鹽通高速排水性瀝青混合料目標(biāo)配合比設(shè)計方案

1、鹽通高速排水性瀝青混合料目標(biāo)配合比設(shè)計方案排水性瀝青路面應(yīng)用技術(shù)研究?課題組2005年 8月 8日鹽通高速排水性瀝青路面目標(biāo)配合比設(shè)計方案根據(jù)江蘇省高速公路建設(shè)指揮部有關(guān)文件要求，鹽通高速公路南通YT-NT22 合同標(biāo)單幅上海一連云港修筑排水性瀝青路面，交通部公路科學(xué)研究所、東南 大學(xué)及日本大有建設(shè)株式會社中央研究所按省高指要求進行了目標(biāo)配合比設(shè)計。 現(xiàn)將情況匯報如下。一、原材料原材料主要有粗集料、細(xì)集料、礦粉和高粘度改性瀝青四種材料。玄武巖碎石分為1 #料10m葉15mm和2 #料5mmr 10mm兩種規(guī)格；經(jīng)過不同類型細(xì)集料的性能比照實驗，結(jié)合江蘇省工程應(yīng)用經(jīng)驗與材料料源 情況，細(xì)集料4#

2、料采用玄武巖機制砂；礦粉為石灰?guī)r礦粉，并考慮用局部消石灰代替礦粉。排水性瀝青路面要求采用高粘度改性瀝青， 通過試驗性能試驗，并考慮性能 價格比因素，確定采用日本三菱產(chǎn)70#瀝青+ TPS改性劑比例為12:88和SBS 改性瀝青+ TPS改性劑比例為8: 92兩種方案，其中采用第一種高粘度改性瀝 青方案修筑10k m排水性瀝青路面，第二種高粘度改性瀝青方案修筑6.685km排水性瀝青路面。下面為各種原材料性能檢驗結(jié)果。1.粗集料粗集料試驗結(jié)果試驗工程單位測試值標(biāo)準(zhǔn)壓碎值%10.5 20洛杉磯磨耗損失量1#%11.1 252#%15.2 2.602#g/cm32.978 2.60吸水率1#%0.8

3、65 2.02#%0.964 4SBS+8%TPS570#+12%TPS5SK5鞏固性試驗%2.5 12針片狀含量1#%3.0 102#%6.2 10水洗法0.075mm顆粒人曰-含量1#%0.3 12#%0.3 1軟石含量1#%1.8 22#% 1.3 42破碎情況%有1個破碎面的含量100 100有2個破碎面的含量99.1 902.細(xì)集料細(xì)集料性能試驗結(jié)果試驗工程機制砂技術(shù)指標(biāo)要求視密度g/cm32.951 2.50砂當(dāng)量 %73.5 60含泥量v 0.075mm含量 =- 2.50含水量%0.44 1外觀無團粒結(jié)塊無團粒結(jié)塊親水系數(shù)0.55 1塑性指數(shù)3.2 40軟化點C88.987.4

4、 80延度15 cm78.2P 100 50延度(5C)cm33.741.7 20彈性恢復(fù)25 C%9998P 85密度15Ckg/cm1.02:1.028實測RTFOT式驗殘留物質(zhì)量變化率%-0.030.01 65延度5 CCm22.5:22.7 15粘韌性25 CN.m23.122.1 20粘結(jié)力25 CN.m19.018.6r 1560 C動力粘度Pa.s1436233701435000閃點C330320P 260弗拉斯脆點C-15.3-9.5運動粘度170 CmPa.s901426 48低溫柔性(-20 C ,2h繞 10mm棒)脆裂5條無裂縫無裂紋耐熱性(160 C ,30min)滑

5、動滑動無涂膜無流淌 不起泡粘結(jié)強度20 C MPa0.50.630.71 0.5延伸率20 C%28431173006 800不透水性不透水不透水不透水不透水抗剪強度(20 C )MPa0.480.361.75 1.2 (25 C )(40 C)0.070.050.62 0.4 (50 C )(模擬20 C)MPa1.931.951.81 1.2 (25 C )2.59(模擬40 C)0.610.660.61 0.4 (50 C )0.69拉拔強度(20 C )MPa1.281.051.12 0.5 (25 C )(40 C)0.470.320.41 0.2 (50 C )(模擬20 C)MP

6、a0.740.540.48 0.5 (25 C )0.83(模擬40 C)0.060.150.1 0.2 (50 C )0.24低溫凍融柔性-20 C各 2h什20 C無無無涂膜無裂紋開裂后存在性0C無無較少20 C較少較少多40 C較少極少少60 C較少無極少粘輪情況50 C ,10次粘粘防水膜粘起涂膜枯燥時間表干3d2h不粘手實干5天12h無粘著根據(jù)試驗結(jié)果可見：1不同材料防水性能不具有顯著差異，但在實驗室條件下改性熱瀝青成膜質(zhì) 量不易控制，因此只有實際施工時能準(zhǔn)確控制撒布量、且均勻撒布條件下才考慮 使用；2粘結(jié)強度和拉拔強度不具有顯著差異；使用實際瀝青混合料即表中模擬抗剪試驗的抗剪強度不

7、具有顯著差異，但與非模擬狀態(tài)材料的數(shù)據(jù)差距較大；3在延伸率方面，F(xiàn)YT防水材料要好于改性乳化瀝青，這也在開裂后防水 粘結(jié)層的存在性檢驗中得到驗證；450 C時存在粘輪現(xiàn)象，其中FYT粘結(jié)較嚴(yán)重，此問題將直接影響施工；室內(nèi)試驗結(jié)果說明，F(xiàn)YT防水涂料與改性乳化瀝青都有用于防水粘結(jié)層的可 能性，考慮到施工特性的差異，需要現(xiàn)場對兩種材料進行了性能比照試驗，根據(jù)現(xiàn)場實際性能來最后選定防水粘結(jié)層材料。三、推薦配合比根據(jù)排水性瀝青混合料的配合比設(shè)計方法，進行了本工程的目標(biāo)配合比設(shè) 計，同時比擬了不同設(shè)計方案的性能差異， 包括考慮不同類型細(xì)集料、不同比例 的粗集料、摻加與不摻消石灰等方案，目的是確定目標(biāo)配合

8、比的最優(yōu)設(shè)計方案， 具體過程及有關(guān)數(shù)據(jù)可見附件，下面為設(shè)計結(jié)果。1.推薦配比與合成級配排水瀝青混合料目標(biāo)配合比 材料1#2#砂礦粉油石比比例55301054.6合成級配級配號各級粒徑累計通過百分率1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075V1100.090.051.718.314.210.58.36.85.94.72性能對上述配比方案的排水性瀝青混合料進行性能檢驗，結(jié)果見下表。根據(jù)試驗結(jié)果可知，本目標(biāo)配合比設(shè)計方案得到的排水性瀝青混合料完全滿足相應(yīng)技術(shù)要 求。排水瀝青混合料目標(biāo)配比的性能檢驗工程SBS+8%TPS70#+12%TPS技術(shù)要求油石比,%4.74.6析

9、漏率,%0.660.82 0.15馬歇爾強度,KN6.845.31 4.0浸水馬歇爾強度,KN6.404.66殘留穩(wěn)定度93.687.7 80劈裂強度，MPa0.5930.557凍融劈裂強度，MPa0.5500.476TSR,%92.885.4 70標(biāo)準(zhǔn)飛散損失，6.519.8 20浸水飛散損失，7.422.2 4500四、材料數(shù)量估算根據(jù)上述確定的排水性瀝青混合料目標(biāo)配合比，計算主要工程材料數(shù)量如下表，路面寬度按單幅15.02m,厚度為4cm。瀝青面層主要材料數(shù)量表單位：噸材料類型70# + TPS 段 長度10kmSBS+TPS段 長度 6.685km合計1 #6792.04536.111

10、328.22 #3704.72474.36179.0玄武巖機制砂1234.9824.82059.7礦粉617.5412.41029.8瀝青568.1387.6955.7基質(zhì)瀝青499.9356.6TPS68.231.099.2說明油石比4.6%,混合料密度 2.15g/cm3油石比4.7%，混合料密度2.15g/cm3注：計算未考慮加減速車道加寬因素和各環(huán)節(jié)的損耗。附件：鹽通高速排水性瀝青路面配合比設(shè)計資料1.目標(biāo)配合比設(shè)計方法配合設(shè)計步驟如下：檢驗原材料的技術(shù)指標(biāo)；在推薦的級配范圍，根據(jù) 期望的目標(biāo)空隙率試配三種配比方案，使2.36mm篩孔通過率在中值范圍3%內(nèi)； 利用理論計算法，根據(jù)瀝青膜

11、厚度和集料外表積預(yù)估瀝青用量， 不同瀝青按不 同膜厚計算；擊實成型 MASHALL試件與車轍試件，檢驗體積指標(biāo)，主要是 空隙率能否到達(dá)目標(biāo)空隙率的要求；如果到達(dá)要求后再按0.5%，1%變化瀝青用量，分別進行析漏試驗、飛散試驗確定根據(jù)最正確瀝青用量， 通常以瀝青析漏 試驗的反彎點作為最正確瀝青用量， 而且析漏量一般不超過0.8%燒杯法，在此范 圍內(nèi)再參照馬歇爾試驗的結(jié)果，選擇適宜的瀝青用量作為最正確瀝青用量； 最后 以混合料性能試驗進行驗證配合比設(shè)計要求見下表，包括排水性能、抗水損壞 性能、飛散試驗與車轍試驗等。排水性混合料集料級配范圍NMAS=13.2mm篩孔尺寸mm通過率%16.010013

12、.285 1009.530 604.7510 302.369201.187170.66140.35120.15490.07537排水性瀝青混合料設(shè)計技術(shù)要求試驗工程單位技術(shù)要求備注MASHALL試件擊實次數(shù)次雙面50空隙率%20 22穩(wěn)定度kN 4.0析漏損失% 0.8飛散損失% 4500殘留馬歇爾穩(wěn)定度% 80凍融劈裂試驗殘留穩(wěn)定度% 70浸水飛散損失% 0.15滲水量ml/15s 9002.不同類型細(xì)集料的試驗結(jié)果為優(yōu)化排水性瀝青混合料目標(biāo)配合比設(shè)計方案，對玄武巖機制砂、石灰?guī)r機制砂和天然砂三種不同類型細(xì)集料進行了性能試驗的比照。2.1.配比與級配排水瀝青混合料組成配比級配編號1#2#砂礦

13、粉備注S15032135玄武巖機制砂S23552.566.5天然砂S35332105石灰?guī)r機制砂合成級配級配各級粒徑累計通過百分率1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075S110095.165.919.616.113119.27.45.4S210093.668.217.812.512.111.58.76.35.2S3100.090.353.318.414.010.68.36.45.54.322性能匕率漏析070#+TPSSBS+TPSSK口玄武巖機制砂 u天然砂-石灰?guī)r機制砂8 a642o o O工程玄武巖機制砂天然砂石灰?guī)r機制砂70#SBSSK70#SBSSK

14、70#SBSSK油石比，4.84.84.84.84.84.84.64.84.8析漏率,%0.340.340.280.830.60.750.70.80.5空隙率,%20.7520.9920.1420.520.821.220.419.721.5聯(lián)通空隙率,%12.913.317.315.213.616.9滲水系數(shù)，cm/s0.3020.3120.3130.2810.240.26馬歇爾強度,KN6.316.056.596.236.156.596.68.137.09動穩(wěn)定度，次/mm929566006468670792475864740483919767不同砂子的析漏率比擬12Lmz次度定穩(wěn)動9.31

15、0864200146.6 6.7 9.2 9.86.5SK廠玄武巖機制砂L天然砂I石灰?guī)r機制砂70# + TPSSBS+TPS不同砂子的動穩(wěn)定度比擬2.3.分析1使用不同類型的砂子，根據(jù)析漏試驗拐點所確定最正確瀝青油石比根本為 4.8%;天然砂的級配連續(xù)性較好，規(guī)格上較細(xì)，故空隙特征較好，聯(lián)通空隙增加, 但也會導(dǎo)致析漏量增加，需要減小最正確油石比，防止細(xì)砂和瀝青出現(xiàn)明顯析漏。2石灰?guī)r機制砂后，并沒有預(yù)期的較好的吸油的效果。最正確瀝青用量不僅略有減小，且析漏量增加，其他技術(shù)指標(biāo)也沒有見明顯優(yōu)勢， 故不推薦使用石灰?guī)r機制砂3東南大學(xué)的試驗也說明，采用石灰?guī)r方案的最正確油石比只有 4.6%，析漏 損

16、失較高；對于使用天然砂方案，在油石比擬大時，析漏損失要明顯大于玄武巖。4相對而言，玄武巖機制砂強度高，抗磨性能好；但從級配上看，該砂有 些偏粗。3.不同級配的比照結(jié)果為優(yōu)化排水性瀝青混合料目標(biāo)配合比設(shè)計方案， 在目標(biāo)設(shè)計空隙率根本一致 的條件下，對不同級配的排水瀝青混合料性能進行了比照實驗。3.1.配比與級配級配編號1#2#砂礦粉備注T15032135玄武巖機制砂T23549115玄武巖機制砂T36516145玄武巖機制砂排水瀝青混合料組成配比3.2.性能9 8 7 6 54 4 4 4 4 W比石油佳最4.84.84.864.74.64.7.級配T1級配T21級配T370#+ TPSSBS+

17、TPSSK工程級配T1級配T2級配T370#SBSSK70 #SBSSK70#SBSSK油石比，4.84.84.84.74.74.74.64.64.8析漏率,%0.340.340.280.510.50.30.8空隙率,%20.7520.9920.1420.220.521.218.919.720.4聯(lián)通空隙率,%13.514.214.8滲水系數(shù)，cm/s0.3020.3120.313馬歇爾強度,KN6.316.056.595.766.16.535.947.017.46動穩(wěn)定度，次/mm929566006468584589437595不同級配的最正確油石比比擬0 8 6 4 2 01mm/次vk(

18、度定穩(wěn)動不同級配的析漏率比擬86 4-20 0 0 0 色率漏析9.36.55.86.6 6.58.9SK70# + TPSSBS+TPS不同級配的動穩(wěn)定度比擬3.3.分析1級配T2與級配T3均存在最正確瀝青用量減少，析漏量有所增大的問題，故 不推薦選用；不同級配之間的其他技術(shù)指標(biāo)沒有見明顯差異。2試驗結(jié)果說明，如果級配過粗，9.5mm通過率過高，那么空隙特征會變 好，但會損失混合料的強度性能，造成飛散損失增大，穩(wěn)定度、劈裂強度和動穩(wěn) 定度等強度指標(biāo)下降；如果粗集料中 4.759.5mm局部顆粒含量較多，會造成混 合料級配偏細(xì)，雖然強度特性會變好，但可能會導(dǎo)致空隙特征變差，排水效率降 低。4.

19、 摻加消石灰的性能影響為優(yōu)化排水性瀝青混合料目標(biāo)配合比設(shè)計方案，提高排水性瀝青路面性能， 因此考慮摻加消石灰的方案，對摻加與不摻消石灰的瀝青混合料性能進行了路用 性能的比擬。由于消石灰的細(xì)度較大，最正確瀝青用量會提高，因此空隙率會降低，在級配 上需要將細(xì)集料有所減少。4.1.配比與級配排水瀝青混合料組成配比材料1#2#砂礦粉消石灰備注L050321350玄武巖機制砂L152321132.0玄武巖機制砂合成級配級配各級粒徑累計通過百分率1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075L010095.165.919.616.113119.27.45.4L1100.090.5

20、54.219.415.111.08.67.06.25.242性能工程不摻加消石灰摻加消石灰70#SBSSK70#SBSSK油石比,%4.84.84.84.855.2析漏率,%0.780.751.260.750.30.41空隙率,%20.7520.9920.1419.420.119.6聯(lián)通空隙率，%13.513.312.7滲水系數(shù),cm/s0.3020.3120.3130.3030.2580.319馬歇爾強度,KN6.316.056.597.748.118.37動穩(wěn)定度，次/mm92956600646810920111841055270#+ TPS SBS+TPSSK不摻加消石灰-摻加消石灰4-

21、2-0-865 5 5 4 4色比石油佳最不同方案的最正確油石比比擬4412G4-20 0 0 0 色率漏析.78 0.750.7570# + TPS0.3SBS+TPS1.26不摻加消石灰n 4 d口摻加消石灰U.4ISK不同方案的析漏率比擬Lmz次vK(度定穩(wěn)動12108642010.911.2SBS+TPSSK.不摻加消石灰J摻加消石灰9.370# + TPS不同方案的動穩(wěn)定度比擬4.3.分析1從試驗結(jié)果見，摻加消石灰后，排水性瀝青混合料最正確瀝青用量明顯增 大，而且析漏量有較大幅度減少。2摻加消石灰后排水性瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度、動穩(wěn)定度明顯增加。因此，根據(jù)實驗室內(nèi)的研究成果，可以考慮

22、摻加消石灰的設(shè)計方案， 但要控 制好消石灰的原材料質(zhì)量，并有可靠的摻加工藝。5. 不同配合比設(shè)計方案的比擬首先初步篩選出幾個的性能較好的排水性瀝青混合料目標(biāo)配合比設(shè)計方案, 然后在對這些設(shè)計方案進行路用性能比擬。5.1.配比方案排水瀝青混合料組成配比級配編號1#2#砂礦粉消石灰備注G15132125、.一【、J r r 玄武巖G252321132.0、.一【、J r r 玄武巖SE15826.5114.5、.一【、J r r 玄武巖D159.825.79.94.6、.一【、J r r 玄武巖D259.825.79.94.6石灰?guī)r砂D360.5268.94.6天然砂52性能比擬70#+TPS瀝青

23、的不同配合比方案性能比擬工程G1G2SE1D1D2D3油石比,%4.84.84.84.855析漏率,%0.780.751.131.140.72*0.19*空隙率,%20.7519.421.120.921.621.1聯(lián)通空隙率，%13.51514滲水系數(shù)，cm/s0.3020.3030.2780.239馬歇爾強度,KN6.317.745.696.014.665.3動穩(wěn)定度，次/mm9295109208434653870586533注：表中E1與D1為公路所驗證數(shù)據(jù)； D1原設(shè)計為5.0%，析漏量為1.27%; D2與D3 析漏量試驗條件與現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)不同 ,按我國標(biāo)準(zhǔn)為1.52%和1.68%，析漏量

24、過大見下列圖，因 此其他性能驗證試驗將最正確油石比調(diào)整4.8%和4.7%。嚴(yán)重的析漏SBS+TPS瀝青的不同配合比方案性能比擬工程G1G2SE1油石比，4.854.8析漏率，0.750.31.07空隙率，20.9920.120.5聯(lián)通空隙率， :13.3滲水系數(shù),cm/s0.3120.258馬歇爾強度,KN6.058.115.45動穩(wěn)定度，次/mm6600111846097SK瀝青的不同配合比方案性能比擬工程G1G2SE1油石比，4.85.24.8析漏率，1.260.411.18空隙率，20.1419.620.3聯(lián)通空隙率，12.7滲水系數(shù)，cm/s0.3130.319馬歇爾強度，KN6.59

25、8.375.6動穩(wěn)定度，次/mm64681055205.3.分析1根據(jù)上述試驗結(jié)果可見，配合比設(shè)計方案 G1與G2力學(xué)強度較好，析漏率較低，尤其是摻加消石灰后；配合比設(shè)計方案D3采用天然砂，根據(jù)級配推斷應(yīng)有較好的空隙特征，但設(shè)計油石比為5.0%，析漏量很大，因此試驗條件得到的聯(lián)通空隙率只有11.5%，滲水系數(shù)只有0.19cm/s,需要降低最正確油石比。級配 SE1、D1性能與G1根本一致。2對于相同級配的方案，采用不同的改性瀝青方案時，瀝青混合料的性能 差異不大；但摻加消石灰后，最正確瀝青用量有一定增大，析漏量明顯減少。6. 考慮熱料倉篩分作用后的目標(biāo)配合比為更準(zhǔn)確地確定冷料配比，考慮熱料倉篩

26、分作用，對2#料4.75mm以下和4#料2.36mm以上的局部進行了篩除，對目標(biāo)配合比設(shè)計方案進行調(diào)整，試驗 結(jié)果如下。6.1.推薦配比與合成級配排水瀝青混合料組成配比材料1#2#砂礦粉油石比比例55291154.6合成級配級配各級粒徑累計通過百分率1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075S1100.090.051.616.316.111.69.07.26.24.962性能對上述配比方案的排水性瀝青混合料進行性能檢驗，結(jié)果見下表，此設(shè)計方案的排水性瀝青混合料性能也完全滿足相應(yīng)的技術(shù)要求。排水瀝青混合料目標(biāo)配比的性能檢驗工程SBS+8%TPS70#+12%TPS技術(shù)要求油石比,%4.74.6析漏率,%0.580.76 0.15馬歇爾強度,KN6.575.97 4.0浸水馬歇爾強度,KN殘留穩(wěn)定度 80劈裂強度，MPa0.5330.623凍融劈裂強度，MPa0.4970.494TSR,%93.279.3 70標(biāo)準(zhǔn)飛散損失，9.310.4 20浸水飛散損失， 45007. 排水性瀝青混合料的級配范圍我國新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)提出的