新疆重载交通下S327线路面沥青混合料配合比设计解读.docx
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新疆重载交通下S327线路面沥青混合料配合比设计解读
新疆重载交通下S327线路面沥青混合料配合比设计
摘要：
针对新疆地区重载交通下s327道路面沥青中面层AC-25F和下面层AC-20C配合比设计，通过对石灰岩、破碎砾石等不同岩料的岩性分析、试验技术指标的对比及其马歇尔试验结果的分析对比，探讨两种材料分别在重载交通下对路面产生的影响，从而得出在新疆地区石灰岩沥青混泥土较优于破碎砾石，能更好的适应重载交通。
关键词：
重载交通；沥青混凝土；石灰岩；破碎砾石；马歇尔试验
XinjiangS327circuitunderheavytrafficasphaltmixturedesign
Abstract：
AccordingtothemixdesignofpavementunderheavytrafficroadasphaltinXinjiangareas327andAC-25FbelowAC-20C,contrastiveanalysis,throughthelimestone,brokengravelofdifferentrocklithologycontrasttestingandMarshalltestresults,tostudytheinfluenceoftwokindsofmaterialsareunderheavytrafficonpavement,soastoarriveattheXinjianglimestoneasphaltconcreteissuperiortocrushedgravel,canbetteradapttotheheavytraffic.
Keywords:
Heavytraffic;asphaltconcrete;limestone;crushedgravel;Marshalltest
1绪论
1.1研究目的及意义
1.1.1研究目的
不同岩料的岩性、技术指标及马歇尔试验结果对道路的设计有重要的参考价值，本文通过对石灰岩、破碎砾石的研究对新疆地区s327道路设计作出参考，从而更好的应对新疆地区的重载交通。
1.1.2研究意义
当前，我国车辆的超载、超限情况十分普遍，重载（这里重载是指单轴轴载大于130kn或双轴轴载大于220kn的轴载）车辆日益显著增加。
通过对早期损坏现象的综合研究，我们发现重载对沥青路面所造成的损坏主要集中于疲劳开裂和车辙损坏，其原因主要是沥青面层的抗剪能力不足所致。
随着公路运输量日益增长和运输向重型化发展，尤其是高等级公路渠化交通的运行，沥青路面永久变形已成为突出的问题。
所以高等级公路的大量修建、重载交通的日益严重，重载作用对沥青路面的影响日益引起人们的重视。
对路面材料设计、结构设计提出了一些设想和建议，使所研究的沥青路面更能适应新的交通特性，关系到未来我国道路重载交通的发展方向，对我国经济发展有着重要的保障。
2项目介绍
S327线将军庙-北山煤窑-芨芨湖公路建设项目起点位于S228线与Z917线（准东公路）平面交叉处，对应S228线K253+626.480，Z917线K92+190处，终点芨芨湖（K73-623.136），对应S228线K303+149.537处。
沿线主要控制点为将军庙交叉口、矿界走廊带、石钱滩景区、北山煤窑生活区、规划哈将铁路下穿通道、芨芨湖平交口。
全线按时速80km/h平原微丘区二级公路标准进行建设，路基宽度为12m，路面宽度为10.5m。
将军庙～国防公路段（K0~K29）为新建工程，国防公路～北山煤窑生活区段（K29～K44）利用旧路走廊带、新建路基，北山煤窑生活区～芨芨湖段（K44~K73）利用旧路路基改建加宽。
施工图设计阶段全线线路在初步设计成果的基础上对部分线路进行了重新调整，路线全长为74.069704km。
3原材料
通过对新疆地区S327公路及阿卡高速公路进行了广泛的调查与具体试验。
现根据《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）以下简称（规范）对高等级公路沥青混凝土路面表面层所用集料的技术指标要求，结合本文的调研与试验结果,对S327公路沥青混凝土路面表面层采用石灰岩集料和破碎砾石集料的可行性做简要分析和对比。
3.1岩料
3.1.1两种集料岩性
（1）破碎砾石：
砾石是风化岩石经过水流长期搬运形成的粒径大致在2mm-60mm之间的无棱角的天然粒料。
砾石经过一定的人过后形成的形状不规则的且带有一定尖锐边角的石块就是破碎砾石。
与天然砾石相比较，破碎砾石具有一定的破碎面和棱角性，这就增强了集料与粘结料的结合力；另外，破碎砾石与一般碎石而言，因为破碎砾石是天然砾石经过一定的人工后形成的，天然砾石产地丰富，因此，破口砾石资源也较为丰富，若能充分利用，将大大降低工程成本。
（2）石灰岩：
石灰岩简称灰岩。
以方解石为主要成分的碳酸盐岩。
有时含有白云石、粘土矿物和碎屑矿物，有灰、灰白、灰黑、黄、浅红、褐红等色，硬度一般不大，与稀盐酸反应剧烈。
结构较为复杂，有碎屑结构和晶粒结构两种。
碎屑结构多由颗粒、泥晶基质和亮晶胶结物构成。
颗粒又称粒屑，主要有内碎屑、生物碎屑和鲕粒等，泥晶基质是由碳酸钙细屑或晶体组成的灰泥，质点大多小于0.05毫米，亮晶胶结物是充填于岩石颗粒之间孔隙中的化学沉淀物，是直径大于0.01毫米的方解石晶体颗粒；晶粒结构是由化学及生物化学作用沉淀而成的晶体颗粒。
石灰岩主要是在浅海的环境下形成的。
石灰岩按成因可划分为粒屑石灰岩（流水搬运、沉积形成）；生物骨架石灰岩和化学、生物化学石灰岩。
按结构构造可细分为竹叶状灰岩、状灰岩、团块状灰岩等。
石灰岩的主要化学成分是CaEO3易溶蚀，故在石灰岩地区多形成石林和溶洞，称为喀斯特地形。
3.3.2两种集料在AC-25F配合比设计中的技术指标对比
表1：
沥青混合料破碎砾石集料质量技术要求
指标
单位
粒径（mm）
试验结果
高速公路及一级公路
表面层
其他层次
表观相对密度
g/cm3
0~5
2.674
≥2.5
g/cm3
5~10
2.718
≥2.60
≥2.50
g/cm3
10~20
2.716
≥2.60
≥2.50
g/cm3
20~30
2.720
≥2.60
≥2.50
毛体积相对密度
g/cm3
0~5
2.561
—
g/cm3
5~10
2.667
—
—
g/cm3
10~20
2.681
—
—
g/cm3
20~30
2.683
—
—
针片状含量
%
＞9.5
7
≤18
≤20
%
＜9.5
6
≤12
≤15
压碎值
%
10~20
21.2
≤26
≤28
洛杉矶磨耗损失
%
C级
17.8
≤28
≤30
%
B级
16.5
≤28
≤30
水洗法＜0.075含量
%
0~5
2.1
≤3
%
5~10
0.6
≤1
≤1
%
10~20
0.5
≤1
≤1
%
20~30
0.3
≤1
≤1
棱角性（流动时间）
s
0~5
47.2
≥30
—
表2：
沥青混合料石灰岩集料质量技术要求
指标
单位
粒径（mm）
试验结果
高速公路及一级公路
表面层
其他层次
表观相对密度
g/cm3
0~3
2.721
≥2.5
g/cm3
3~5
2.696
≥2.60
g/cm3
5~10
2.721
≥2.60
≥2.50
g/cm3
10~20
2.726
≥2.60
≥2.50
g/cm3
20~30
2.728
≥2.60
≥2.50
毛体积相对密度
g/cm3
0~3
2.692
—
g/cm3
3~5
2.658
—
—
g/cm3
5~10
2.694
—
—
g/cm3
10~20
2.706
—
—
g/cm3
20~30
2.716
—
—
针片状含量
%
＞9.5
10.5
≤18
≤20
%
＜9.5
6.7
≤12
≤15
压碎值
%
10~20
18.2
≤26
≤28
洛杉矶磨耗损失
%
C级
14.8
≤28
≤30
%
B级
21.5
≤28
≤30
水洗法＜0.075含量
%
0~5
1.9
≤3
%
5~10
0.5
≤1
≤1
%
10~20
0.5
≤1
≤1
%
20~30
0.3
≤1
≤1
棱角性（流动时间）
s
0~5
47.2
≥30
—
（1）表观相对密度：
集料表现相对密度在沥青混合料体积计算时是一个非常重要的参数，但是否需要作为集料的一个指标值得讨论。
规范要求粗集料的表现相对密度≥2.60g/cm³，根据试验结果如见表1与表2对比，石灰岩的表面密度平均值为2.718大于破碎砾石的表面密度2.707。
（2）毛体积相对密度：
毛体积相对密度的测定影响到沥青混合料的孔隙率、矿料间隙率、饱和度等沥青混合料体积指标能否满嘴要求。
根据试验结果如见表1与表2对比，总体而言，石灰岩的毛体积相对密度平均值为2.693大于碎砾石的相对密度2.648。
（3）针片状颗粒含量：
规范要求针片状颗粒含量不大于12%（粒径小于9.5mm）。
根据试验结果表明，无论在粒径小于9.5mm或大于9.5mm的前提下，石灰岩针片状颗粒含量均大于破碎砾石。
（4）石料压碎值：
是石料在连续增加的荷载下，抵抗压碎的能力。
它作为衡量石料相对强度的一个指标，用以评价公路路面所用集料的质量。
规范要求石料压碎值≤26%，根据试验表明，石灰岩的压碎值为18.2%小于破碎砾石的21.2%。
（5）洛杉矶磨耗损失：
用于评定抗滑表层的集料抵抗车轮磨耗的能力。
洛杉矾磨耗损失越小，表明集料的耐磨性越好。
我国洛杉矶磨耗损失标准为28%，比美国高得多，美国50%以上的州沥青混凝土路面表面层最大允许值为40%，36%的州采用45%的磨耗损失作为标准。
根据试验结果表明C级破碎砾石的洛杉矶磨耗损失为17.8%，石灰岩的磨耗损失为14.8%；B级破碎砾石的洛杉矶磨耗损失为16.5%，石灰岩的磨耗损失为21.5%。
（6）水洗法<0.075mm颗粒含量：
对于粗集料，规范要求该指标控制在1%以内；对于粗集料，规范要求该指标控制在10%以内。
根据试验结果表明，石灰岩的平均值为0.43小于破碎砾石的0.46。
（7）对沥青的粘附性：
沥青混凝土路面在水与交通荷载的同时作用下，可能引起沥青与集料界面的粘附性降低，并导致剥落、松散、坑洞等破坏，在潮湿多雨及春融期是一种常见的路面病害。
一般来说碱性集料与沥青有良好的结合力，而酸性集料结合力较弱，遇水极易剥落。
石灰岩、安山岩、玄武岩等碱性或中性集料与大多数沥青有较好的粘附性，且三者按照粘附性等级排序为石灰岩＞安山岩＞玄武岩，因此石灰岩对沥青的粘附性是最强的，可以有效地提高抗水损害能力。
（8）破碎面积：
规范要求该指标不小于90%是针对卵石而言的，而石灰岩集料均为碎石，可以说达到了100%。
（9）石料磨光值：
沥青路面在使用过程中，经过车轮反复滚动摩擦的作用，集料表面会被逐渐磨光，从而导致道路表面光滑，尤其在雨季会因此而酿成车祸。
为满足行车安全、舒适的要求，路面表面需满足宏观平整、微观粗糙的要求，尤其是高等级公路，对路面的抗滑耐磨性能提出了较高的要求，现行规范要求石料磨光值不得小于42BFN。
从以上9个指标分析结果可知，按照现行规范，石灰岩集料的技术指标优于破碎砾石的技术指标。
3.3.3两种集料在AC-20C配合比设计中的技术指标对比
表3：
沥青混合料破碎砾石集料质量技术要求
指标
单位
粒径（mm）
试验结果
高速公路及一级公路
表面层
其他层次
表观相对密度
g/cm3
0~3
2.562
≥2.5
g/cm3
3~5
2.681
≥2.60
≥2.50
g/cm3
5~10
2.718
≥2.60
≥2.50
g/cm3
10~20
2.716
≥2.60
≥2.50
g/cm3
水洗砂
2.544
≥2.5
毛体积相对密度
g/cm3
0~3
2.468
—
g/cm3
3~5
2.576
—
g/cm3
5~10
2.667
—
—
g/cm3
10~20
2.681
—
—
g/cm3
水洗砂
2.404
—
针片状含量
%
＞9.5
7
≤18
≤20
%
＜9.5
6
≤12
≤15
压碎值
%
10~20
21.2
≤26
≤28
洛杉矶磨耗损失
%
C级
17.8
≤28
≤30
%
B级
16.5
≤28
≤30
水洗法＜0.075含量
%
0~5
2.1
≤3
%
5~10
0.6
≤1
≤1
%
10~20
0.5
≤1
≤1
%
20~30
0.3
≤1
≤1
棱角性流动时间
s
0~5
47.2
≥30
—
表4：
沥青混合料石灰岩集料质量技术要求
指标
单位
粒径（mm）
试验结果
高速公路及一级公路
表面层
其他层次
表观相对密度
g/cm3
天然砂
2.691
≥2.5
g/cm3
0~3
2.721
≥2.5
g/cm3
3~5
2.696
≥2.6
g/cm3
5~10
2.721
≥2.60
≥2.50
g/cm3
10~20
2.726
≥2.60
≥2.50
毛体积相对密度
g/cm3
0~3
2.692
—
—
g/cm3
3~5
2.658
—
—
g/cm3
5~10
2.694
—
—
g/cm3
10~20
2.706
—
—
压碎值
%
9.5-13.2
23.0
≤26
≤28
（1）表观相对密度：
根据试验结果如见表3与表4对比，石灰岩的表面密度平均值为2.711大于破碎砾石的表面密度2.6442。
（2）毛体积相对密度：
根据试验结果如见表3与表4对比，总体而言，石灰岩的毛体积相对密度平均值为2.6875大于碎砾石的相对密度2.5592。
（3）石料压碎值：
根据试验表明，石灰岩的压碎值为23.0%大于破碎砾石的21.2%。
从以上3个试验指标分析结果可知，按照现行规范，石灰岩集料的技术指标优于破碎砾石的技术指标。
4两种岩料AC-25F目标配合比设计
4.1破碎砾石AC-25F目标配合比设计
表5破口砾石AC-25F矿料级配计算表
筛孔
碎石
碎石
碎石
碎石
砂
矿粉
合成
中值
范围
mm
20-30
10--20
5--10
0--5
31.5
100
100
100
100.0
100
100
100.0
100
100
100
26.5
57.4
100
100
100.0
100
100
94.0
95
90
100
19
5.0
98.6
100
100.0
100
100
86.4
82.5
75
90
16
1.8
72.5
100
100.0
100
100
79.4
74
65
83
13.2
0.3
36.4
100
100.0
100
100
70.1
66.5
57
76
9.5
0
2.2
94.6
100.0
100
100
60.4
55
45
65
4.75
0
0.2
9.9
100.0
100
100
42.1
38
24
52
2.36
0
0
0.2
88.3
99.7
100
37.0
28
16
40
1.18
0
0
0
61.6
78.7
100
28.3
22.5
12
33
0.6
0
0
0
38.2
54.3
100
20.3
16
8
24
0.3
0
0
0
19
18.9
99.2
12.4
11
5
17
0.15
0
0
0
11
3.8
91.8
8.7
8.5
4
13
0.075
0
0
0
3.9
0.2
75.2
5.5
5
3
7
配比：
14
25
21
26
8
6
100
图1
4.2石灰岩AC-25F目标配合比设计
表6石灰岩AC-25F矿料级配计算表
筛孔
碎石
碎石
碎石
碎石
碎石
砂
矿粉
合成
中值
范围
mm
20-30
10--20
5--10
3--5
0--3
31.5
100.0
100.0
100.0
100.0
100.0
100.0
100.0
100.0
100
100
100
26.5
89.4
100.0
100.0
100.0
100.0
100.0
100.0
97.9
95
90
100
19
25.6
98.6
100.0
100.0
100.0
100.0
100.0
84.8
82.5
75
90
16
4.6
80.3
100.0
100.0
100.0
100.0
100.0
76.2
74
65
83
13.2
2.0
48.0
100.0
100.0
100.0
100.0
100.0
67.9
66.5
57
76
9.5
1.2
5.2
96.4
100.0
100.0
100.0
100.0
56.9
55
45
65
4.75
0.7
0.3
11.6
99.8
100.0
100.0
100.0
41.2
38
24
52
2.36
0.0
0.0
0.2
7.4
99.9
85.8
100.0
33.2
28
16
40
1.18
0.0
0.0
0.1
0.6
67.9
67.3
100.0
24.7
22.5
12
33
0.6
0.0
0.0
0.0
0.4
35.8
48.1
100.0
16.4
16
8
24
0.3
0.0
0.0
0.0
0.0
12.2
18.1
99.4
9.0
11
5
17
0.15
0.0
0.0
0.0
0.0
4.8
4.2
93.5
6.0
8.5
4
13
0.075
0.0
0.0
0.0
0.0
0.4
0.2
77.9
4.0
5
3
7
配比：
20
24
17
5
21
8
5
100
图2
5两种岩料AC-25F的马歇尔实验
5.1混合料加热、拌合及成型温度要求
沥青加热温度控制在150~160℃；集料加热温度为160~190℃；矿粉加热温度155~170℃；混合料拌合温度为140~160℃；击实成型温度130~150℃；混合料最高温度（废弃温度）190℃。
5.2对两种岩料初定油石比并进行马歇尔试验
根据沥青配合比设计方法，初步确定石灰岩油石比3.0%、3.5%、4.0%、4.5%、5.0%，破碎砾石的油石比3.0%、3.5%、4.0%、4.5%、5.50%，分别进行马歇尔试验，测定沥青混合料的毛体积相对密度、空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度、稳定度、流值。
表7石灰岩马歇尔试验试验结果
试件编号
油石比（%）
试件密度（g/cm3）
空隙率（%）
矿料间隙率（%）
沥青饱和度（%）
稳定度（kN）
流值（0.1mm）
实测
理论
1
3.0
2.432
2.579
5.7
12.6
54.6
14.75
21.5
2
3.5
2.450
2.566
4.5
12.4
63.5
15.65
23.7
3
4.0
2.464
2.544
3.1
12.2
74.4
14.53
28.0
4
4.5
2.475
2.524
2.0
12.3
84.1
13.25
34.9
5
5.0
2.462
2.500
1.5
13.2
88.5
11.89
38.7
技术要求
—
—
—
3~6
≥12
55~70
≥8
15~40
表8破碎砾石马歇尔试验试验结果
试件编号
油石比（%）
试件密度（g/cm3）
空隙率（%）
矿料间隙率（%）
沥青饱和度（%）
稳定度（kN）
流值（0.1mm）
实测
理论
1
3.0
2.439
2.560
4.7
9.7
51.6
18.32
33.0
2
3.5
2.442
2.538
3.8
10.1
62.6
15.62
37.0
3
4.0
2.450
2.526
3.0
10.2
70.6
13.75
39.0
4
4.5
2.438
2.491
2.1
11.1
80.9
13.12
40.0
5
5.0
2.431
2.478
1.9
11.8
83.9
11.01
44.9
技术要求
—
—
—
3~6
≥12
65~75
≥8
15~40
5.3最佳油石比马歇尔试验
根据试验确定的最佳沥青用量，进行马歇尔试验，进一步验证最佳沥青用量下混合料是否满足规范要求。
表9石灰岩最佳沥青用量下混合料
试件编号
油石比（%）
试件密度（g/cm3）
空隙率（%）
矿料间隙率（%）
沥青饱和度（%）
稳定度（kN）
流值（0.1mm）
实测
理论
AC25F
3.7
2.455
2.556
3.9
12.4
68.2
14.81
25.4
技术
-
-
-
3~6
≥12
55~70
≥8
15~40
表10破碎砾石最佳沥青用量下混合料
试件编号
油石比（%）
试件密度（g/cm3）
空隙率（%）
矿料间隙率（%）
沥青饱和度（%）
稳定度（kN）
流值（0.1mm）
实测
理论
AC25F
3.8
2.437
2.515
3.1
10.6
70
升级会员 