AC-16C沥青混凝土配合比计算书.doc

AC-16C沥青混凝土配合比计算书

高 速 沥 青 路 面 标

抗滑表面层AC-16C目标配合比报告

高速公路工程 合同段工地临时试验室
二○ 年 月

高速沥青路面
抗 滑 表 面 层 AC-16C目 标 配 合 比 报 告

1、依据规范和要求
1.1、《双永高速路面设计图纸》；
1.2、《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）；
1.3、《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052-2000）；
1.4、《公路工程集料试验规程》（JTG E42-2005）；
2、混合料的类型
2.1、沥青路面表面层混合料级配类型采用AC-16C型，属于细粒式密级配沥青混凝土。
3、表面层层位特点及设计重点
3.1、表面层是与行车直接接触的层面，因此，抗滑性要求表面形成一定的构造深度，表面有一定的粗糙性；但从微观上看，表面层还必须有一定的封水性能，防止水从路表面渗入下层造成水损害，这就要求表面层表面平整、密实。
在一定程度上，密水性与构造深度是互相矛盾的。因此，在保证混合料各项指标符合设计要求的前提下，如何同时保证构造深度与渗水满足设计要求，成为表面层配合比设计的重点之一；另外，本项目所处地区夏季温度较高、高温持续时间长，冬季不太冷，并且有可能出现重载交通路段，如何提高抗滑表面层的抗车辙能力也是上面层的设计重点。
4、原材料试验
优质的原材料是保证沥青混合料具有优良路用性能的先决条件，为了满足气候环境与交通对路用性能的要求，必须做好原材料的选择。
该配合比通过测试沥青、粗集料、细集料和矿粉等材料的性能和技术指标来检测材料是否满足规范及设计图纸要求，从而完成原材料的选择。
4.1、沥青
通过对该区域沥青路面发生早期损坏的情况分析，路面破坏的主要形式是水损害问题，而改性沥青在提高与集料的粘附性、粘结力方面，有着很好的效果。
本项目采用上海春宇实业有限公司生产的SBS改性沥青（I-D级），所检各项指标均符合有关规范、规定及设计要求，实测指标与技术要求见表1。

表1。SBS改性沥青（I-D级）试验指标与技术要求
试验项目
密度
(25℃)（g/cm3）
针入度(0.1mm)
延度
(5℃)(cm)
软化点
(℃)
弹性恢复
（25℃）（%）
旋转薄膜加热试验(RTFOT) 163℃，85min
质量损失(%)
针入度比(%)
延度(5℃)(cm)
规定值
实测记录
40-60
≥20
≥70
≥75
≤±1.0
≥65
≥15
实测值
1.026
56.0
32.0
78.5
84.0
0.3
87.3
16
4.2、集料
集料是沥青混合料的关键材料之一，其力学性能是决定混合料强度特性的最重要因素，它的颗粒形状不仅影响混合料的构架，也直接关系到混合料的抗车辙能力与抗疲劳性能等材料特性，此外，集料与沥青的粘附等级对混合料强度的形成也起关键作用，因此选择优质的集料是沥青混合料具有优良路用性能的重要保证。
对于沥青路面上面层而言，粗集料的磨光值指标决定了所选材料是否取舍。秀山石料场生产的辉绿岩碎石，磨光值由福州省公路工程试验检测中心站检验PSV=47，符合设计要求（PSV≥42）。
4.2.1粗、细集料
采用秀山石料场的石料，用反击破破碎机破碎生产的辉绿岩碎石，在破碎过程中，配以整形以及除尘设备，生产的辉绿岩碎石具有针片状少，砂当量高的特点，其规格为： 一号料：9.5-19mm、二号料：4.75-9.5mm、三号料：2.36-4.75mm 四号料：0-2.36mm；粗、细集料所检各项指标与技术要求见表2。

表2 粗、细集料的试验指标与技术要求
材料名称
试验项目
9.5-19mm
4.75-9.5mm
2.36-4.75mm
0-2.36mm
规定值
表观密度( g/cm3)
2.900
2.918
2.921
2.890
---
表观相对密度
2.907

2.925
2.928
2.896
≥2.6
毛体积相对密度
2.822
2.814
2.803

2.768
---
吸水率(%)
1.04
1.35
1.52
1.57
≤2
针片状(%)
> 9.5mm粒径
8.4

≤12
< 9.5mm粒径
11.8

≤18
压碎值(%)
---
15.6
---
---
≤20
磨耗值(%)
10.4
---
---
≤28
砂当量(%)
---
---
---
62
≥60
粘附性
5级
---
---
---
≥5级

从上表中粗细集料的各项指标可看出，本项目所选择的辉绿岩碎石，针片状少、视密度较大，磨耗值、压碎值较小，说明该石料坚硬、耐磨、耐久性好。
另一方面，该石料表面凹凸粗糙，合成吸水率1.33%，能够吸附较多的沥青结合料，使混合料有较厚的沥青膜，有利于路面水稳定性。
4.3、填料
沥青混合料的填料宜采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等石料经磨细得到的矿粉，本项目采用龙岩市东元矿粉有限公司生产的矿粉，所检各项指标均符合规范及有关规定要求实测试验指标见表3：
表3。矿粉的试验指标与技术要求
试验
项目
表观
相对密度( g/cm3)
含水量(%)
粒度范围
外观
亲水
系数
(%)
塑性
指数
＜0.6
＜0.15
＜0.075
规定值
≥2.50
≤1
100
90-100
75-100
无团粒结块
＜1
＜4
实测值
2.674
0.6
100
93.6
85.1
无团粒结块
0.76
3．0

4.4、抗剥落剂
用抗剥落剂可以增强沥青与集料的粘附性，从而保证沥青混合料具有较高的抗水损害性。本项目在矿粉中掺入20% 消石灰，作为抗剥落剂。并通过水煮法对其进行检验，粘附性有明显的改善。
5、沥青混合料矿料级配的确定
在组成沥青混合料的原材料选定后，沥青混合料的技术性质在很大程度上取决于集料间的级配组成，沥青混合料由于集料的级配不同，可以形成不同的组成结构。
综合该项目所处的温度区划，考虑路面抗车辙能力的需要，减少4.75 mm及2.36mm集料的通过率，并选用较高的设计空隙率是比较有效的方法，在对本地区周围路面表面层矿料级配使用实际情况调查研究的基础上，经过多次调整，综合以下三点确定级配范围：
5.1.尽可能减少最粗的粗集料，以减少沥青混合料的粗细集料离析。
5.2.适当减少细集料中的细粉部分用量，以适当减小粉胶比并避开驼峰级配。
5.3.增加中间档次的集料，以加强沥青混合料的嵌挤作用。
兼顾渗水与构造深度要求，根据对代表性集料筛分结果,拟定矿料的配合比为1# ： 2# ： 3#：4#：矿粉 =25：29 ：10 ：33.5：2.5。合成级配如表4.

表4 AC-16C级配各档料比例及合成级配
集料
规格（mm）
集料
比例（%）
19
16
13.2
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
100-100
90-100
76-92
60-80
34-62
20-48
13-36
9-26
7-18
5-14
4-8
9.5-19
25
100
86.3
34.1
0.9
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
4.75-9.5
29
100.0
100.0
100.0
83.1
1.4
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
0.9
2.36-4.75
10
100.0
100.0
100.0
100.0
82.7
1.2
0.5
0.5
0.4
0.4
0.4
0-2.36
33.5
100.0
100.0
100.0
100.0
97.3
81.1
57.1
38.3
22.8
14.7
7.9
矿粉
2.5
100.0
100.0
100.0
100.0
100
100
100
100
100
93.6
85.1
合成级配
100
100.0
96.6
83.5
70.3
44
30.3
22.1
15.8
10.6
7.7
5.2
级配中值
100
95.0
84.0
70.0
48.0
34.0
24.0
17.5
12.5
9.5
6.0
级配上限
100
100
92
80
62
48
36
26
18
14
8
级配下限
100
90
76
60
34
20
12
9
7
5
4

图1。AC-16C级配曲线图
6、确定最佳沥青用量
双永高速公路沥青抗滑表面层AC-16C级配沥青混合料，采用马歇尔试验确定沥青混合料的最佳沥青用量。每组沥青混合料按照《公路工程沥青与沥青混合料试验规程》(JTJ 052－2000)的要求，按照预估最佳沥青用量为中值，以0.5%间隔变化油用量，配置5种不同的沥青用量成型马歇尔试件，分别在规定的试验温度及试验时间内用马歇尔仪测定稳定度和流值，同时计算空隙率、饱和度及矿料间隙率，然后按照《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)规定的方法确定最佳沥青用量。
6.1、最大理论相对密度的计算。
根据已确定的各档矿料比例、表观相对密度、毛体积相对密度、沥青相对密度γb（25℃/25℃），等，根据公式：
(1) ωx=（1/γsb-1/γsa）*100=（1/2.796-1/2.904）=1.33
(2) C=0.033ωx2-0.2936ωx+0.9339=0.60
(3) γse=C*γsa+(1-C)*γsb =2.861
(4) γti =(100+Pai)/(100/γse+Pai/γb)
计算可得不同油用量对应的最大理论相对密度如下表：
表5。AC-16C最大理论相对密度计算表
油用量（油石比）%
3.7（3.84）
4.2（4.38）
4.7（4.93）
5.2（5.49）
5.7（6.04）
γti
2.683
2.661
2.639
2.618
2.596
6.2、马歇尔击实
根据已确定的合成级配比例，配制合成矿料，并按规范JTJ052-2000试验方法室内拌制混合料进行马歇尔击实，用马歇尔试验确定最佳油用量，分别以油用量比3.7%，4.2%，4.7%，5.2%，5.7%成型马歇尔试件(双面各击实75次)，击实后的试件冷却至室温脱模，测定其各项物理力学指标，其结果表5：
表6. 沥青混合料试验指标
油用量
(油石比)
（%）
混合料的各项技术指标
γf
γsb
γti
VV（%）
VMA(%)
VFA(%)
稳定度(KN)
流值(0.1mm)
3.7（3.84）
2.476
2.796
2.683
7.7
14.6
47.6
15.26
30.3
4.2（4.38）
2.496
2.796
2.661
6.2
14.5
57.3
15.65
33.3
4.7（4.93）
2.514
2.796
2.639
4.7
14.3
66.8
16.56
39.0
5.2（5.49）
2.510
2.796
2.618
4.1
14.9
72.5
16.03
42.5
5.7（6.04）
2.507
2.796
2.596
3.4
15.4
77.8
15.36
44.6

6.2、绘制VMA、VFA、密度、马歇尔稳定度、流值与油用量关系如图：

图2 密度与油用量关系

图3 稳定度与油用量关系图

图4 空隙率与油用量关系

图5 流值与油用量关系图

图6 矿料间隙率与油用量关系图

图7 饱和度与油用量关系图

稳定度
空隙率
流值
饱和度
矿料间隙率
共同范围
3.8 4.4 4.9 5.5 6.0
油石比：

6.3、根据其关系图,得到如下数据:
根据试验结果，因密度有最大峰值，稳定度也有最大值，从图可得a1=4.90 a2=4.90 a3=5.02 a4=5.15，则OAC1=( a1 +a2 +a3 +a4)/4=4.99%。再从图可得OACmin = 4.77%，OACmax=4.97%，且OAC1位于OACmin~ OACmax之间；则OAC2=（OACmin+OACmax）/2=4.87%，即此目标配合比最佳油石比OAC=(OAC1+OAC2)/2=4.93%，即最佳油用量为4.7%。
由计算的最佳油用量，查以上关系图，得到对应的VV，及VMA（14.3）值，满足沥青路面施工设计说明中关于最小VMA（≥12.5）要求.
故我部确定其最佳油用量为4.7%,并对最佳油用量进行验证，试验结果如下表：
表7. 最佳沥青用量验证结果
各项指标
γf
γsb
γt
VV（%）
VMA(%)
VFA(%)
稳定度(KN)
流值(0.1mm)
残留稳定度（%）
规定值
---
---
---
3．0-6.0

65-75
≥8.0
15-40
>85
实测值
2.510
2.796
2.639
4.9
14.5
66.0
16.08
38.8
89.4

6.4、检验最佳油石比时的粉胶比
γse=C*γsa+(1-C)*γsb =2.861
Pba=(2.861-1.026)/(2.861*2.796)* 1.026*100=23.54%
Pbe=4.7-0.235*0.953/100=4.48%
FB=P0.075/ Pbe=5.2/4.48=1.16
FB在0.8-1.2之间
符合要求。
6.5、有效沥青膜厚度
SA=4.96m2/kg
DA=4.48/(1.026*4.96)*10=8.80μm
对于密级配沥青混合料，沥青膜的厚度宜大于6μm.
符合要求。
7、配合比的设计检验
7.1水稳定性试验
对混合料进行水稳定性试验，进行浸水马歇尔实验时，试件分两组，每组6个平行试件。一组在60℃水浴中保养0.5h后测其马歇尔稳定度S1；另一组在60℃水浴中恒温保养48h后测其马歇尔稳定度S2；计算残留稳定度S0= S2/ S1×100%。试验结果如下表。
表8. 浸水马歇尔稳定度试验结果
沥青种类
油用量（油石比）
（%）
稳定度S1
（kN）
稳定度S2
（kN）
残留稳定度S0
（%）
规定值
(%)
SBS (I-D)
4.7（4.93）
16.08
14.38
89.4
≥85

浸水马歇尔残留稳定度见上表为89.4% ，符合设计及规范要求。
其它各项指标已由福建省公路工程试验检测中心站检验合格。
各项原材料试验资料附后。
根据上述内容，我部拟采用最佳沥青用量为4.7%，即最佳油石比4.93%，
矿料比例为：
1#（9.5-19mm） ：2#（4.75-9.5mm）：3#（2.36-4.75mm）4#（0-2.36mm）：矿粉
= 25: 29: 10: 33.5:2.5
作为B3标AC-16C型密级配沥青混凝土路面抗滑表面层目标配合比，请予批示。

中心试验室
高速公路工程 合同段工地试验室