瀝青混凝土原材料控制工藝與配合比設(shè)計(jì)方法

高速公路瀝青路面

原材料控制與配合比設(shè)計(jì)武漢理工大學(xué)硅酸鹽材料工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張登峰2021年5月個(gè)人介紹張登峰:工程師

武漢理工大學(xué)硅酸鹽材料工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、武漢理工大學(xué)交通工程研究所；主要從事瀝青路面材料組成設(shè)計(jì)與現(xiàn)場施工質(zhì)量控制研究：主要內(nèi)容1.集料的生產(chǎn)、分級(jí)與原材料的管理2.配合比設(shè)計(jì)中的注意要點(diǎn)宕口的選擇：〔1〕覆蓋層薄〔2〕開采容易〔3〕選擇向陽面一、集料的生產(chǎn)、分級(jí)與管理1.1料源控制源石的處理：〔1〕分區(qū)堆放〔2〕除雜處理〔3〕平安

用于道路瀝青面層的碎石集料應(yīng)具有良好的顆粒形狀，常采用還擊式破碎機(jī)破碎，有立軸破碎和臥軸破碎兩種放式，南方以臥軸破碎更為常見；北方以立軸破碎比較多。一、集料的生產(chǎn)、分級(jí)與管理1.2集料的生產(chǎn)在一級(jí)顎破下方設(shè)置漏砂孔一級(jí)顎破時(shí)的除塵篩二級(jí)顎破內(nèi)部結(jié)構(gòu)

〔立軸式〕碎石場全景圖分級(jí)原那么：是施工承包方根據(jù)設(shè)計(jì)文件規(guī)定的瀝青混合料級(jí)配類型以及自己的瀝青拌和樓實(shí)際情況綜合確定的集料分級(jí)方法一、集料的生產(chǎn)、分級(jí)與管理1.3材料分級(jí)(1/7)合理的分級(jí)是優(yōu)化材料組成設(shè)計(jì)的前提，也是減小施工過程中級(jí)配變異性的重要因素粗集料的定義細(xì)集料可填充于公稱最大粒徑形成的間隙公稱最大粒徑細(xì)集料公稱最大粒徑的0.22倍貝雷參數(shù)分析：近似于公稱最大粒徑的0.22倍作為為粗、細(xì)集料的分界篩孔！！并將0.5D對應(yīng)的篩孔作為控制篩孔；〔兩者合稱關(guān)鍵篩孔〕1.3材料分級(jí)(2/7)0.020.040.060.080.0100.0%PASSING分界篩孔=0.22x公稱最大粒徑細(xì)集料粗集料公稱最大粒徑最大粒徑1.3材料分級(jí)(3/7)關(guān)鍵篩孔：0.5Dmax、0.22Dmax貝雷參數(shù)分析的粗細(xì)集料分界篩孔1.3材料分級(jí)(4/7)AC-25AC-20AC-16AC-1316-31.5mm13.2-26.5mm9.5-19mm9.5-16mm4.75-16mm4.75-13.2mm4.75-9.5mm4.75-9.5mm2.36-4.75mm2.36-4.75mm2.36-4.75mm2.36-4.75mm0-2.36mm0-2.36mm0-2.36mm0-2.36mm按瀝青路面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求，0-2.36mm和是必需的每檔集料所包括的關(guān)鍵篩孔不宜多于兩個(gè)?。」こ躺媳容^常用的幾種級(jí)配的實(shí)驗(yàn)室分級(jí)1.3材料分級(jí)(5/7)AC-25AC-20AC-16AC-1331×31mm23×23mm19×19mm16×16mm16×16mm16×16mm11×11mm11×11mm6×6mm6×6mm6×6mm6×6mm3×3mm3×3mm3×3mm3×3mm工程碎石場振動(dòng)篩與拌和樓振動(dòng)篩的篩網(wǎng)布置1.3材料分級(jí)(6/7)AC-25AC-20AC-16AC-1332×32mm25×25mm20×20mm17×17mm16×16mm16×16mm11×11mm11×11mm6×6mm6×6mm6×6mm6×6mm3×3mm3×3mm3×3mm3×3mm碎石場布篩拌和樓布篩1.3材料分級(jí)(7/7)加鋪層材料分檔與篩網(wǎng)布置級(jí)配類型分檔粒徑1＃料2＃料3＃料4＃料5＃料16~26.59.5~164.75~9.52.36~4.750~2.36AC-20碎石廠布篩（方孔，mm）23×2316×1611×116×63×3拌合樓布篩（方孔，mm）25×2517×1711×116×63×3實(shí)驗(yàn)室（方孔，mm）26.5169.54.752.36AC-16碎石廠布篩（方孔，mm）19×1911×116×63×3拌合樓布篩（方孔，mm）19×1911×116×63×3實(shí)驗(yàn)室（方孔，mm）169.54.752.36根據(jù)工程實(shí)體需要安排篩網(wǎng)規(guī)格，以上布篩規(guī)格僅供參考??！1.4原材料管理2.不同規(guī)格集料間以磚砌或者石砌的隔墻隔開〔厚度不小于24cm、高不低于1.5m，至少經(jīng)的起裝載機(jī)的磕碰〕，不建議用編制袋裝碎石的簡易隔離方法1.拌和廠集料必須分類堆放、明碼標(biāo)識(shí)3.細(xì)集料以簡易雨棚覆蓋

統(tǒng)計(jì)說明：一個(gè)工程因建一個(gè)雨棚而節(jié)省的燃油費(fèi)至少可以建10個(gè)雨棚！！瀝青的儲(chǔ)存罐體要求：1〕密閉性能良好2〕具有熱循環(huán)系統(tǒng)3〕必須具有外循環(huán)系統(tǒng)4〕自身的內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)〔攪拌裝置〕1.4原材料管理5.瀝青材料的進(jìn)場取樣與儲(chǔ)存(1/3)1.取樣方法〔主要針對改性瀝青〕嚴(yán)格的遵守上〔3/4h〕、中〔1/2h〕、下(1/4h)三層取樣法〔T0601-2000〕充分混合后再進(jìn)行試驗(yàn)〔從罐頂開口處取樣、最好不在瀝青卸料口〕；2.檢測指標(biāo)：老化前的針入度、軟化點(diǎn)、延度；采用旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱〔85型〕老化〔163℃、85min〕后的針入度、延度；1.4原材料管理5.瀝青材料的進(jìn)場取樣與儲(chǔ)存(2/3)1.4原材料管理5.瀝青材料的進(jìn)場取樣與儲(chǔ)存瀝青的儲(chǔ)存時(shí)間1.普通、改性瀝青常溫/低溫儲(chǔ)存時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)無明確說明，一般來講普通瀝青不超過6個(gè)月，改性瀝青不超過3個(gè)月〔某高速要求〕2.普通瀝青高溫存放〔130℃-150℃〕不超過10天，改性瀝青〔150℃-160℃〕存放不超過7天〔施工時(shí)按照要求升溫到適宜溫度〕(3/3)題外話：瀝青抗剝離劑使用目的：增強(qiáng)瀝青與集料(尤其是酸性石料)之間的粘附能力，使其具有良好的抗熱老化性及抗水損害性，延長路面的使用壽命，降低和減少維護(hù)本錢。瀝青抗剝離劑作用機(jī)理：實(shí)質(zhì)上是一種‘介面劑’，與集料外表形成物理吸附或依靠其特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu)與集料進(jìn)行化合反響形成強(qiáng)而有力的化學(xué)紐帶，從而提高了瀝青與集料的粘附性。常用的瀝青抗剝離劑

1.有機(jī)高分子抗剝離劑

胺類抗剝離劑：早期市場中的液態(tài)抗剝離劑產(chǎn)品多屬于此類，該類產(chǎn)品存在三大缺陷：一是熱穩(wěn)定性差；二是形成物理吸附，對酸性石料的吸附能力非常有限；三是局部抗剝離劑本身不抗水

含羥基類抗剝離劑：非胺類抗剝離劑，高溫穩(wěn)定性好，具有環(huán)保平安〔無毒、無刺激性氣味〕、性能優(yōu)良、長期有效、使用方便等特點(diǎn)。2.活性礦粉消石灰填料：用2％以內(nèi)的消石灰作為填料替代局部礦粉，減少(酸性)集料外表負(fù)電荷，減小集料親水性。該方法操作簡便，節(jié)約路面施工本錢。水泥填料：處理方法與消石灰的根本相同，一是用水泥漿處理；另一種是用水泥替代礦粉，增加填料的堿性。注意：水泥摻量應(yīng)控制在礦料總量的2％以內(nèi)。當(dāng)摻量超過3%后，很大程度上改變了瀝青混凝土的回彈模量、泊松比，路面的受力模式可能會(huì)變化。3.纖維纖維的分類：

道路工程應(yīng)用中的纖維一般可分為硬纖維和軟纖維兩種。硬纖維是由不同工藝制作的拉、拔、軋、切的鋼纖維和礦物纖維等；軟纖維一般指植物纖維和化學(xué)合成纖維，可按材質(zhì)分為木質(zhì)素纖維、聚酯纖維、玻璃纖維、尼綸纖維等。以下介紹木質(zhì)素纖維和聚酯纖維。纖維形貌特征木質(zhì)素纖維聚酯纖維礦物纖維木質(zhì)素纖維特點(diǎn)：化學(xué)上非常穩(wěn)定、不為一般的溶劑、酸、堿腐蝕，是一種廣泛應(yīng)用于公路工程的粉狀增強(qiáng)纖維添加劑，具有較好的分散性與施工性能。由于比外表積大、吸附性強(qiáng)，公路工程上主要用于瀝青混凝土外表層，以增加對瀝青的吸附性能，增強(qiáng)混合料的耐久性和抗水損害性能。聚酯纖維特點(diǎn)：新型防裂增強(qiáng)材料，以聚酯〔聚對苯二甲基甲乙二酯，PET〕為主要原料，外觀為多根纖維單絲交聚而成的束狀結(jié)構(gòu)。較普通聚合物纖維細(xì)度大、強(qiáng)度高、易分散，還有突出的耐高溫性能。公路工程上主要用于瀝青混凝土中、下面層以增強(qiáng)混凝土的抗裂性和抗高溫性能。兩種纖維技術(shù)性能指標(biāo)

〔某高速的要求〕技術(shù)指標(biāo)纖維種類木質(zhì)素纖維聚酯纖維抗拉強(qiáng)度/MPa－520平均長度/mm1.16.0平均直徑/mm0.0450.02密度/g·cm-30.8-1.21.32-1.40熔點(diǎn)/℃＞200248纖維的路用性能要求

良好的分散性

良好的熱穩(wěn)定性足夠的吸持瀝青能力較高的抗拉性能良好的安全性

路用性能要求關(guān)于材料方面上述意見僅供參考！！二、配合比設(shè)計(jì)中的注意要點(diǎn)2.1集料級(jí)配設(shè)計(jì)過程

1〕確定級(jí)配類型、級(jí)配范圍、計(jì)算級(jí)配中值

2〕集料取樣篩分

3〕集料百分率計(jì)算

4〕試配

5〕驗(yàn)證實(shí)際級(jí)配取樣具有代表性是保證配合比設(shè)計(jì)實(shí)用性的關(guān)鍵2.1-1配合比集料取樣方法目標(biāo)配合比取樣用裝載機(jī)從距料堆下部30cm處由下往上摟鏟，到達(dá)2/3的容量即可后退卸料，再用鏟緣將集料扒平，進(jìn)行6分點(diǎn)取樣再裝袋，每種規(guī)格料取2?3鏟。生產(chǎn)配合比取樣正式取樣前先從熱料倉放出3～4鍋熱料〔清倉－洗鍋〕，待設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常后再分別從熱料倉單倉放料，出料口用裝載機(jī)接料，在指定地點(diǎn)卸料后，用鏟緣將集料扒平，冷卻后進(jìn)行6分點(diǎn)取樣再裝袋，每倉熱料出兩次。取樣完畢即可進(jìn)行下一步工序2.1-2不同級(jí)配類型瀝青混合料的特點(diǎn)I〔F〕型結(jié)構(gòu)C型結(jié)構(gòu)間斷－嵌擠結(jié)構(gòu)礦質(zhì)骨架的結(jié)構(gòu)類型

①密實(shí)懸浮結(jié)構(gòu)②骨架－空隙結(jié)構(gòu)③骨架－密實(shí)結(jié)構(gòu)逐級(jí)嵌擠細(xì)包粗SMA連續(xù)級(jí)配：級(jí)配曲線平順圓滑，相鄰粒徑間有一定的重量比例；－AC-I(F)、C間斷級(jí)配：在連續(xù)級(jí)配中剔除其中一個(gè)分級(jí)或n個(gè)分級(jí)形成一種不連續(xù)的級(jí)配；－SMA開級(jí)配：主要由單一規(guī)格集料組成，細(xì)集料很少。-OGFC〔較特殊，很少用〕確定各個(gè)單一規(guī)格集料的用量比例，使混合集料的顆粒組成滿足特定的范圍要求。〔標(biāo)準(zhǔn)比較詳細(xì)〕2.1-3級(jí)配合成原理最小空隙率不同粒徑的各級(jí)礦質(zhì)集料，按一定的比例配合，使組成一種具有最小空隙率(最大密度)的礦質(zhì)混合料。最大摩擦力任何一級(jí)集料應(yīng)不干預(yù)其它各級(jí)集料的緊密排列，使其形成一個(gè)多級(jí)空間骨架的結(jié)構(gòu)，具有最大的摩擦力。比外表總和適當(dāng)：在確保一定的瀝青膜裹附下，拌加料最為節(jié)約高溫穩(wěn)定性低溫縮裂抗疲勞抗水穩(wěn)定性最終目標(biāo)2.1-4配合比設(shè)計(jì)原那么1000

0.075 0.3 2.3612.519.0設(shè)計(jì)集料結(jié)構(gòu)篩孔位于篩孔尺寸（mm）的0.45次方位置控制點(diǎn)禁區(qū)Superpave混合料的級(jí)配設(shè)計(jì)理論+馬歇爾試驗(yàn)方法＝我的級(jí)配設(shè)計(jì)體會(huì)！2.2配合比設(shè)計(jì)優(yōu)化AC型瀝青混合料只按關(guān)鍵性篩孔控制，在級(jí)配范圍內(nèi)均可滿足設(shè)計(jì)要求?？煞窠梃b現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)的根底上，利用Superpave和貝雷法的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)行一步縮小級(jí)配范圍，使工程設(shè)計(jì)級(jí)配得到有效的控制？瀝青面層各結(jié)構(gòu)層的特點(diǎn)：外表層：平整密實(shí)，抗滑耐磨，抗耐久性中面層：搞高溫車轍，抗剪切下面層：密實(shí)，不滲水，抗疲勞2.2配合比設(shè)計(jì)優(yōu)化公路工程瀝青混合料級(jí)配標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)要求Superpave25控制點(diǎn)與禁區(qū)

〔1〕禁區(qū)4.75mm通過率為39.5%，標(biāo)準(zhǔn)要求是不大于40%，施工經(jīng)驗(yàn)說明小于38%難于壓實(shí)，因此4.75mm的通過率宜控制在38-40%；〔2〕按CA值可推算13.2mm的通過率為64-67%〔3〕按FAc值可推算1.18的通過率為15-19%〔4〕按FAc值可推算0.3的通過率為6-9%按粉膠比計(jì)，結(jié)合AC-25的油石比4.0-4.3%，可定0.075的通過率宜為4-5%。〔5〕公稱粒徑26.5mm的通過率可按中值95%控制；禁區(qū)AC-25與Superpave25比較通過結(jié)合各設(shè)計(jì)方法的優(yōu)點(diǎn)，AC-25各關(guān)鍵篩如26.5、13.2、4.75、0.075mm等的通過率，以上各點(diǎn)完成可到達(dá)控制合成級(jí)配趨勢的目的。上述所給的推薦值可針對具體材料進(jìn)行調(diào)整，集料的分檔，集料材質(zhì)如顆粒形狀，外表紋理等均可產(chǎn)生一定的影響。某高速工程AC-25設(shè)計(jì)控制標(biāo)準(zhǔn)26.5mm95%13.2mm64-67%4.75mm38-39%1.18mm15-19%0.3mm6-9%0.075mm4-5%Superpave19控制點(diǎn)與禁區(qū)

Superpave19的禁區(qū)已在AC-20的中值上方，顯然級(jí)配設(shè)計(jì)時(shí)已按提高高溫穩(wěn)定性進(jìn)行要求，走中值的曲線已不是概念上密級(jí)配。〔1〕按標(biāo)準(zhǔn)要求4.75mm通過率不大于45%，施工經(jīng)驗(yàn)說明小于4.75mm的通過率宜在最大理論密度線附近，即宜控制在42-46%；〔2〕按CA值可推算13.2mm的通過率為64-67%〔3〕按FAc值可推算1.18的通過率為15-20%〔4〕按FAc值可推算0.3的通過率為6-9%〔5〕按粉膠比計(jì)，結(jié)合AC-20的油石比4.2-4.4%，可定0.075的通過率宜為4-5%?！?〕公稱粒徑19mm的通過率可按中值95%控制；禁區(qū)AC-20與Superpave19比較AC-20各關(guān)鍵篩的通過率19mm95%9.5mm64-67%4.75mm42-46%1.18mm15-20%0.3mm6-9%0.075mm4-5%合成級(jí)配某高速工程AC-20設(shè)計(jì)控制標(biāo)準(zhǔn)Superpave12.5控制點(diǎn)與禁區(qū)

禁區(qū)低滲水級(jí)配高滲水級(jí)配AC-13與Superpave12.5比較AC-13關(guān)鍵篩的通過率13.2mm95%4.75mm60-65%2.36mm35-40%0.075mm5-6%AC-13關(guān)鍵篩的通過率是優(yōu)先考慮密水功能，考慮抗滑要求，可在此根底上提高粗集料的含量！AC-25設(shè)計(jì)空隙率4%現(xiàn)場空隙率按4-7%控制AC-20設(shè)計(jì)空隙率4.5%現(xiàn)場空