超穩(wěn)定乳化瀝青大壩防滲混凝土力學(xué)性能研究

1、超穩(wěn)定乳化瀝青混凝土力學(xué)性能研究李國濤l 目 錄1 前 言11.1 項目背景及工程概況11.1.1 項目背景11.3 研究目的、主要研究內(nèi)容及技術(shù)路線31.3.1 研究目的31.3.2 研究內(nèi)容31.3.3 技術(shù)路線52 原材料鑒定72.1 骨料試驗72.1.1 集料加工72.1.2 骨料試驗結(jié)果82.2 填料試驗102.2.1 水泥試驗結(jié)果102.2.2 礦粉試驗結(jié)果112.3瀝青試驗112.3.1 基質(zhì)瀝青試驗結(jié)果112.3.2 改性超穩(wěn)定乳化瀝青試驗結(jié)果123 瀝青混合土配合比試驗133.1 集料骨架體積試驗結(jié)果133.2 混合料正交試驗及分析163.3 混合料最佳近似配合比試驗結(jié)果分析

2、243.4 推薦的四種瀝青混合料配合比274 瀝青混凝土性能試驗324.1 靜三軸試驗324.1.1 試驗內(nèi)容324.1.2 試驗成果324.1.3 溫度對力學(xué)性能的影響474.1.4 三軸試驗參數(shù)514.2 拉伸試驗574.3 抗壓試驗574.4 水穩(wěn)定試驗594.5 彎曲試驗624.6 滲透試驗644.7 蠕變試驗654.8 劈裂試驗695 制備瀝青混凝土試件的孔隙率705.1 瀝青混凝土拌合料的含水率705.2 瀝青混凝土最大密度705.3 瀝青混凝土試件的孔隙率716 結(jié)論741 前 言1.1 項目背景及工程概況1.1.1 項目背景自從古埃及人在尼羅河護(hù)岸工程中采用瀝青作為膠結(jié)材料以來

3、，瀝青成功地應(yīng)用于水工結(jié)構(gòu)己有5000多年的歷史。從至今尚保存的公元前，300年修建的亞洲美索不達(dá)米亞的底格里斯河阿秀爾處1500m堤防的古代遺跡中發(fā)現(xiàn)，瀝青防滲層經(jīng)受了漫長的歲月而未失效，充分地證明了瀝青的耐久性。1929年美國建成12m高的索推里壩，是世界上第一座采用瀝青混凝土材料防滲的壩，隨后1934年德國修建了Ameeker瀝青混凝土面板壩，1937年，阿爾及利亞修建的72m高的ELGhrib壩中也采用了瀝青混凝土面板作為防滲結(jié)構(gòu)。由于瀝青混凝土材料防滲的可靠性和耐久性在其長期的運行中得以證實，瀝青混凝土防滲結(jié)構(gòu)在土石壩建設(shè)中逐步得到發(fā)展，在過去的50年中，歐洲和日本己經(jīng)廣泛地采用瀝青

4、混凝土作為土石壩的防滲結(jié)構(gòu)。瀝青配合比設(shè)計和材料特性在現(xiàn)場試驗室和現(xiàn)場施工中都容易進(jìn)行質(zhì)量控制。實際上可使瀝青混凝土不透水、柔性、抗侵蝕與老化,且能做到心墻施工無接縫。如果由于嚴(yán)重的地震荷載所造成的位移差(剪切變形) 使心墻開裂,瀝青混凝土的粘彈性- 塑性和易延展性能提供自愈(自行密閉) 能力。使用比以往更軟的瀝青可提高自愈質(zhì)量,并允許在材料的配制、運輸和心墻填筑中操作溫度較低、能量消耗較少。在所有已建的壩中，沒有發(fā)現(xiàn)瀝青心墻漏水的情況。大壩防滲心墻最早采用粘土心墻，由于粘土心墻強(qiáng)度低、抗?jié)B性能差，破壞大量農(nóng)田,很快被淘汰。取而代之的是熱瀝青混凝土；但熱瀝青混凝土對施工環(huán)境的苛刻要求、拌合設(shè)備

5、的龐大、環(huán)境污染的嚴(yán)重、在運輸過程中形成的冷熱不均使得其密實度不一致，從而使得抗?jié)B性能不盡如人意。乳化瀝青混合料雖然解決了部分熱瀝青混合料的問題，但其強(qiáng)度差、乳化瀝青混合料的存在使用時間限制問題，目前停留在30分鐘以內(nèi)，因此極大限制了乳化瀝青混合料防滲材料的應(yīng)用,且在水中浸泡存在乳化劑的二次乳化，導(dǎo)致混合料泡散現(xiàn)象。因此，研發(fā)一種低污染、高強(qiáng)度、大變形、抗?jié)B好、使用時間充裕的瀝青類大壩防滲材料，勢在必行。超穩(wěn)定乳化瀝青是在常溫下即具有液體性質(zhì)的油性瀝青材料。可以在不加熱的情況下，與各種集料進(jìn)行混合形成各種形式的混合料。其主要特點是：可以根據(jù)使用需求，制作成需要的材料外觀形態(tài)；其混合料的工作時間

6、是熱瀝青的2倍以上；原材料沒有經(jīng)過高溫老化過程，因此保存了原材料中各種材料增強(qiáng)劑的原始特性，工程使用性能佳，容易形成孔隙率小的密實性防滲材料；受氣候影響很小，因此對機(jī)械、人員的利用效率很高。因此，使用超穩(wěn)定乳化瀝青作為防水防滲材料的研發(fā)成功，將徹底改變我國在防滲防水領(lǐng)域的現(xiàn)狀，具備重大經(jīng)濟(jì)和社會效益。1.1 國內(nèi)外研究概況盡管近幾年瀝青防滲工程有了長足的發(fā)展,但在建工程的數(shù)量與碾壓混凝土壩和鋼筋混凝土面板壩的工程數(shù)量相比還不算多。主要原因之一是水工瀝青混凝土防滲本身也存在一些難點。例如，瀝青混凝土目前是熱施工、需要一套專用的設(shè)備。盡管國外已積極開展了用簡易的設(shè)備進(jìn)行瀝青混凝土冷施工的方法，但還

7、沒有推廣實際工程中。目前，國際國內(nèi)尚無超穩(wěn)定乳化瀝青混合料大壩防滲技術(shù)研究，但類似乳化瀝青混合料在十余年前國內(nèi)就有單位進(jìn)行，美德維實偉克也在做類似的研究。但由于他們使用的乳化瀝青的性能限制，使得混合料的性能大打折扣，如：其使用時間不超過30分鐘，其形態(tài)不能使用現(xiàn)有的熱瀝青設(shè)備等。國內(nèi)做過比較好的如重慶公路局喬瑞華先生、長安大學(xué)沙愛民教授等。由于乳化體系難以有實質(zhì)性的突破，因此，美德維實偉克、重慶公路局已經(jīng)放棄了類似的研究。所以，至今沒有實質(zhì)性的突破。自超穩(wěn)定乳化瀝青研發(fā)成功，其優(yōu)異拌合性能得到業(yè)內(nèi)人士的高度重視。在超穩(wěn)定乳化瀝青無需加熱的狀態(tài)下，其與集料拌合的形態(tài)類似熱瀝青形態(tài)，且粗細(xì)集料相互

8、粘連，避免了熱瀝青混合料的離析現(xiàn)象，同時，其極高的力學(xué)性能、豐富的強(qiáng)度控制手段、超長的時間工作性能、很好的氣候適應(yīng)性能、對現(xiàn)有機(jī)械設(shè)備的兼容性能，使其應(yīng)用范圍自然從公路路面領(lǐng)域拓展到水工大壩防滲應(yīng)用上。通過我們的技術(shù)預(yù)研，其混合料的孔隙率可達(dá)到0.2%，馬歇爾穩(wěn)定度高達(dá)22千牛。飛散損失小于5%。1.3 研究目的、主要研究內(nèi)容及技術(shù)路線1.3.1 研究目的瀝青混凝土心墻作為壩體的防滲核心，其抗?jié)B性、耐久性、變形能力、溫度敏感性、水穩(wěn)定性等性能的好壞直接影響到大壩的防滲效果和正常運行。因此，要求瀝青混凝土心墻應(yīng)具有良好的抗?jié)B性、穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性、柔性（變形能力）及較高的強(qiáng)度。本階段擬通過瀝青混凝

9、土心墻材料試驗，首先選擇適合本工程的碾壓式瀝青混凝土原材料及相應(yīng)的配合比，再進(jìn)一步提出瀝青混凝土心墻設(shè)計所需的各種物理力學(xué)參數(shù)、滲透特性等指標(biāo)。1.3.2 研究內(nèi)容專用大壩防滲改性超穩(wěn)定乳化瀝青研發(fā)、超穩(wěn)定乳化瀝青粘附性、粘韌性、粘溫性研究、密集配超穩(wěn)定乳化瀝青混合料配方研究、超穩(wěn)定乳化瀝青混合料和易性研究、超穩(wěn)定乳化瀝青混合料儲存時間研究、超穩(wěn)定乳化瀝青強(qiáng)度控制方法研究、超穩(wěn)定乳化瀝青混合料拌合工藝研究、超穩(wěn)定乳化瀝青混合料的力學(xué)性能研究、室溫瀝混合料抗?jié)B性能研究。具體包括：1、原材料鑒定：對瀝青混凝土原材料，即粗骨料、細(xì)骨料、填料和瀝青作鑒定試驗。（1）粗骨料試驗粗骨料進(jìn)行篩分、密度及吸水

10、率、堅固性、含水率、含泥量、壓碎值、針片狀顆粒含量、搗實狀態(tài)孔隙率等試驗。 （2）細(xì)骨料試驗細(xì)骨料進(jìn)行篩分、表觀密度、吸水率、含水率、含泥量等試驗。（3）填料試驗礦粉進(jìn)行篩分、密度、塑性指數(shù)、親水系數(shù)等試驗；水泥進(jìn)行細(xì)度、安定性、凝結(jié)時間、標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、膠砂強(qiáng)度、比重、比表面積等試驗。（4）瀝青試驗對基質(zhì)瀝青原樣測試進(jìn)行密度與相對密度、針入度、延度、軟化點、溶解度、脆點、閃點等試驗；薄膜烘箱老化后測試進(jìn)行質(zhì)量損失、針入度比、延度、脆點、軟化點升高等試驗；進(jìn)行瀝青與骨料（花崗巖、灰?guī)r、白云巖）粘附性試驗。對改性超穩(wěn)定乳化瀝青(SBS型) 進(jìn)行密度與相對密度、針入度、延度、軟化點、溶解度、脆點、

11、閃點等試驗；薄膜烘箱老化后測試進(jìn)行質(zhì)量損失、針入度比、延度、脆點、軟化點升高等試驗；進(jìn)行瀝青與骨料（花崗巖、灰?guī)r、白云巖）粘附性試驗。2、配合比設(shè)計：針對花崗巖和灰?guī)r不同組成進(jìn)行瀝青混凝土配合比試驗，并進(jìn)行瀝青混凝土密度、馬歇爾穩(wěn)定度流值等試驗，通過性能比選對花崗巖和灰?guī)r各選出兩種不同瀝青品種的瀝青混凝土配合比。3、對選出的花崗巖和灰?guī)r的四種配合比的瀝青混凝土進(jìn)行靜三軸、拉伸、抗壓、水穩(wěn)定、彎曲、滲透、蠕變、劈裂等力學(xué)性能試驗。（1）靜三軸試驗根據(jù)以上試驗選出的四種瀝青混凝土配合比，按擊實成型方法或模擬現(xiàn)場碾壓成型方法成型試件，采用直徑100mm靜力三軸儀的進(jìn)行試件靜力三軸試驗，提供試件的抗剪

12、強(qiáng)度指標(biāo)和E-或E-B非線性應(yīng)力應(yīng)變計算參數(shù)。（2）拉伸試驗四種配合比瀝青混凝土制備40×40×220mm尺寸試件，在15.4條件下進(jìn)行拉伸試驗，變形速率為1.0mm/min，提供試件最大拉伸應(yīng)力和最大拉伸應(yīng)變。（3）抗壓試驗四種配合比瀝青混凝土在15.4條件下進(jìn)行抗壓試驗，變形速率為1.0mm/min，提供試件最大抗壓應(yīng)力和最大壓應(yīng)變。（4）水穩(wěn)定試驗將同一批試件分成2組，1組試件在60水中浸泡48小時后，再在15.4的水中恒溫2小時，然后再進(jìn)行抗壓試驗；另1組在15.4空氣中恒溫2小時進(jìn)行抗壓試驗，2組抗壓強(qiáng)度之比為水穩(wěn)定系數(shù)。（5）彎曲試驗將試件先制成板式試件，然后再

13、切割成35×40×250mm小梁試件，在氣溫15.4條件下，按變形速率1.0mm/min進(jìn)行彎曲試驗，提供試件的撓度、最大強(qiáng)度和最大應(yīng)變。（6）滲透試驗四種配合比瀝青混合料制備成標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，在15.4條件下進(jìn)行變水頭滲透試驗，測出試件的滲透系數(shù)。另外在水壓1MPa條件下，測出試件的抗?jié)B破壞比降。（7）蠕變試驗在15.4條件下進(jìn)行蠕變剪切試驗，測定試件軸向位移隨時間的變化。提供試件蠕變?nèi)崃繀?shù)。1.3.3 技術(shù)路線 SBS型改性超穩(wěn)定乳化瀝青混合料防滲研究技術(shù)路線如圖1.3-1所示。圖1.3-1 技術(shù)路線流程圖762 原材料鑒定骨料為花崗巖和灰?guī)r，填料采用PO425水泥和

14、石灰?guī)r礦粉，瀝青為中國石化東海牌AH-70瀝青為基質(zhì)瀝青加工的改性超穩(wěn)定乳化瀝青。2.1 骨料試驗2.1.1 集料加工粗骨料和細(xì)骨料采用花崗巖和灰?guī)r。所用集料采用二級破碎工藝，一級破碎采用顎式破碎機(jī)，二級破碎采用反擊式或錘式破碎機(jī)。集料加工工藝流程如圖2.1-1所示。對這兩種巖石進(jìn)行破碎，然后篩分成4種粒徑的集料，其粒徑范圍如表2.1-1所示?；◢弾r集料篩分結(jié)果見表2.1-2所示，灰?guī)r集料篩分結(jié)果見表2.1-3所示。圖2.1-1 集料加工工藝流程圖表2.1-1 集料粒徑范圍編號粒徑范圍(mm)1#10152#5103#354#03表2.1-2 花崗巖集料篩分結(jié)果 篩孔集料集料通過篩孔（方孔篩，

15、mm）百分率（%）1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075HG-1#100.093.616.60.50.10.10.10.10.10.1HG-2#100.099.863.70.90.10.10.10.10.10.1HG-3#100.0100.0100.081.70.90.30.20.20.20.1HG4#100.0100.0100.0100.089.957.026.89.93.81.3注：花崗巖集料采用HG編號。表2.1-3 灰?guī)r集料篩分結(jié)果 篩孔 集料通過篩孔（方孔篩，mm）百分率（%）1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075H

16、Y-1#100.093.616.60.70.10.10.10.10.10.1HY-2#100.0100.065.70.90.10.10.10.10.10.1HY-3#100.0100.0100.083.01.70.50.40.30.30.3HY-4#100.0100.0100.099.988.366.636.611.74.41.9注：灰?guī)r集料采用HY編號。2.1.2 骨料試驗結(jié)果花崗巖粗骨料與瀝青黏附性試驗結(jié)果如圖2.1-2所示，灰?guī)r粗骨料與瀝青黏附性試驗結(jié)果如圖2.1-3所示?？芍瑸o州36-1瀝青與中國石化東海牌AH-70瀝青相比較，與粗骨料的黏附性性能好些，經(jīng)60min浸煮，兩種不同巖性

17、的粗骨料與瀘州36-1瀝青的黏附性等級均不低于4級，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足規(guī)范3min浸煮后黏附性等級不低于4級的要求?；◢弾r粗、細(xì)骨料品質(zhì)試驗結(jié)果分別見表2.1-4、表2.1-5所示；灰?guī)r粗、細(xì)骨料品質(zhì)試驗結(jié)果分別見表2.1-6、表2.1-7所示。可知，花崗巖、灰?guī)r骨料的品質(zhì)均可滿足土石壩瀝青混凝土面板和心墻設(shè)計規(guī)范（DL/T 5411-2009）對骨料的技術(shù)要求。圖2.1-2 花崗巖粗骨料與瀝青黏附性試驗成果圖2.1-3 灰?guī)r粗骨料與瀝青黏附性試驗成果表2.1-4 花崗巖粗骨料試驗結(jié)果指標(biāo)單位檢測結(jié)果技術(shù)要求評價1料2料3料表觀密度g/cm32.7562.7592.6902.60符合要求吸水率%0.48

18、0.540.952符合要求針片狀顆粒含量%3.52.025符合要求含泥量%0.30.30.30.5符合要求與瀝青黏附性級54符合要求壓碎值%21.930符合要求耐久性%1.512符合要求注：技術(shù)要求參考土石壩瀝青混凝土面板和心墻設(shè)計規(guī)范（DL/T 5411-2009）。表2.1-5 花崗巖細(xì)骨料試驗結(jié)果指標(biāo)單位檢測結(jié)果技術(shù)要求評價表觀密度g/cm32.7402.55符合要求吸水率%1.12符合要求水穩(wěn)定等級級76符合要求有機(jī)質(zhì)及泥土含量%0.52符合要求耐久性%1.915符合要求注：技術(shù)要求參考土石壩瀝青混凝土面板和心墻設(shè)計規(guī)范（DL/T 5411-2009）。表2.1-6 灰?guī)r粗骨料試驗結(jié)果

19、指標(biāo)單位檢測結(jié)果技術(shù)要求評價1料2料3料表觀密度g/cm32.8582.8812.7502.60符合要求吸水率%0.520.630.952符合要求針片狀顆粒含量%5.64.025符合要求含泥量%0.30.30.30.5符合要求與瀝青黏附性級54符合要求壓碎值%21.930符合要求耐久性%0.912符合要求注：技術(shù)要求參考土石壩瀝青混凝土面板和心墻設(shè)計規(guī)范（DL/T 5411-2009）。表2.1-7 灰?guī)r細(xì)骨料試驗結(jié)果指標(biāo)單位檢測結(jié)果技術(shù)要求評價表觀密度g/cm32.5902.55符合要求吸水率%0.82符合要求水穩(wěn)定等級級96符合要求有機(jī)質(zhì)及泥土含量%1.72符合要求耐久性%1.215符合要

20、求注：技術(shù)要求參考土石壩瀝青混凝土面板和心墻設(shè)計規(guī)范（DL/T 5411-2009）。2.2 填料試驗2.2.1 水泥試驗結(jié)果本次試驗采用安徽海螺集團(tuán)生產(chǎn)的PO.425普通硅酸鹽水泥，其性能檢測結(jié)果見表2.2-1所示。結(jié)果表明，安徽海螺集團(tuán)生產(chǎn)的PO.425普通硅酸鹽水泥各項受檢指標(biāo)均滿足通用硅酸鹽水泥（GB175-2007）的技術(shù)要求。表2.2-1 水泥試驗結(jié)果指標(biāo)單位試驗結(jié)果技術(shù)要求評價比表面積m2/kg340300符合要求凝結(jié)時間初凝min18045符合要求終凝255600符合要求安定性合格合格符合要求水泥膠砂強(qiáng)度3天抗折強(qiáng)度MPa4.53.5符合要求3天抗壓強(qiáng)度23.617符合要求注：

21、技術(shù)要求參考通用硅酸鹽水泥（GB175-2007）。2.2.2 礦粉試驗結(jié)果礦粉采用淮南電廠石灰?guī)r礦粉，測試結(jié)果見表2.2-2所示。經(jīng)鑒定，該礦粉可滿足土石壩瀝青混凝土面板和心墻設(shè)計規(guī)范（DL/T 5411-2009）的技術(shù)要求。表2.2-2 礦粉試驗結(jié)果試驗項目試驗結(jié)果技術(shù)要求評價表觀密度（g/cm3）2.6612.5符合要求含水量（）0.30.5符合要求細(xì)度（%）<0.6mm100100符合要求<0.15mm96.4>90符合要求<0.075mm89.0>85符合要求外觀無團(tuán)粒、結(jié)塊不結(jié)團(tuán)塊符合要求親水系數(shù)0.91.0符合要求注：技術(shù)要求參考土石壩瀝青混凝土面

22、板和心墻設(shè)計規(guī)范（DL/T 5411-2009）。2.3瀝青試驗2.3.1 基質(zhì)瀝青試驗結(jié)果對基質(zhì)瀝青按水工瀝青混凝土試驗規(guī)程(DL/T 5362-2006)進(jìn)行性能檢測，評價其性能指標(biāo)。中國石化東海牌AH-70基質(zhì)瀝青試驗結(jié)果見表2.3-1所示，瀘州36-1基質(zhì)瀝青試驗結(jié)果見表2.3-2所示。經(jīng)鑒定，中國石化東海牌AH-70、瀘州36-1基質(zhì)瀝青的品質(zhì)滿足水工SG70標(biāo)號瀝青的技術(shù)要求。表2.3-1 中國石化東海牌AH-70基質(zhì)瀝青試驗結(jié)果試驗項目試驗結(jié)果技術(shù)要求評價針入度(25,100g,5s)，0.1mm73.56080符合要求軟化點(環(huán)球法)，49.24855符合要求延度(15,5cm

23、/min)，cm>150150符合要求延度(5,5cm/min)，cm0密度(25)，g/cm31.029實測溶解度，%99.8799.0符合要求閃點，326260符合要求注：技術(shù)要求參考土石壩瀝青混凝土面板和心墻設(shè)計規(guī)范（DL/T 5411-2009）。表2.3-2 瀘州36-1基質(zhì)瀝青試驗結(jié)果試驗項目試驗結(jié)果技術(shù)要求評價針入度(25,100g,5s)，0.1mm69.76080符合要求軟化點(環(huán)球法)，49.64855符合要求延度(15,5cm/min)，cm>150150符合要求延度(5,5cm/min)，cm0密度(25)，g/cm31.008實測溶解度，%99.8799.

24、0符合要求閃點，272260符合要求注：技術(shù)要求參考土石壩瀝青混凝土面板和心墻設(shè)計規(guī)范（DL/T 5411-2009）。2.3.2 改性超穩(wěn)定乳化瀝青試驗結(jié)果改性超穩(wěn)定乳化瀝青的試驗結(jié)果見表2.3-3所示。經(jīng)鑒定，該改性超穩(wěn)定乳化瀝青的品質(zhì)滿足水工SG70標(biāo)號瀝青的技術(shù)要求。結(jié)合表2.3-2分析可知，瀘州36-1瀝青改性后的針入度變小，軟化點變大，低溫延度變大，說明，經(jīng)過改性后的超穩(wěn)定乳化瀝青增加了韌性和粘附性性能，更適合水工瀝青技術(shù)要求。表2.3-3 改性超穩(wěn)定乳化瀝青試驗結(jié)果試驗項目試驗結(jié)果技術(shù)要求評價針入度(25,100g,5s)，0.1mm56.56080軟化點(環(huán)球法)，52.248

25、55延度(15,5cm/min)，cm160150符合要求延度(5,5cm/min)，cm12密度(25)，g/cm31.01實測溶解度，%99.699.0符合要求閃點，290260符合要求注：技術(shù)要求參考土石壩瀝青混凝土面板和心墻設(shè)計規(guī)范（DL/T 5411-2009）。3 瀝青混合土配合比試驗通過骨架體積試驗初步確定集料的配合比，然后設(shè)計正交試驗，分析各集料比例、油石比等對瀝青混凝土的馬歇爾穩(wěn)定度、流值、孔隙率等的影響，確定出最佳近似配合比，然后根據(jù)最佳近似配合比制作試件測試相關(guān)的物理力學(xué)性能，然后確定最佳配合比，測試最佳配合比的瀝青混凝土的基本力學(xué)性能。3.1 集料骨架體積試驗結(jié)果骨料級

26、配比例試驗分階段結(jié)果見表3.1-1表3.1-3、圖3.1-1圖3.1-4所示，四階段設(shè)計后推薦的集料最佳近似比例見表3.1-5所示。由圖3.1-1可知，(1613.2 mm)/(13.29.5 mm)粒徑段集料顆粒的比例從70：30變化至40：60時，間隙率呈現(xiàn)下降趨勢，但是當(dāng)變化至30：70時，則突然增加，且間隙率明顯大于前面4種組合方式；因此進(jìn)行二階搗實密度試驗時，(1613.2 mm)：(13.29.5 mm)的比例分40：60二階搗實密度試驗。表3.1-1 一階段設(shè)計的比例集料規(guī)格/mm一階段比例（%）1613.2706050403013.29.53040506070注：一階是指兩種粒

27、徑集料，二階是再加一種粒徑的集料。試驗過程中各粒徑段集料比例采用表列比例的全排列組合方式。圖3.1-1 級配比例與孔隙率關(guān)系（一階段）由圖3.1-2可知，(169.5 mm)/(9.54.75 mm)粒徑段集料顆粒的比例從70：30變化至50：50時，間隙率呈現(xiàn)下降趨勢，但是當(dāng)變化至50：50時，逐漸增加,且間隙率明顯小于前后4種組合方式；因此進(jìn)行二階搗實密度試驗時，(169.5 mm)：(9.54.75 mm)的比例分50：50三階搗實密度試驗。表3.1-2 二階段設(shè)計的比例集料規(guī)格/mm二階段比例（%）169.570605040309.54.753040506070圖3.1-2 級配比例與

28、孔隙率關(guān)系（二階段）由圖3.1-3可知，(164.75 mm)/(4.752.36 mm)粒徑段集料顆粒的比例從70：30變化至40：60時，間隙率呈現(xiàn)下降趨勢，但是當(dāng)變化至30：70時，孔隙率有所增加；因此進(jìn)行三階搗實密度試驗時，(164.75 mm)：(4.752.36 mm)的比例分40：60四階搗振搗密度試驗。表3.1-3 三階段設(shè)計的比例集料規(guī)格/mm三階段比例（%）164.7570605040304.752.363040506070圖3.1-3 級配比例與孔隙率關(guān)系（三階段）由圖3.1-4可知，(162.36mm)/( 2.36 0.075mm)粒徑段集料顆粒的比例從70：30變化

29、至30：70時，間隙率在60：40比例時出現(xiàn)谷值；因此進(jìn)行四階搗實密度試驗時，(162.36mm)：(2.36 0.075mm)的比例分60：40四階搗振搗密度試驗。表3.1-4 四階段設(shè)計的比例集料規(guī)格/mm四階段比例（%）162.3670605040302.360.0753040506070圖3.1-4 級配比例與孔隙率關(guān)系（四階段）表3.1-5 四階段設(shè)計后推薦的集料比例（單位：%）合成混合料1613.2mm13.29.5mm9.54.75mm4.752.36mm2.360.075mm級配571236403.2 混合料正交試驗及分析為了確定合適的混合料配合比，根據(jù)骨料的推薦級配比例，進(jìn)行

30、了混合料的正交試驗，通過試驗分析礦料的比例及油石比等對混合料的馬歇爾穩(wěn)定度、孔隙率等指標(biāo)的影響，確定出最佳近似配合比，然后根據(jù)最佳近似配合比確定混合料的最佳配合比。表3.2-1給出了正交試驗得到的馬歇爾及浸水馬歇爾穩(wěn)定度和流值結(jié)果。表3.2-1 正交試驗得到的馬歇爾及浸水馬歇爾穩(wěn)定度和流值結(jié)果（單位：穩(wěn)定度/kN，流值/0.1mm）編號試驗項目指標(biāo)123平均值強(qiáng)度比1#馬歇爾穩(wěn)定度15.6613.7211.9413.7755.70%流值13.1711.3810.911.82浸水馬歇爾強(qiáng)度8.58.496.027.67流值9.438.1410.869.482#馬歇爾穩(wěn)定度5.796.626.44

31、6.2883.28%流值11.1611.8210.711.23浸水馬歇爾穩(wěn)定度5.464.016.215.23流值11.2611.4811.3511.363#馬歇爾穩(wěn)定度12.5710.0212.711.7659.95%流值5.936.977.466.79浸水馬歇爾穩(wěn)定度6.756.817.587.05流值3.376.005.044.84#馬歇爾穩(wěn)定度7.157.886.757.2683.88%流值12.5412.5311.5412.2浸水馬歇爾穩(wěn)定度2.415.886.316.09流值3.379.5211.1185#馬歇爾穩(wěn)定度24.1722.8624.3323.7951.11%流值2.19

32、14.496.197.6浸水馬歇爾穩(wěn)定度11.4713.1211.912.16流值12.3711.1311.5911.76#馬歇爾穩(wěn)定度12.639.5914.912.3765.48%流值12.897.1911.6810.59浸水馬歇爾穩(wěn)定度8.137.768.418.1流值6.29119.839.047#馬歇爾穩(wěn)定度19.1518.9819.0419.0645.89%流值3.588.864.45.61浸水馬歇爾穩(wěn)定度9.129.287.628.67流值9.216.055.546.938#馬歇爾穩(wěn)定度23.5122.2419.1921.6549.19%流值8.763.8713.078.57浸水

33、馬歇爾穩(wěn)定度9.7912.39.8610.65流值11.6412.2913.0312.329#馬歇爾穩(wěn)定度15.6931.418.8421.9836.62%流值11.77.033.97.54浸水馬歇爾穩(wěn)定度7.389.17.678.05流值9.66.677.888.0510#馬歇爾穩(wěn)定度19.0718.3315.4617.6243.70%流值2.372.784.143.1浸水馬歇爾穩(wěn)定度7.897.497.737.7流值3.546.7810.146.82通過計算分析得到，馬歇爾穩(wěn)定性影響因素分析如下面各圖（圖3.2-13.2-5所示，全部計算圖，見附表）：圖3.2-1 2#料與1#、3#、4#

34、料、油石比、礦粉之間比例對進(jìn)水馬歇爾穩(wěn)定度影響圖圖3.2-2 3#料與1#、2#、4#料、油石比、礦粉之間比例對進(jìn)水馬歇爾穩(wěn)定度影響圖圖3.2-3 4#料與1#、2#、3#料、油石比、礦粉之間比例對進(jìn)水馬歇爾穩(wěn)定度影響圖圖3.2-4 油石比與1#、2#、3#、4#料、礦粉之間比例對進(jìn)水馬歇爾穩(wěn)定度影響圖圖3.2-5 礦粉與1#、2#、3#、4#料、油石比之間比例對進(jìn)水馬歇爾穩(wěn)定度影響圖通過計算分析得到，1#、2#料與3#、4#料、油石比、礦粉之間比例對孔隙率的影響如圖3.2-6所示：（a）（b）（c）（d）圖3.2-6 2#料與1#、3#、4#料、油石比、礦粉之間比例對孔隙率影響圖通過計算分析

35、得到，3#料與2#、4#料、油石比、礦粉之間比例對孔隙率的影響如圖3.2-7所示：（a）（b）（c）（d）圖3.2-7 3#料與1#、2#、4#料、油石比、礦粉之間比例對孔隙率影響圖通過計算分析得到，4#料與2#、3#料、油石比、礦粉之間比例對孔隙率的影響如圖3.2-8所示：（a）（b）（c）（d）圖3.2-8 4#料與1#、2#、3#料、油石比、礦粉之間比例對孔隙率影響圖通過計算分析得到，油石比與各集料、礦粉之間比例對孔隙率的影響如圖3.2-9所示：（a）（b）（c）（d）圖3.2-9 油石比與2#、3#、4#、礦粉之間比例對孔隙率影響圖通過計算分析得到，礦粉與各集料的比例對孔隙率的影響如圖

36、3.2-10所示：（a）（b）（c）（d）圖3.2-10 礦粉與1#、2#、3#、4#料、油石比之間比例對孔隙率影響圖3.3 混合料最佳近似配合比試驗結(jié)果分析通過上述正交試驗結(jié)果的分析，確定出混合料的最佳近似配合比如表3.3-1所示，按照該配合比，采用6.0%、6.5%、7.0%、7.5%四種不同油石比制作馬歇爾試件，其相關(guān)的試驗結(jié)果見表3.3-2所示。由表3.3-2知，相同油石比的情況下，在25ºC空氣中養(yǎng)護(hù)的試件的穩(wěn)定度流值要大于25ºC浸水試件的穩(wěn)定度和流值，油石比為6.5%7.0%性能最佳。從表3.3-3、圖3.3-1、圖3.3-2可以看出通過微波處理的方式，可以快

37、速提高穩(wěn)定度，降低流值。表3.3-1 混合料配合比混合料1#料2#料3#料4#料填料比例（%）92125396注：油石比分別為6.0%、6.5%、7.0%、7.5%。表3.3-2 最佳集料配合比性能測試結(jié)果（單位：穩(wěn)定度/kN，流值/0.1mm）油石比6.0%6.5%7.0%7.5%試樣12121212干重1072.881210.971213.481212.681348.961223.331194.021221.21水中重620.87700.7702.17701.72783.24713.94693.77709.52表干重1086.751222.191215.561216.841350.7912

38、24.791194.071221.37吸水率2.98%2.15%0.41%0.81%0.32%0.29%0.01%0.03%平均值2.56%0.61%0.30%0.02% 表干相對密度2.3332.3442.3682.3622.3802.3982.3872.386平均值2.3382.3652.3892.386毛體積相對密度2.3742.3732.3732.3732.3852.4022.3872.387平均值2.3732.3732.3932.387孔隙率3.2%2.45%0.67%1.12%0.52%0.45%0.11%0.15%25ºC穩(wěn)定度25.2326.4126.6426.082

39、0.3124.3820.8919.01平均值25.8226.3622.34519.95025ºC流值8.2712.1510.1310.8512.2410.411.068.44平均值10.2110.4911.329.7525ºC浸水穩(wěn)定度17.2521.1325.2224.2725.0723.3317.7918.54平均值19.1924.74524.218.16525ºC浸水流值5.7910.425.966.766.398.008.4410.87平均值8.1056.367.1959.65560ºC穩(wěn)定度5.456.755.023.747.797.677.4

40、3平均值6.15.025.7657.5560ºC流值4.865.374.853.314.024.313.66平均值5.1154.853.6653.985抗?jié)B系數(shù)8.61E-098.75E-097.88E-097.85E-097.59E-097.68E-098.31E-098.71E-09平均值8.678E-097.867E-097.631E-098.509E-09殘留穩(wěn)定度74.32%93.87%108.30%91.05%表3.3-3 近似最佳集料配合比性能測試結(jié)果微波處理方法擊實情況溫度穩(wěn)定度（kN）流值（0.1mm）未處理雙面擊實60+25次（12h后）25ºC21.9

41、612.53雙面擊實6025ºC20.3811.47微波處理1min雙面擊實60+25次（12h后）60ºC5.885.8425ºC19.9911.56雙面擊實60 60ºC5.255.1925ºC18.989.34微波處理2min雙面擊實60+25次（12h后）60ºC7.725.3725ºC30.478.81雙面擊實60 60ºC7.24.6825ºC24.419.75微波處理4min雙面擊實60+25次（12h后）60ºC9.464.0425ºC28.648.92雙面擊實60 6

42、0ºC8.063.5625ºC29.878.29注：雙面擊實60+25次（12h后）為先雙面擊實60次，12小時以后再雙面各擊25次。圖3.3-1 不同處理方法對瀝青混凝土的穩(wěn)定度的影響圖3.3-2 不同處理方法對瀝青混凝土的流值的影響3.4 推薦的兩種花崗巖瀝青混合料配合比根據(jù)以上材料鑒定結(jié)果和不同配合比的試驗結(jié)果，從防滲、變形、強(qiáng)度等性能和安全可靠、經(jīng)濟(jì)角度考慮，推薦4種配合比，見表3.4-1所示。表3.4-2表3.4-4為推薦配合比的瀝青混合料的馬歇爾試驗結(jié)果。表3.4-1 推薦的瀝青混凝土配合比的材料和級配參數(shù)配合比編號巖性油石比礦料級配（%）1#料2#料3#料4#

43、料水泥礦粉A1花崗巖6.7820264033A21021253833B1灰?guī)r6.61316234233B21217254033表3.4-2 不同配合比的馬歇爾試驗結(jié)果配合比編 號試件密度（g/cm3）吸水率（%）穩(wěn)定度（kN）流值（0.1mm）馬歇爾模數(shù)（kN/mm）A1（花崗巖）12.372 0.4419.3870.6 2.75 22.358 0.5020.2445.5 4.44 平均值2.365 0.4719.8158.1 3.41 A2（花崗巖）12.352 0.5922.9214.9 15.38 22.348 0.6422.5643.5 5.18 平均值2.350 0.6222.742

44、9.2 7.78 B1（灰?guī)r）12.429 0.3932.1425.7 12.51 22.425 0.4430.4561.9 4.92 平均值2.427 0.4231.30 43.8 7.14 B2（灰?guī)r）12.397 0.5731.4961.8 5.10 22.391 0.6531.4362.1 5.06 平均值2.394 0.6131.4662.0 5.08 表3.4-3 在25ºC水浴中30min馬歇爾試驗結(jié)果配合比編號試件密度（g/cm3）吸水率（%）穩(wěn)定度（kN）流值（0.1mm）馬歇爾模數(shù)（kN/mm）殘留穩(wěn)定度（%）A1（花崗巖）12.365 0.4218.24 68.

45、8 2.65 85.7422.357 0.5815.73 105.4 1.49 平均值2.361 0.5016.99 87.1 1.95 A2（花崗巖）12.353 0.6120.57 47.8 4.30 92.6622.349 0.6021.57 36.7 5.88 平均值2.351 0.6121.07 42.3 4.99 B1（灰?guī)r）12.424 0.3628.93 68.5 4.22 90.2422.422 0.4527.55 26.0 10.60 平均值2.423 0.4128.24 47.3 5.98 B2（灰?guī)r）12.393 0.5428.66 42.6 6.73 92.1622.

46、389 0.6629.33 29.2 10.04 平均值2.391 0.6029.00 35.9 8.08 表3.4-4 25ºC水浴中48h馬歇爾試驗結(jié)果配合比編號試件密度（g/cm3）吸水率（%）穩(wěn)定度（kN）流值（0.1mm）馬歇爾模數(shù)（kN/mm）殘留穩(wěn)定度（%）A1（花崗巖）12.362 0.5218.23 25.77.09101.9222.378 0.4822.15 53.44.15平均值2.370 0.5020.19 39.65.10A2（花崗巖）12.358 0.6121.95 52.24.2098.5922.346 0.6022.89 54.04.24平均值2.35

47、2 0.6122.42 53.14.22B1（灰?guī)r）12.429 0.4624.15 39.56.1153.4122.421 0.3526.32 19.013.85平均值2.425 0.4125.24 29.38.63B2（灰?guī)r）12.3830.5827.54 84.13.2775.6422.3950.6326.77 32.08.37平均值2.3890.6127.16 58.14.683.5推薦的兩種灰?guī)r瀝青混合料配合比灰?guī)r采用傳統(tǒng)配合比設(shè)計方法，由于花崗巖與灰?guī)r集料通過率的相同性，參照花崗巖配合比的結(jié)論規(guī)律，綜合分析后，給出兩個推薦配合比，并進(jìn)行相關(guān)驗證，其試驗數(shù)據(jù)如下： 灰?guī)rB1配合比級配合成曲線灰?guī)rB2配合比合成級配曲線表3.5-1 推薦的瀝青混凝土配合比的材料和級配參數(shù)配合比編號巖性油石比礦料級配（%）1#料2#料3#料4#料水泥礦粉B1灰?guī)r6.61316234233B21217254033表3.5-2 不同配合比的馬歇爾試驗結(jié)果配合比編 號試件密度（g/cm3）吸水率（%）穩(wěn)定度（kN）流值（0.1mm）馬歇爾模數(shù)（kN/mm）B