AC目标配比设计培训讲义PPT.ppt

AC类型混合料目标配合比设计培训讲义,江苏省交通科学研究院道路工程研究所2008.1,2,设计的主要步骤与内容,一、一般规定二、确定工程设计级配范围三、材料选择与准备四、矿料配合比设计五、马歇尔试验六、确定最佳沥青用量（油石比）七、配合比设计检验八、配合比设计报告,3,一、一般规定,1.1本方法适用于密级配沥青混凝土及沥青稳定碎石混合料。1.2热拌沥青混合料的配合比设计应通过目标配合比设计、生产配合比设计及生产配合比验证三个阶段，确定沥青混合料的材料品种及配比、矿料级配、最佳沥青用量。本规范采用马歇尔试验配合比设计方法。如采用其他方法设计沥青混合料时，应按本规范规定进行马歇尔试验及各项配合比设计检验，并报告不同设计方法的试验结果。1.3热拌沥青混合料的目标配合比设计宜按图1.3的框图的步骤进行。,4,图1.3密级配沥青混合料目标配合比设计流程图,5,1.4配合比设计的试验方法必须遵照现行试验规程的方法执行。混合料拌和必须采用小型沥青混合料拌和机进行。混合料的拌和温度和试件制作温度应符合本规范的要求。1.5生产配合比设计可参照本方法规定的步骤进行。,6,二、确定工程设计级配范围,2.1沥青路面工程的混合料设计级配范围由工程设计文件或招标文件规定，密级配沥青混合料的设计级配宜在本规范5.3.2规定的级配范围内，根据公路等级、工程性质、气候条件、交通条件、材料品种，通过对条件大体相当的工程的使用情况进行调查研究后调整确定，必要时允许超出规范级配范围。2.2调整工程设计级配范围宜遵循下列原则。2.2.1首先按规范确定采用粗型C型或细型F型的混合料。对夏季温度高、高温持续时间长，重载交通多的路段，宜选用粗型密级配沥青混合料AC-C型，并取较高的设计空隙率。对冬季温度低、且低温持续时间长的地区，或者重载交通较少的路段，宜选用细型密级配沥青混合料AC-F型，并取较低的设计空隙率。,7,2.2.2为确保高温抗车辙能力，同时兼顾低温抗裂性能的需要。配合比设计时宜适当减少公称最大粒径附近的粗集料用量，减少0.6mm以下部分细粉的用量，使中等粒径集料较多，形成S型级配曲线，并取中等或偏高水平的设计空隙率。2.2.3确定各层的工程设计级配范围时应考虑不同层位的功能需要，经组合设计的沥青路面应能满足耐久、稳定、密水、抗滑等要求。2.2.4根据公路等级和施工设备的控制水平，确定的工程设计级配范围应比规范级配范围窄，其中4.75mm和2.36mm通过率的上下限差值宜小于12％。2.2.5沥青混合料的配合比设计应充分考虑施工性能，使沥青混合料容易摊铺和压实，避免造成严重的离析。,8,三、材料选择与准备,3.1配合比设计的各种矿料必须按现行公路工程集料试验规程规定的方法，从工程实际使用的材料中取代表性样品。3.2配合比设计所用的各种材料必须符合气候和交通条件的需要。当单一规格的集料某项指标不合格，但不同粒径规格的材料按级配组成的集料混合料指标能符合规范要求时，允许使用。,9,四、矿料配合比设计,4.1高速公路和一级公路沥青路面矿料配合比设计宜借助电子计算机的电子表格用试配法进行。其他等级公路沥青路面也可参照进行。4.2矿料级配曲线按公路工程沥青及沥青混合料试验规程T0725的方法绘制图4.2。以原点与通过集料最大粒径100％的点的连线作为沥青混合料的最大密度线。,10,图4.2矿料级配曲线示例,11,表4.2-1泰勒曲线的横坐标,,,,,12,,13,4.3对高速公路和一级公路，宜在工程设计级配范围内计算1～3组粗细不同的配比，绘制设计级配曲线，分别位于工程设计级配范围的上方、中值及下方。设计合成级配不得有太多的锯齿形交错，且在0.3mm～0.6mm范围内不出现“驼峰”。当反复调整不能满意时，宜更换材料设计。4.4根据当地的实践经验选择适宜的沥青用量，分别制作几组级配的马歇尔试件，测定VMA，初选一组满足或接近设计要求的级配作为设计级配。,14,五、马歇尔试验,5.1配合比设计马歇尔试验技术标准按本规范的规定执行。5.2沥青混合料试件的制作温度按本规范规定的方法确定，并与施工实际温度相一致，普通沥青混合料如缺乏粘温曲线时可参照表5.2执行，改性沥青混合料的成型温度在此基础上再提高10℃～20℃。表5.2热拌普通沥青混合料试件的制作温度℃,15,5.3按式（5.3）计算矿料混合料的合成毛体积相对密度γsb。式中P1、P2、Pn为各种矿料成分的配比，其和为100；γ1、γ2、γn为各种矿料相应的毛体积相对密度，粗集料按T0304方法测定，机制砂及石屑可按T0330方法测定，矿粉含消石灰、水泥以表观相对密度代替。注沥青混合料配合比设计时，均采用毛体积相对密度无量纲，不采用毛体积密度，故无需进行密度的水温修正。,,16,5.4按式5.4计算矿料混合料的合成表观相对密度γsa。式中P1、P2、Pn为各种矿料成分的配比，其和为100；为各种矿料按试验规程方法测定的表观相对密度。,,17,5.5按式5.5-1或按式5.5-2预估沥青混合料的适宜的油石比Pa或沥青用量为Pb。5.5-15.5-2式中Pa预估的最佳油石比与矿料总量的百分比，％；Pb预估的最佳沥青用量占混合料总量的百分数，％；Pa1已建类似工程沥青混合料的标准油石比，％；γsb集料的合成毛体积相对密度；γsb1已建类似工程集料的合成毛体积相对密度。注作为预估最佳油石比的集料密度，原工程和新工程也可均采用有效相对密度。,18,5.6确定矿料的有效相对密度5.6.1对非改性沥青混合料，宜以预估的最佳油石比拌和2组的混合料，采用真空法实测最大相对密度，取平均值。然后由式5.6.1反算合成矿料的有效相对密度γse。式中γse合成矿料的有效相对密度；Pb试验采用的沥青用量占混合料总量的百分数，％；γt试验沥青用量条件下实测得到的最大相对密度，无量纲；γb沥青的相对密度25℃/25℃，无量纲。,,19,5.6.2对改性沥青及SMA等难以分散的混合料，有效相对密度宜直接由矿料的合成毛体积相对密度与合成表观相对密度按式5.6.2计算确定，其中沥青吸收系数C值根据材料的吸水率由式5.6.3求得，材料的合成吸水率按式5.6.4计算5.6.2C0.033wx2-0.2936wx0.93395.6.35.6.4,20,式中γse合成矿料的有效相对密度；C合成矿料的沥青吸收系数，可按矿料的合成吸水率从式5.6.3求取；wx合成矿料的吸水率，按式5.6.4求取，％；γsb材料的合成毛体积相对密度，按式5.3求取，无量纲；γsa材料的合成表观相对密度，按式5.4求取，无量纲。,21,5.7以预估的油石比为中值，按一定间隔对密级配沥青混合料通常为0.5，对沥青碎石混合料可适当缩小间隔为0.3～0.4％，取5个或5个以上不同的油石比分别成型马歇尔试件。每一组试件的试样数按现行试验规程的要求确定，对粒径较大的沥青混合料，宜增加试件数量。注5个不同油石比不一定选整数，例如预估油石比4.8％，可选3.8％、4.3％、4.8％、5.3％、5.8％等。.5.6.1中规定的实测最大相对密度通常与此同时进行。5.8测定压实沥青混合料试件的毛体积相对密度γf和吸水率，取平均值。测试方法应遵照以下规定执行5.8.1通常采用表干法测定毛体积相对密度；5.8.2对吸水率大于2％的试件，宜改用蜡封法测定的毛体积相对密度。,22,5.9确定沥青混合料的最大理论相对密度5.9.1对非改性的普通沥青混合料，在成型马歇尔试件的同时，按5.6.1的要求用真空法实测各组沥青混合料的最大理论相对密度γti。当只对其中一组油石比测定最大理论相对密度时，也可按式5.9.-1或5.9-2计算其他不同油石比时的最大理论相对密度γti。5.9.2对改性沥青或SMA混合料宜按式5.9.-1或5.9-2计算各个不同沥青用量混合料的最大理论相对密度。,,,23,式中γti相对于计算沥青用量Pbi时沥青混合料的最大理论相对密度，无量纲；Pai所计算的沥青混合料中的油石比，％；Pbi所计算的沥青混合料的沥青用量，Pbi＝Pai/1Pai，％；Psi所计算的沥青混合料的矿料含量，Psi＝100－Pbi，％；γse矿料的有效相对密度，按式5.6.1或5.6.2计算，无量纲；γb沥青的相对密度25℃/25℃，无量纲。,24,5.10按式5.10-1、5.10-2、5.10-3计算沥青混合料试件的空隙率、矿料间隙率VMA、有效沥青的饱和度VFA等体积指标，取1位小数，进行体积组成分析。,,,,25,式中VV试件的空隙率，％；VMA试件的矿料间隙率，％；VFA试件的有效沥青饱和度有效沥青含量占VMA的体积比例，％；γf按5.8测定的试件的毛体积相对密度，无量纲；γt沥青混合料的最大理论相对密度，按5.9的方法计算或实测得到，无量纲；Ps各种矿料占沥青混合料总质量的百分率之和，即Ps100-Pb，％；γsb矿料混合料的合成毛体积相对密度，按式5.3计算。5.11进行马歇尔试验，测定马歇尔稳定度及流值。,26,六、确定最佳沥青用量（油石比）,6.1按图6.1的方法，以油石比或沥青用量为横坐标，以马歇尔试验的各项指标为纵坐标，将试验结果点入图中，连成圆滑的曲线。确定均符合本规范规定的沥青混合料技术标准的沥青用量范围OACmin～OACmax。选择的沥青用量范围必须涵盖设计空隙率的全部范围，并尽可能涵盖沥青饱和度的要求范围，并使密度及稳定度曲线出现峰值。如果没有函盖设计空隙率的全部范围，试验必须扩大沥青用量范围重新进行。注绘制曲线时含VMA指标，且应为下凹型曲线，但确定OACmin～OACmax时不包括VMA。6.2根据试验曲线的走势，按下列方法确定沥青混合料的最佳沥青用量OAC1。,27,6.2.1在曲线图6.1上求取相应于密度最大值、稳定度最大值、目标空隙率或中值、沥青饱和度范围的中值的沥青用量a1、a2、a3、a4。按式6.2.1取平均值作为OAC1。OAC1a1十a2十a3十a4/46.2.16.2.2如果在所选择的沥青用量范围未能涵盖沥青饱和度的要求范围，按式6.2-2求取3者的平均值作为OAC1。OAC1a1十a2十a3/36.2.26.2.3对所选择试验的沥青用量范围，密度或稳定度没有出现峰值最大值经常在曲线的两端时，可直接以目标空隙率所对应的沥青用量a3作为OAC1，但OAC1必须介于OACmin～OACmax的范围内。否则应重新进行配合比设计。,28,6.3以各项指标均符合技术标准不含VMA的沥青用量范围OACmin～OACmax的中值作为OAC2。OAC2OACmin十OACmax/26.36.4通常情况下取OAC1及OAC2的中值作为计算的最佳沥青用量OAC。OACOAC1十OAC2/26.46.5按6.4计算的最佳油石比OAC，从图6.1中得出所对应的空隙率和VMA值，检验是否能满足马歇尔试验技术标准规范的要求。6.6根据实践经验和公路等级、气候条件、交通情况，调整确定最佳沥青用量OAC。,29,图6.1马歇尔试验结果示例,30,注图中a14.2,a24.25,a34.8,a44.7OAC14.49％由4个平均值确定,OACmin4.3％，OACmax5.3％，OAC24.8％，OAC4.64％。此例中相对于空隙率4％的油石比为4.6％6.7按式6.7-1及6.7-2计算沥青结合料被集料吸收的比例及有效沥青含量。,式中Pba沥青混合料中被集料吸收的沥青结合料比例，Pbe沥青混合料中的有效沥青用量，γse集料的有效相对密度，无量纲；γsb材料的合成毛体积相对密度，无量纲；γb沥青的相对密度25℃/25℃，无量纲；Pb沥青含量，％；Ps各种矿料占沥青混合料总质量的百分率之和，即Ps100-Pb，％。,31,注如果需要，可按式6.7-3及6.7-4计算有效沥青的体积百分率Vb及矿料的体积百分率Vg。6.8检验最佳沥青用量时的粉胶比和有效沥青膜厚度6.8.1按式6.8.1计算沥青混合料的粉胶比，宜符合0.61.6的要求。对常用的公称最大粒径为13.2mm～19mm的密级配沥青混合料，粉胶比宜控制在0.8～1.2范围内。,,Vg100-Vbe＋VV（6.7.4）,（6.7.3）,32,式中FB粉胶比，沥青混合料的矿料中0.075mm通过率与有效沥青含量的比值，无量纲；P0.075矿料级配中0.075mm的通过率水洗法，％；Pbe有效沥青含量，％。6.8.2按式6.8.2的方法计算集料的比表面，按式6.8.3估算沥青混合料的沥青膜有效厚度。各种集料粒径的表面积系数按表6.8采用。SAΣPiFAI6.8.26.8.3,33,式中SA集料的比表面积，m2/kg。Pi各种粒径的通过百分率，％；FAi相应于各种粒径的集料的表面积系数，如表6.8所列；DA沥青膜有效厚度，μm；Pbe有效沥青含量，％；γb沥青的相对密度25℃/25℃，无量纲。注各种公称最大粒径混合料中大于4.75mm尺寸集料的表面积系数FA均取0.0041，且只计算一次，4.75mm以下部分的FAi如表6.8示例。该例的SA＝6.60m2/kg。若混合料的有效沥青含量为4.65％，沥青的相对密度1.03，则沥青膜厚度为DA4.65/1.03/6.6010＝6.83μm。,34,表6.8集料的表面积系数计算示例,35,七、配合比设计检验,7.1对用于高速公路和一级公路的密级配沥青混合料，需在配合比设计的基础上按规范要求进行各种使用性能的检验，不符合要求的沥青混合料，必须更换材料或重新进行配合比设计。7.2配合比设计检验按计算确定的设计最佳沥青用量在标准条件下进行。7.3高温稳定性检验。对公称最大粒径等于或小于19mm的混合料，按规定方法进行车辙试验，动稳定度应符合规范的要求。7.4水稳定性检验。按规定的试验方法进行浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验，残留稳定度及残留强度比均必须符合规范的规定。,36,7.5低温抗裂性能检验。对公称最大粒径等于或小于19mm的混合料，按规定方法进行低温弯曲试验，其破坏应变宜符合规范要求。7.6渗水系数检验。利用轮碾机成型的车辙试件进行渗水试验检验的渗水系数宜符合规范要求。7.7根据需要，可以改变试验条件进行配合比设计检验，如按调整后的最佳沥青用量、变化最佳沥青用量OAC0.3％、提高试验温度、加大试验荷载、采用现场压实密度进行车辙试验，在施工后的残余空隙率如78的条件下进行水稳定性试验和渗水试验等，但不宜用规范规定的技术要求进行合格评定。,37,八、配合比设计报告,8.1配合比设计报告应包括工程设计级配范围选择说明、材料品种选择与原材料质量试验结果、矿料级配、最佳沥青用量及各项体积指标、配合比设计检验结果等。试验报告的矿料级配曲线应按规定的方法绘制。8.2当按6.7的调整沥青用量作为最佳沥青用量，宜报告不同沥青用量条件下的各项试验结果，并提出对施工压实工艺的技术要求。,38,下例为我院在安徽合六叶高速公路做技术服务时设计的AC-13型目标配合比报告。一、设计过程1．原材料本次试验所用集料为舒城和姚李生产的集料，沥青为合肥宝盈SBS改性沥青。依据要求进行了沥青密度试验（试验结果见表1-1）、各种集料的密度试验（试验结果见表1-2）。表1-1沥青相对密度试验结果表,39,表1-2集料相对密度试验结果表2．各种矿料和矿粉的筛分结果,40,表1-3各种矿料和矿粉的筛分试验结果表3．沥青混合料级配要求AC-13沥青混合料级配要求见表1-4。,41,表1-4AC-13沥青混合料级配要求4．初选级配依据规范（JTGF40-2004）的设计要求，在选择集料级配时，根据集料的筛分结果首先初选出粗、中、细三个级配（级配1、级配2、级配3），然后根据当地的工程实际应用情况选择油石比，分别制作马歇尔试件，得出试件的体积指标.,42,根据体积指标初选一组满足或接近设计要求的级配作为设计级配。表1-5为三个级配的矿料比例明细表，表1-6是三种矿料的合成级配明细表，图1为三种级配曲线图。表1-5三种级配的矿料比例明细表,43,表1-6三种矿料的合成级配通过率明细表,44,图1AC-13三种试级配曲线图,45,5．试验级配评价参照以往沥青路面上面层AC-13目标配合比的工程应用及原材料的实际情况，选择油石比5.2作为三种试级配用油石比、双面各击实75次成型马歇尔试件。马歇尔试验结果汇总如表1-7所示。表1-7三种试级配马歇尔试验结果汇总表,46,注*要求空隙率3、4、5所对应的VMA最小值分别为13、14、15，当空隙率不是整数时，由内插确定要求的VMA最小值。由表1-7可以看出级配3体积指标满足要求，本次设计选择级配3为设计级配。6．马歇尔稳定度试验按设计矿料比例配料，采用五种油石比进行马歇尔稳定度试验，试验结果见表1-8。,47,表1-8AC-13设计级配马歇尔稳定度试验结果注*要求空隙率3、4、5所对应的VMA最小值分别13、14、15，当空隙率不是整数时，由内插确定要求的VMA最小值。,48,7．最佳油石比的确定根据马歇尔稳定度试验结果，分别绘制稳定度、流值、空隙率、饱和度与油石比的关系曲线，从曲线上找出相应与最大密度、最大稳定度、空隙率范围中值及沥青饱和度范围中值对应的四个油石比，求出四者的平均值作为最佳油石比初始值OAC1，但如果对选择试验的油石比范围，密度或稳定度没有出现峰值，可直接以目标空隙率所对应的油石比作为OAC1；作图求出能满足沥青混凝土各项指标要求的油石比范围（OACmax，OACmin）,该范围的中值为OAC2，如果最佳油石比的初始值OAC1在OACmax与OACmin之间，则认为设计结果是可行的，可取OAC1与OAC2的中值作为目标配合比的最佳油石比OAC，并结合当地的气候特点和实际情况论证地取用，最终得出最佳油石比。,49,由图可知，密度没有出现峰值，目标空隙率4.0所对应的油石比为5.32,即OAC1为5.32％。由各项指标与油石比的关系图可得符合各指标要求的油石比范围为4.99～5.45％，其中值为5.22％，即为OAC2，OAC1与OAC2的平均值为5.27％，根据VMA计算值并根据设计经验取设计油石比为5.2。稳定度、流值、密度、空隙率、饱和度及VMA与油石比的关系见图2。,50,,51,图2稳定度、流值、密度、空隙率、饱和度、VMA与油石比的关系,52,8．设计结果根据上述试验分析，选择级配3为设计级配，配合比为1234矿粉消石灰38.522.05.030.03.51.0，油石比为5.2，相对应的沥青混合料性质如表1-9所示。,53,表1-9沥青混合料体积性质表表中Pbe沥青混合料中有效沥青用量，Vbe有效沥青的体积百分率，Vg矿料的体积百分率，DA沥青膜有效厚度，μm,54,二、沥青混合料检验1．水稳定性检验根据设计油石比及级配进行浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验来检验设计沥青混合料的水稳定性能。试验结果分别见表2-1和表2-2。表2-1浸水马歇尔稳定度试验结果,55,表2-2冻融劈裂试验结果2．高温稳定性检验依据配合比设计要求，进行了高温稳定性能的验证，试验结果分别见表2-3，车辙空隙率如表2-4所示。,56,表2-3车辙试验结果汇总表,57,表2-4车辙试件空隙率汇总表,58,三、低温抗裂性检验依据配合比设计要求，进行了低温抗裂性的验证，试验结果分别见表3-1。表3-1小梁弯曲试验结果,59,四、室内配合比设计结论采用委托单位所送石料对合六叶高速公路AC-13改性沥青混合料进行目标配合比设计，得出如下结论表4-1矿料配合比及油石比,60,表4-2最佳油石比及密度、空隙率通过混合料级配调试和相关验证试验，表明所设计的AC-13型沥青混合料的抗水损害性能、高温性能及低温抗裂性满足要求。,61,依据JTGF40-2004附录B.6.7，对于炎热地区的重载交通公路路段，预计有可能产生较大车辙时，宜在空隙率符合要求范围内，将计算的最佳油石比减少0.10.5作为设计沥青用量。综合考虑以上规范观点及本项工程所处地区实际环境，以设计油石比5.2减少0.20.3，作为六叶高速公路生产配合比调试的依据，并对现场碾压后的实测数据进行分析以进一步确定。,62,谢谢,