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(AC-16C)沥青混合料目标配合比报告


G210 线 K2729-K2734 水南路路面中修工程 沥青混凝土(AC-16C)目标配合比设计

公路管理局中心试验室

2010 年 06 月 18 日





一、 任务来源

二、 原材料试验

三、 沥青最佳用量确定

四、 水稳定性检验

五、 高温稳定性检验

六、 推荐的目标配合比

1

七、 结束语

一、任务来源
2010 年 06 月 10 日受金城江公路管理局№.1 合同段的委托, 我试验室对 G210 线水 南路路面中修工程沥青混凝土路面(AC-16C)进行配合比设计。根据 JTG F40-2004《公 路沥青路面施工技术规范》 ,对其它等级公路粗型密级配沥青混凝土应满足下表要求: 项目 空隙率(VV) 矿料间隙率(VMA) 沥青饱和度(VFA) 稳定度 流值 动稳定度 浸水马歇尔试验残留稳定度 冻融劈裂试验残留强度比 (%) (%) (%) (kN) (mm) (次/mm) (%) (%) 技术要求 3~6 ≥14.0 65~75 ≥5 2~4.5 ≥2800(夏炎热区 1-4) ≥85(潮湿区) ≥80(潮湿区)

我们依据 JTJ 052-2000《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》进行了配合比设计, 现将试验结果报告如下:

二、原材料试验:
1、沥青 采用茂名石化沥青,规格为 AH--90,试验温度为 15℃密度为 1.036 g/cm3。应委托 单位要求,对该沥青进行了针入度、延度、软化点三项性能试验。其结果如下:
2

针入度 试验项目 (25 ℃ 100 g 5 s) (0.1 mm) 设计要求 100>针入度≥80

软化点(℃) (环球法)

延 度 (15 ℃ 5 cm/min) (cm) >100

52>软化点≥42

试验结果

89

52.0

>100

从试验结果看,该沥青所检项目均符合设计要求外。应委托单位要求,该试验继续进 行。

2、矿料 采用金城江永固石场的矿料。根据委托方要求,对该矿料进行了物理性能试验,试验 结果如下表: 集料物理指标试验结果
集料规格 1#碎石(9.5mm ~19.0 mm) 2#碎石(4.75mm~9.5 mm) 3#碎石(0mm~4.75 mm) 表观相对密度 2.726 2.731 2.710 毛体积相对密度 2.696 2.681 ——

3、矿质混合料配合比设计计算 (1)组成材料筛析试验 根据现场取样,委托单位提供 3 种级配的矿料。现将 1#碎石(9.5mm ~19.0 mm) # 、2 碎石(4.75mm~9.5 mm) #碎石(0mm~4.75 mm)原材料筛分试验结果列表如下(所有 、3 矿料的筛分均为水洗法筛分) :

组 成 材料 筛析 试 验结 果
3

筛孔尺寸(方孔筛) (mm) 材料名称
19.0 16.0 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075

通过百分率(%) 1#碎石
(9.5 mm~19.0mm) 100 93.2 68.6 23.0 1.0 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9

2#碎石
(4.75 mm~9.5mm)

100

100

100

92.6

25.9

5.9

4.0

3.1

2.8

2.6

2.4

3#碎石
(0 mm~4.75mm)

100

100

100

100

93.6

62.6

45.6

26.9

18.1

13.0

10.5

通过试算法计算组成材料配合比。根据委托单位提供的工程级配范围,AC-16C 粗型密 级配关键性筛孔为 2.36 mm,通过率应<38%,故在工程级配范围内计算 3 组粗细不同的 配合比,各种材料组成配合比计算如下表:

第 1 组矿质混合料组成配合计算表
筛孔尺寸(方孔筛) (mm) 材料组成 19.0 16.0 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075

通过百分率(%) 原材 料级 配
各矿质 材料在 混合料 中的级 配

1#碎石 100 % 2#碎石 100 % 3#碎石 100 % 1#碎石 40% 2#碎石 10 %

100 100 100 40.0 10.0

93.2 100 100 37.3 10.0

68.6 100 100 27.4 10.0

23.0 92.6 100 9.2 9.3

1.0 25.9 93.6 0.4 2.6

0.9 5.9 62.6 0.4 0.6

0.9 4.0 45.6 0.4 0.4

0.9 3.1 26.9 0.4 0.3

0.9 2.8 18.1 0.4 0.3

0.9 2.6 13.0 0.4 0.3

0.9 2.4 10.5 0.4 0.2

3#碎石 50 %

50.0

50.0

50.0

50.0

46.8

31.3

22.8

13.5

9.1

6.5

5.3

合成级配 级配范围(AC-16C) 级配中值

100 100 100

97.3 90-100 95

87.4 76-92 84

68.5 60-80 70

49.8 34-62 48

32.3 20-38 29

23.6 13-36 24.5

14.1 9-26 17.5

9.7 7-18 12.5

7.1 5-14 9.5

5.9 4-8 6

4

第 2 组矿质混合料组成配合计算表
筛孔尺寸(方孔筛) (mm) 材料组成 19.0 16.0 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075

通过百分率(%) 原材 料级 配
各矿质 材料在 混合料 中的级 配

1#碎石 100 % 2#碎石 100 % 3#碎石 100 % 1#碎石 40% 2#碎石 15 %

100 100 100 40.0 15.0

93.2 100 100 37.3 15.0

68.6 100 100 27.4 15.0

23.0 92.6 100 9.2 13.9

1.0 25.9 93.6 0.4 3.9

0.9 5.9 62.6 0.4 0.9

0.9 4.0 45.6 0.4 0.6

0.9 3.1 26.9 0.4 0.5

0.9 2.8 18.1 0.4 0.4

0.9 2.6 13.0 0.4 0.4

0.9 2.4 10.5 0.4 0.4

3#碎石 45 %

45.0

45.0

45.0

45.0

42.1

28.2

20.5

12.1

8.1

5.9

4.7

合成级配 级配范围(AC-16C) 级配中值

100 100 100

97.3 90-100 95

87.4 76-92 84

68.1 60-80 70

46.4 34-62 48

29.4 20-38 29

21.5 13-36 24.5

12.9 9-26 17.5

8.9 7-18 12.5

6.6 5-14 9.5

5.4 4-8 6

第 3 组矿质混合料组成配合计算表
筛孔尺寸(方孔筛) (mm) 材料组成 19.0 16.0 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075

通过百分率(%) 1#碎石 100 % 2#碎石 100 % 3#碎石 100 % 1#碎石 45% 2#碎石 15 %
100 93.2 68.6 23.0 1.0 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9

原材 料级 配

100

100

100

92.6

25.9

5.9

4.0

3.1

2.8

2.6

2.4

100

100

100

100

93.6

62.6

45.6

26.9

18.1

13.0

10.5

各矿质 材料在

45.0

41.9

30.9

10.4

0.5

0.4

0.4

0.4

0.4

0.4

0.4

15.0

15.0

15.0

13.9

3.9

0.9

0.6

0.5

0.4

0.4

0.4

5

混合料 中的级 配

3#碎石 40%

40.0

40.0

40.0

40.0

37.4

25.0

18.2

10.8

7.2

5.2

4.2

合成级配 级配范围(AC-16C) 级配中值

100

96.9

85.9

64.2

41.8

26.3

19.2

11.6

8.1

6.0

5.0

100

90-100

76-92

60-80

34-62

20-38

13-36

9-26

7-18

5-14

4-8

100

95

84

70

48

29

24.5

17.5

12.5

9.5

6

将 3 组矿料级配绘于下图中,由图可以看出,3 组合成级配曲线均为光滑平顺的曲线, 且满足工程级配规范要求。

材料名称

1#碎石
(9.5mm ~19.0mm)

2#碎石
(4.75mm ~9.5mm)

3#碎石
(0 mm-4.75 mm)

级配编号

40
掺配比例 (%)

10 15 15

50 45 40

第 1 组级配 第 2 组级配 第 3 组级配

40 45

6

100
第 3 组级配

90
第 2 组级配

80 70
第 1 组级配

60 50 40 30 20 10 0
工程级配范围

0.0750.15

0.3 0.6

1.18

2.36

4.75

9.5

13.2

16

19

根据计算得到的 3 组矿质混合料合成比例,按经验我们按 4.5%的沥青含量,分别制作 3 组级配的马歇尔试件,并测定试件的间隙率、空隙率和饱和度,测定结果见下表。

级配编号

沥青含量 (%)

间隙率 (%) 15.5 15.3 15.9

空隙率 (%) 5.5 5.2 5.8

饱和度 (%) 64.7 66.1 63.4

设计间隙率 (%)

设计空隙 率(%) 3-6 3-6 3-6

设计饱和 度(%) 65-75 65-75 65-75

第 1 组级配 第 2 组级配 第 3 组级配

4.5 4.5 4.5

≥14.0 ≥14.0 ≥14.0

由上表可以看出,3 组级配中只有第 2 组级配同时满足设计级配,因此选择第 2 组级 配做为设计级配。确定矿质混合料组成为:
材料名称 2#碎石
(9.5mm ~19.0mm)

3#碎石
(4.75mm ~9.5mm)

4#碎石
(0 mm-4.75 mm)

级配编号

7

掺配比例 (%)

40

15

45

第 2 组级配

三、沥青最佳用量确定
我们据现有材料及规范要求,以 5.0%的沥青含量为中值,采用 0.5 %间隔变化,即沥青 含量为 4.0 %-6.0 %,与第 2 组级配矿质混合料制备 5 组试件,马歇尔试件均是单个试件备 料,试件尺寸为φ 101.6mm×63.5mm,按规范要求每个试件双面各击实 50 次的方法成型。 1、物理指标测定 按上述方法成型的试件,沥青混合料理论最大相对密度用真空法实测,经 24h 后测定 其视密度、空 隙率、 沥青饱和度等 物理指 标(试验时的 水温 为 25℃,水的 密度 为 0.99703g/cm3) 。 2、力学指标测定 测定物理指标后的试件,在 60 ℃温度下测定其马歇尔稳定度。 马歇尔试验结果如下表所示, 并将规范要求的粗型密级配沥青混凝土混合料 (AC-16C) 各项指标的技术标准也列于下表中,供对照评定。

马歇尔试验物理-力学指标测定结果汇总表
编 号 1 2 3 4 5 沥青用量 (%)
4.0 4.5 5.0 5.5 6.0

试件毛体 积相对密 度
2.384 2.401 2.412 2.407 2.398

空隙率 VV (%)
6.3 4.9 3.8 3.2 2.9

沥青饱和 度 VFA (%)
58.6 67.3 74.8 79.4 82.3

间隙率 VMA (%)
15.2 15.1 15.1 15.7 16.5

稳定度 MS (kN)
15.81 16.17 16.99 16.71 15.60

流值 FL (mm)
2.8 3.3 3.6 4.0 4.3

马歇尔模数 T(kN/mm)
56.5 49.0 47.2 41.8 36.3

8

规范技术标准

——

3-6

65-75

≥14.0

≥5

2-4.5

——

3、马歇尔试验结果分析 ①绘制沥青与物理力学指标关系图。根据上表马歇尔试验结果汇总表,绘制沥青含量 与毛体积相对密度、空隙率、饱和度、矿料间隙率、稳定度、流值的关系图如下:
沥青含量与毛体积相对密度关系图
2.420
8.0

沥青含量与空隙率关系图
7.5

2.415

毛体积相对密度

空隙率(%)

2.410 2.405 2.400 2.395 2.390 2.385 2.380 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5

7.0 6.5 6.0 5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5

沥青含量(%)

沥 青 含 量 ( % )

沥青含量与饱和度图
90 85
17.0 17.5

沥青含量与矿料间隙率图

间隙率(%)

80

饱和度(%)

75 70 65 60

16.5 16.0 15.5 15.0

55 50 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 沥青含量(%)
14.5 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5

沥 青 含 量 ( % )

沥青含量与稳定度图
17.8 17.4 17.0
5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0

沥青含量与流值图

16.6 16.2 15.8 15.4 15.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5

流值(0.1mm)

稳定度(kN)

3.5

4.0

4.5

5.0

5.5

6.0

6.5

沥青含量(%)

沥 青 含 量 ( % )

9

16
空隙率 14

12
密 度 10

8 6
饱和度

4 2
间隙率

0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 沥青含量(%) 6.0 6.5

稳定度

②确定沥青用量初始值 1(OAC1) 。
流 值

从图中得相应于毛体积相对密度最大值的沥青用量 a1=5.00%,相应于稳定度最大的沥 青用量 a2= 5.00 %,相应于规定空隙率范围的中值的沥青用量 a3=4.70 %,相应规定饱和度 范围的中值沥青用量 a4= 4.70%。OAC1=(5.00%+5.00 %+4.70 %+4.70%)/4 =4.85 % ③确定沥青用量初始值 2(OAC2) 。 由 图 得 各 指 标 符 合 沥 青 混 合 料 技 术 指 标 的 沥 青 用 量 范 围 : OACmin =4.30 % OACmax = 5.00 % OAC2 =(4.30%+5.00 %) / 2 = 4.65 % ④综合确定最佳沥青用量(OAC) 。 按沥青最佳用量初始值 OAC1 = 4.85%检查各项指标均能符合粗型密级配沥青混凝土 混合料要求,由 OAC1 和 OAC2 的综合确定沥青最佳用量 OAC= 4.75%。
共同范围

四、水稳定性检验
采用沥青含量为 4.75%制备试件,在浸水 48h 后测定马歇尔稳定度,试验结果如下:

沥青混合料水稳定性试验结果
10

试验项目 沥青含量 (%)

浸水马歇尔试验残留稳定度 浸水马歇尔稳 定度 SM1(kN) 浸水残留稳定 度 SM0 (%)

冻融劈裂试验残留强度比

马歇尔稳定度 SM(kN)

未经冻融循环 RT1(MPa)

冻融循环 RT2 (MPa)

冻融劈裂抗拉 强度比(%)

4.75

16.05

14.88

93

1.02

0.92

90

规范要求

——

——

≥85

——

——

≥80

从上表试验结果可以看出,OAC =4.75%沥青含量水稳定性检验结果符合改性沥青混 合料(AC-16C)水稳定性的要求。

五、高温稳定性检验
同样,以沥青含量为 4.75%制备试件进行车辙试验,试验结果如下:

沥青混合料高温稳定性试验结果
沥青含量(%) 4.75 规范要求 试验温度(℃) 试验轮压(MPa) 60 —— 0.7 —— 试验条件 不浸水 —— 动稳定度 DS(次/mm) 4651 ≥2800

从上表试验结果可以看出, OAC=4.75%沥青含量动稳定性检验结果符合普通沥青混合 料(AC-16C)动稳定度的要求。

六、推荐的目标配合比
根据室内试验结果,综合各项技术指标的要求,并结合经济考虑全面权衡,根据委托
11

单位提供的矿料级配,经过马歇尔试验及其相关的验证试验,推荐的目标配合比为:最佳 沥青含量为 4.75 %,最佳油石比为 5.00%,试件毛体积相对密度为 2.408(毛体积密度为 2.401g/cm3) ,确定矿质混合料组成为:

材料名称 掺配比例 (%)

1#碎石
(9.5mm ~19.0mm)

2#碎石
(4.75mm ~9.5mm)

3#碎石
(0 mm-4.75 mm)

级配编号 第 2 组级配

40

15

45

七、结束语
根 据 委 托 方 要求 及 有 关 技 术 规 范 ,我 们 已 完 成 粗 型 密 级配 沥 青 混 凝 土 混 合 料 (AC-16C)的目标配合比设计。在进行生产配合比试验时,应根据拌和楼的实际情况选用 适当孔径的振动筛,并结合拌和机的除尘效果,适当增减矿粉的掺量,以便生产配合比的 混合矿料的级配尽可能与目标配合比的级配一致。

公路管理局中心试验室 2010 年 6 月 18 日

12

负责人:



核:



写:



验:

13

14


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