湘潭市G320至G107绕城公路表面层东.docx
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湘潭市G320至G107绕城公路表面层东
湘潭市G320至G107绕城公路
沥青路面表面层（AK-13）
目标配合比设计
试验报告
（东接线）
长沙理工大学道路工程研究所
2006年11月15日
湘潭市G320至G107绕城公路
沥青路面表面层（AK-13）目标配合比设计
试验报告
（东接线）
项目负责人：
刘朝晖
技术负责人：
秦仁杰
试验人员：
刘朝晖秦仁杰欧阳昇张涓张宝静李文科
李振科华正良宁向向
报告编写：
秦仁杰欧阳昇张涓
复核：
审核：
湘潭市G320至G107绕城公路
沥青路面表面层（AK-13）目标配合比设计
试验报告
（东接线）
受湘潭市G320至G107绕城公路程建设办公室和总监办公室委托，长沙理工大学道路工程研究所在施工图设计文件的基础上对G320至G107绕城公路工程项目（西接线）进行路面原材料、沥青混合料配合比设计及路用性能试验。
根据项目要求，长沙理工大学道路工程研究所制订了详细的试验方案及试验内容，并于2006年11月中旬完成了表面层沥青混合料的试验内容，现将试验成果报告如下：
一、试验内容
1.1原材料试验
对G320至G107绕城公路工程项目西接线标段施工单位所提供的集料、改性沥青及路用性能进行检测与评价。
1.2沥青混合料组成设计试验
根据G320至G107绕城公路工程项目施工图设计文件精神，采用AK-13沥青混合料作为沥青混凝土表面层。
通过沥青混合料组成设计试验优化各沥青混合料设计级配曲线，确定最佳沥青用量。
1.3沥青混合料高温稳定性试验
根据沥青混合料组成设计试验结果，对AK-13沥青混合料在所选定的设计级配曲线及最佳油石比条件下进行车辙试验，以检验沥青混合料的高温稳定性。
1.4沥青混合料水稳定性试验
对AK-13沥青混合料在所选定的最佳油石比条件下，按照现行试验规程或美国ASTMT283试验方法对沥青混合料进行冻融劈裂试验，以评价沥青混合料的抗水损害能力并对改善沥青混合料水稳定性的措施提出合理的建议。
1.5沥青混合料低温弯曲试验
按《施工技术指南》要求，根据沥青混合料组成设计试验结果，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052—2000）沥青混合料弯曲试验的要求，对沥青混合料在-10℃环境下的小梁试件进行弯曲试验，测定沥青混合料的极限应变、劲度模量及抗弯强度评价各种沥青混合料的低温抗裂性能。
二、试验说明
2.1本次试验严格按照交通部颁发的《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052-2000）及《公路工程集料试验规程》（JTGE42-2005）进行。
2.2在沥青混合料试件的成型过程中，根据粘温曲线试验结果，改性沥青混合料拌和温度为177℃、成型温度为173℃。
2.3沥青混合料最大相对密度采用计算法计算，并采用真空法实测最大相对密度进行校核，沥青混合料马歇尔试件毛体积密度采用表干法测定。
2.4在沥青混合料马歇尔试件成型过程中，AK-13沥青混合料采用双面击实75次成型试件。
三、计算说明
3.1试件的理论最大相对密度rt÷
式中：
Pb——油石比，%；
rb——沥青的密度，g/cm3；
r1…rn——矿料的密度，g/cm3；一般采用粗细集料的毛体积密度（rb）与表观密度（ra）的平均值及矿粉的表观密度。
P1…Pn——各种矿料占矿料总质量的百分率，%；
3.2矿料全体的密度rm
、
…
——一般采用粗、细集料的毛体积密度。
3.3矿料间隙率（VMA）（%）
式中：
rsp——试件密度，g/cm3；一般采用试件的毛体积密度。
3.4试件的空隙率Va（%）
3.5沥青体积率Vb（%）
3.6沥青饱和度VFA（%）
四、试验结果
4.1集料
4.1.1材料筛分结果
根据施工单位所提供的原材料，进行筛分试验，试验结果见表4.1所示：
原材料筛分结果表4.1
材料名称
孔径（mm）
31.5
26.5
19
16
13.2
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
10-20碎石
100
100
95.9
83.1
62.8
29.9
1.9
0.7
0
0
0
0
0
5-10碎石
100
100
100
100
100
74.8
20.5
12.4
8.3
5.2
3.8
2.7
1.7
石屑
100
100
100
100
100
100
86.9
54.3
38.9
26.9
21.4
16.5
11.5
矿粉
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
99.8
96.3
注：
本次试验采用干筛法筛分粗集料，石屑和矿粉采用水洗法筛分。
4.1.2集料物理特性
本工程表面层所用集料为石灰岩石料，其表观密度、毛体积密度、有效密度（计算密度）及吸水率如表4.2所示：
集料密度试验结果表4.2
集料规格
表观密度
（g/m3）
毛体积密度
（g/m3）
有效密度
（g/m3）
吸水率
（%）
19～26.5
2.740
2.715
2.727
0.4
16～19
2.741
2.710
2.726
0.5
13.2～16
2.747
2.707
2.727
0.53
9.5～13.2
2.744
2.650
2.697
0.57
4.75～9.5
2.754
2.674
2.714
0.76
2.36～4.75
2.723
2.723
1.18～2.36
2.723
2.723
0.6～1.18
2.705
2.705
0.3～0.6
2.715
2.715
0.15～0.3
2.634
2.634
0.075～0.15
2.668
2.668
矿粉
2.754
2.754
对粗集料的力学性能、针片状含量、粘附性检测结果见表4.3：
粗集料的力学性能、针片状含量、粘附性检测结果表4.3
指标
单位
实测值
要求值
试验方法
石料压碎值
%
20.4
≤28
T0316
洛杉矶磨耗损失
%
22.03
≤30
T0317
针片状含量
其中粒径大于9.5mm
其中粒径小于9.5mm
%
14.6
≤18
T0312
10.2
4.4
水洗法<0.075mm颗粒含量
%
见筛分结果
≤1
T0310
与沥青的粘附性
级
5
5
T0616
注：
针片状含量试验结果为占混合料用量较大的10-20碎石试验结果。
细集料及填料检测结果见表4.4：
细集料及填料检测结果表4.4
指标
单位
实测值
要求值
试验方法
细集料含泥量（<0.075mm含量）
%
11.5
≥3
T0333
细集料砂当量
%
70
≥60
T0334
填料粒径范围：
<0.6mm
<0.15mm
<0.075mm
%
100
100
T0351
99.8
90~100
96.3
75~100
砂当量
%
72
≥60
T0334
4.2AH-70沥青
4.2.1常规指标检测
本项目所采用的沥青检测结果如表4.5所示：
沥青检测结果表4.5
试验项目
实测值
规范要求值
试验方法
针入度（25℃，100g,5s）（0.1mm）
61
60~80
T0604
针入度指数PI
-0.8
-1.5~+1.0
T0604
软化点（环球法）（℃）
46.0
>46
T0604
10℃延度（5cm/min,10℃）（cm）
86.7
>15
T0606
含蜡量（蒸馏法）（%）
--
<2
T0615
闪点（COC）（℃）
290
>260
T0611
溶解度（三氯乙烯）（%）
99.5
99.5
T0607
密度（15℃）（g/cm3）
1.004
实测记录
T0603
旋转薄膜
加热试验
163℃，5h
质量损失（%）
+0.094%
<±0.8
T0610/T0609
残留针入度比（%）
60.1
>61
T0604
延度（10℃）（cm）
7.7
>6
T0605
4.2.2粘温曲线
粘温曲线根据规范要求，采用Brookfield粘度计测取沥青如表4.6试验温度下的粘度，试验结果见表4.6所示，粘温曲线如图4.1所示：
粘度试验结果表4.6
135℃
155℃
165℃
1515cP
450.8cP
312.5cP
注：
1cP=1mPa.s,1Pa.s=1000Pa.s
图4.1粘温曲线
根据该项目施工技术指南，确定沥青混合料拌和温度应控制沥青粘度在0.17+0.02pa.s范围，沥青混合料初压温度应控制沥青粘度在0.28+0.03pa.s范围，将施工各工序控制粘度范围代入粘温曲线回归方程后得到各工序控制温度范围见表4.7所示：
沥青混合料施工控制温度表4.7
适宜于拌合的沥青混合料温度
适宜于压实的沥青混合料温度
176.2℃~177.4℃
172.4℃~174.3℃
4.3AK-13配合比设计
4.3.1目标配合比
根据施工单位所提供的原材料，进行筛分之后，提出的集料冷料配合比如表4.8所示，冷料配合比合成级配如图4.2所示。
AK-13冷料配合比表4.8
材料名称
10~20碎石
5~10碎石
石屑
矿粉
配合比成分
57%
0
40%
3%
注：
该配比可作为冷料仓上料参考比例，生产时应根据拌合楼的除尘能力及时调整。
图4.2冷料配合比合成级配曲线
根据施工指南的要求，采用的AK-13沥青混合料目标配合比如表4.9所示：
AK-13目标配合比各筛孔通过率表4.9
筛孔
26.5
19
16
13.2
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
通过率%
100
100
100
100
70
48.5
33.5
21.5
14.5
11
8
6
4.3.2马歇尔试验
AK-13马歇尔试验结果如表4.10所示：
马歇尔试验结果（表干法）表4.10
油石比
毛体积密度
平均
稳定度（KN）
平均
流值（0.1mm）
平均
3.7%
2.393
2.408
10.938
10.938
31.13
31.50
2.407
8.306
33.88
2.406
13.109
27.35
2.411
11.854
33.61
4.0%
2.432
2.430
14.747
13.641
24.89
26.50
2.432
14.819
26.21
2.426
12.403
27.84
2.430
12.595
27.01
4.3%
2.445
2.445
14.226
12.148
35.89
31.70
2.435
12.477
28.35
2.440
7.829
35.32
2.449
14.06
27.15
4.6%
2.466
2.469
9.062
11.642
41.65
34.50
2.470
13.458
33.69
2.427
11.375
32.57
2.472
12.672
30.22
AK-13马歇尔体积指标试验结果如表4.11所示：
马歇尔体积指标表4.11
体积指标
油石比（%）
3.7
4.0
4.3
4.6
矿料全体的相对密度rm
2.707
2.707
2.707
2.707
试件的理论最大相对密度rt
2.555
2.544
2.533
2.523
试件的毛体积密度rsp，g/cm3
2.408
2.430
2.445
2.469
试件的空隙率Va（％）
5.8
4.5
3.5
2.1
沥青饱和度VFA（%）
59.5
67.2
74
83
矿料间隙率（VMA）（%）
14.2
13.7
13.4
12.5
沥青体积率Vb（％）
8.2
8.9
9.6
9.7
根据以上的试验结果，确定AK-13结构层的油石比过程如图4.3所示：
图4.3最佳沥青用量
OAC1=4.2%
OACmin=3.9%OACmax=4.33%
OAC2=4.1%
OAC=（OACmin+OACmax）/2=4.2%
确定最佳油石比为4.2%Va=3.8%毛体积密度ρ=2.441g/cm3
4.4沥青混合料路用性能指标检验（对应于最佳油石比）
4.4.1高温稳定性（车辙试验）
根据AK-13（表面层）沥青混合料组成设计结果，OAC=4.3%、沥青混合料试件毛体积密度ρ=2.431g/cm3、拌和温度177℃、成型温度173℃制作车辙试件进行车辙试验，试验结果见表4.12。
试验结果满足技术要求。
车辙试验结果表4.12
试件
编号
试件厚度（cm）
试验温度
（℃）
轮压
（MPa）
动稳定度
（次/mm）
平均
技术要求
1
5.0
60
0.7
≥2800
2
5.0
60
0.7
4.4.2水稳性评价（冻融劈裂）
根据AK-13（表面层）配合比设计试验结果及美国ASTMT283沥青混合料水稳性评价试验方法要求，对AK-13沥青混合料进行不同击实次数的击实试验以确定7%空隙率对应的击实次数，并按7%左右的空隙率成型冻融劈裂试件（冻融与未冻融每组六个试件）进行冻融劈裂试验。
冻融劈裂试验结果见表4.13。
残留强度比满足施工指南要求（≥80%）。
AK-13冻融劈裂试验结果表4.13
试件
击实次数
空隙率（%）
劈裂强度（MP）
残留强度比TSR
冻融试件
%
未冻融试件
4.4.3低温弯曲试验
根据试验内容要求对表面层沥青混合料进行低温弯曲试验，测定沥青混合料在-10℃条件下的极限应变、劲度模量及抗弯强度以评价各种沥青混合料的低温抗裂性。
试验结果见表4.18。
表面层沥青混合料低温弯曲试验结果表4.14
混合料类型
极限应变（×10－6）
抗弯强度（MPa）
劲度模量（MPa）
AK-13
技术要求
≥2500
表面层沥青混合料低温弯曲试验结果表明：
AK-13沥青混合料低温抗裂性均满足设计要求。
五、结论
1、从试验结果表明，施工单位所提供的原材料中，重交沥青AH-70的各项指标均满足规范要求，但软化点（46.0℃）刚好满足规范要求，不能能满足施工技术指南（47℃）的要求，老化后沥青的针入度比不满足施工技术指南的要求；粗集料满足技术指标要求；细集料中小于0.075的通过率（8.6%）大于规范值（3%），不满足技术指南要求，建议在集料加工过程中对细集料进行除尘，减少细集料中的粉尘含量；矿粉质量满足技术要求。
沥青混合料的冷料仓配比，根据现有的筛分结果，建议AK-13冷料配合比为：
材料名称
10~20碎石
5~10碎石
石屑
矿粉
配合比成分
57%
0
40%
3%
该配比可作为冷料仓上料参考比例，生产时应根据拌合楼的除尘能力及时调整，尤其是矿粉的掺量。
通过调整冷料仓的配合比，使得矿料级配应接近级配范围中值。
2、马歇尔试验结果确定AK-13最佳沥青用量为4.2%（油石比），混合料各体积指标满足要求。
3、混合料性能检验（高温稳定性、水稳性、低温抗裂性）结果满足技术要求。
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