16.7～20.7
0.3
0.7
0.7
0.2
31.2
9.5
5～17
13.7
0.15
0.6
0.7
0.2
21.4
6.6
4～13
0.075
0.6
0.7
0.2
16.0
5.1
3～7
2～8
2）矿料合成级配曲线
方案Ⅰ矿料合成级配曲线如图1所示。
图1AC-20型（方案Ⅰ）矿料合成级配曲线图
3）马歇尔试验结果及最佳沥青用量确定
①AC-20（方案Ⅰ）马歇尔试验结果见表7。
AC-20（方案Ⅰ）马歇尔试验结果表7
试件
组号
油石比（%）
试件密度
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
2.432
2.588
6.0
13.1
54.0
11.78
37.2
2
4.0
2.445
2.569
4.8
13.0
63.0
11.40
34.2
3
4.5
2.458
2.551
3.7
13.0
71.9
10.65
33.1
4
5.0
2.471
2.553
2.5
13.0
81.0
11.43
40.8
5
5.5
2.460
2.515
2.2
13.8
84.0
10.80
43.2
技术要求
-
-
-
3～6
≥9+设计空隙率
65～75
≥8.0
15～40
注：
1）沥青加热温度控制在160～165℃；矿料加热温度为190～220℃；混合料拌和温度为175℃，上下浮动±5℃；击实温度为160～165℃；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计算法算出。
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2所示。
图2AC-20目标配合比（方案Ⅰ）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=4.36%
OAC2＝（4.11%+4.67%）/2＝4.39%
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4.11～4.67%，最佳油石比的初始值OAC1在此范围内。
根据OAC1和OAC2，并结合广东省高速公路建设的实际情况，确定AC-20目标配合比（方案Ⅰ）的最佳油石比为：
OAC=4.4%。
当OAC=4.4%时，空隙率为3.8%，VMA值为13.0%，满足设计要求。
4）最佳油石比马歇尔试验
AC-20（方案Ⅰ）最佳油石比马歇尔试验结果表8
试件
组号
油石比（%）
试件密度
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
4.4
2.467
2.554
3.4
12.6
72.9
12.36
38.4
技术
要求
-
-
-
3～6
≥9+设计空隙率
65～75
≥8.0
15～40
注：
1）沥青加热温度控制在160～165℃；矿料加热温度为190～220℃；混合料拌和温度为175℃，上下浮动±5℃；击实温度为160～165℃；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计算法算出。
5）浸水马歇尔试验
AC-20（方案Ⅰ）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
4.4
30min
12.63
12.36
88.9
13.85
10.95
12.00
12.36
48h
10.52
10.99
12.41
11.16
11.43
9.42
6）冻融劈裂试验
AC-20（方案Ⅰ）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（%）
4.4
未经受冻融循环
10.79
1.094
87.1
11.60
11.54
10.01
10.10
经受冻融循环
9.39
0.952
8.18
11.18
9.20
9.62
7）车辙试验
AC-20（方案Ⅰ）车辙试验结果表11
车辙板尺寸：
300×300×50mm拌和温度：
170℃碾压温度：
160℃
行走距离：
23±1cm
试验编号
轮压
（MPa）
试验温度
（℃）
动稳定度
（次/mm）
平均值
（次/mm）
①
0.7
60
6923
8168
②
9545
8036
①
70
5250
5327
②
6320
4410
①
1.0
70
3795
3622
②
3120
3950
8）渗水试验
AC-20（方案Ⅰ）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
240
47
②
0
100
180
245
48
0
100
180
230
43
2、中面层方案Ⅱ
1）原材料筛分及合成级配
AC-20型沥青混凝土合成矿料级配组成（方案Ⅱ）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（%）
10～20mm
碎石
5～15mm
碎石
3～5mm
碎石
0～3mm
石屑
矿粉
31.0
35.0
7.5
26.0
0.5
\
\
26.5
100.0
100.0
100.0
100.0
100.0
100.0
100～100
19.0
94.9
100.0
100.0
100.0
100.0
98.4
90～100
16.0
70.8
100.0
100.0
100.0
100.0
90.9
78～92
13.2
23.6
99.7
100.0
100.0
100.0
76.2
62～80
9.5
1.0
79.0
100.0
100.0
100.0
62.0
52～72
4.75
0.7
4.7
78.6
100.0
100.0
34.3
26～56
2.36
0.7
0.8
0.8
89.2
100.0
24.2
16～44
1.18
0.7
0.7
0.2
63.3
100.0
17.4
12～33
0.6
0.7
0.7
0.2
42.3
100.0
12.0
8～24
0.3
0.7
0.7
0.2
31.2
99.2
9.1
5～17
0.15
0.6
0.7
0.2
21.4
93.5
6.5
4～13
0.075
0.6
0.7
0.2
16.0
79.5
5.0
3～7
2）方案Ⅱ矿料合成级配曲线如图3所示。
图3AC-20型（方案Ⅱ）矿料合成级配曲线图
3）马歇尔试验结果及最佳沥青用量确定
①AC-20（方案Ⅱ）马歇尔试验结果见表14。
AC-20（方案Ⅱ）马歇尔试验结果表14
试件
组号
油石比（%）
试件密度
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
2.422
2.588
6.4
13.4
52.4
11.17
34.2
2
4.0
2.439
2.569
5.1
13.3
61.9
11.99
38.5
3
4.5
2.459
2.551
3.6
13.0
72.2
11.33
37.5
4
5.0
2.465
2.533
2.7
13.2
79.7
11.19
39.7
5
5.5
2.463
2.515
2.1
13.7
84.9
11.66
50.3
技术要求
-
-
-
3～6
≥9+设计空隙率
65～75
≥8.0
15～40
注：
1）沥青加热温度控制在160～165℃；矿料加热温度为190～220℃；混合料拌和温度为175℃，上下浮动±5℃；击实温度为160～165℃；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计算法算出。
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4所示。
图4AC-20目标配合比（方案Ⅱ）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=4.35%
OAC2＝（4.12%+4.66%）/2＝4.39%
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4.12～4.66%，最佳油石比的初始值OAC1在此范围内。
根据OAC1和OAC2，并结合广东省高速公路建设的实际情况，确定AC-20目标配合比（方案Ⅱ）的最佳油石比为：
OAC=4.3%。
当OAC=4.3%时，空隙率为4.1%，VMA值为13.1%，满足设计要求。
4）最佳油石比马歇尔试验
AC-20（方案Ⅱ）最佳油石比马歇尔试验结果表15
试件
组号
油石比（%）
试件密度
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
4.3
2.462
2.558
3.7
12.7
70.5
10.64
37.6
技术要求
-
-
-
3～6
≥9+设计空隙率
65～75
≥8.0
15～40
注：
1）沥青加热温度控制在160～165℃；矿料加热温度为190～220℃；混合料拌和温度为175℃，上下浮动±5℃；击实温度为160～165℃；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计算法算出。
5）浸水马歇尔试验
AC-20（方案Ⅱ）残留稳定度试验结果表16
油石比
（%）
浸水时间
稳定度（kN）
残留稳定度（%）
试验结果
平均值
4.3
30min
9.95
10.64
98.3
11.37
10.80
10.20
10.88
48h
9.90
10.46
11.24
10.36
11.58
9.22
6）冻融劈裂试验
AC-20（方案Ⅱ）冻融劈裂试验结果表17
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（%）
4.3
未经受冻融循环
9.28
0.721
98.2
8.76
9.46
9.77
经受冻融循环
8.66
0.708
8.67
9.20
8.63
7）车辙试验
AC-20（方案Ⅱ）车辙试验结果表18
车辙板尺寸：
300×300×50mm拌和温度：
170℃碾压温度：
160℃
行走距离：
23±1cm
试验编号
轮压
（MPa）
试验温度
（℃）
动稳定度
（次/mm）
平均值
（次/mm）
①
0.7
60
8120
8073
②
7856
8243
①
70
4667
4140
②
3986
3769
①
1.0
70
3663
3580
②
3214
3864
8）渗水试验
AC-20（方案Ⅱ）渗水试验结果表19
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
270
57
②
0
100
180
260
53
0
100
180
275
58
3、中面层方案Ⅲ
1）原材料筛分及合成级配
AC-20型沥青混凝土合成矿料级配组成（方案Ⅲ）表20
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（%）
10～20mm
碎石
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