《道路建筑與養(yǎng)護(hù)材料》能力訓(xùn)練五 熱拌瀝青混合料配合比設(shè)計

能力訓(xùn)練五熱拌瀝青混合料配合比設(shè)計PAGEPAGE12熱拌瀝青混合料配合比的設(shè)計訓(xùn)練目的：掌握熱拌瀝青混合料配合比的設(shè)計訓(xùn)練要求：根據(jù)已知條件選擇合適的材料，確定出滿足設(shè)計要求的瀝青混合料的最佳組成。訓(xùn)練指導(dǎo):瀝青混合料配合比設(shè)計的目的瀝青混合料設(shè)計的目的是選擇合適的材料，確定混合料的最佳組成，使之滿足設(shè)計規(guī)定的路用性能要求，而且經(jīng)濟合理。二、瀝青混合料配合比設(shè)計內(nèi)容配合比設(shè)計的內(nèi)容包括目標(biāo)配合比設(shè)計階段（試驗室內(nèi)試驗完成）、生產(chǎn)配合比設(shè)計階段（施工現(xiàn)場反復(fù)調(diào)試?yán)淞蟼}進(jìn)料速度，以達(dá)到供料均衡）、生產(chǎn)配合比驗證階段（通過現(xiàn)場做試驗段進(jìn)行試拌、試鋪，再進(jìn)行調(diào)整）。試驗室配合比設(shè)計包括兩部分：礦質(zhì)混合料組成設(shè)計、瀝青最佳用量確定。三、瀝青路面配合比設(shè)計的依據(jù)設(shè)計的依據(jù)有： 《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTGF4－2004）《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTJ052-2000）四、瀝青混合料配合比設(shè)計步驟五、瀝青路面配合比設(shè)計步驟（一）目標(biāo)配合比設(shè)計步驟目標(biāo)配合比設(shè)計按圖1的步驟進(jìn)行。1．礦質(zhì)混合料組成設(shè)計目的：選配一個具有足夠密實度，并且有較高內(nèi)摩阻力的礦質(zhì)混合料。1）確定瀝青混合料類型依據(jù)道路等級、路面類型，所處結(jié)構(gòu)層作選擇瀝青混合料類型2）確定礦料的級配范圍混合料礦料配合組成設(shè)計的目的是選配一個既能保證具有足夠密實度又能保證穩(wěn)定性，并且有較高內(nèi)摩擦阻力的礦料級配范圍?？梢愿鶕?jù)級配理論計算出需要的礦料級配范圍，通常是采用《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》推薦的礦質(zhì)混合料級配范圍來確定。3）礦質(zhì)混合料配合比設(shè)計①組成材料的原始數(shù)據(jù)測定：取樣、篩分、測密度②計算組成材料的配合比：根據(jù)試算法、圖解法確定，也可借助電子計算機的電子表格試配法進(jìn)行。③調(diào)整配合比a：一般情況下應(yīng)接近設(shè)計級配中值，尤其是0.075、2.36、4.75mm三個粒徑，必須滿足規(guī)范的要求。b：高速公路、一級公路、城市快速路等,宜偏向級配范圍的下(粗)限一般公路宜偏向級配范圍的上（細(xì)）限c：合成級配不得有太多的鋸齒形交錯，當(dāng)反復(fù)調(diào)整不能滿意時，宜更換材料設(shè)計。2.確定瀝青混合料的最佳瀝青用量《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》規(guī)定：采用馬歇爾試驗法確定瀝青用量1）制備試樣（1）按確定的礦質(zhì)混合料配合比，計算各礦料用量。（2）確定瀝青用量范圍，按預(yù)估的油石比為中值，按一定間隔（對密級配瀝青混合料通常為0.5％，對瀝青碎石混合料可適當(dāng)縮小間隔為0.3%-0.4%），取五個或五個以上不同的油石比分別成型馬歇爾試件。2）馬歇爾試驗（1）測定壓實瀝青混合料試件的毛體積相對密度a.計算礦料混合料的合成毛體積相對密度b.計算礦料混合料的合成表觀相對密度c.預(yù)估瀝青混合料的適宜的油石比Pa或瀝青用量Pbd.確定礦料的有效相對密度對普通瀝青混合料，以下面公式計算： 式中：γse——合成礦料的有效相對密度；γb——試驗采用的瀝青用量(占混合料總量的百分?jǐn)?shù))，％；γt——試驗瀝青用量條件下實測得到的最大相對密度，無量綱；γb——瀝青的相對密度(25℃／25℃)，無量綱。對改性瀝青混合料，有效相對密度宜直接由礦料的合成毛體積相對密度與合成表觀相對密度按下式計算確定式中：γse——合成礦料的有效相對密度；C——合成礦料的瀝青吸收系數(shù)，可按礦料的合成吸水率求?。籛x——合成礦料的吸水率，％；γsb——材料的合成毛體積相對密度，無量綱；γsa——材料的合成表觀相對密度，無量綱。e.確定瀝青混合料的最大理論相對密度對普通瀝青混合料，在成型馬歇爾試件的同時，按規(guī)范的要求用真空法實測各組瀝青混合料的最大理論相對密度。當(dāng)只對其中一組油石比測定最大理論相對密度時，也可按下面公式計算其他不同油石比時的最大理論相對密度。對改性瀝青混合料宜按下面公式計算各個不同瀝青用量混合料的最大理論相對密度。f.計算瀝青混合料試件的空隙率、礦料間隙率、有效瀝青的飽和度等體積指標(biāo)。（2）進(jìn)行馬歇爾試驗，測定穩(wěn)定度和流值3）確定最佳瀝青用量（1）繪制瀝青用量與物理—力學(xué)指標(biāo)關(guān)系圖圖馬歇爾試驗結(jié)果圖（2）確定瀝青混合料的最佳瀝青用量OAC1a.取相應(yīng)于密度最大值、穩(wěn)定度最大值、空隙率、瀝青飽和度范圍的中值的瀝青用量取平均值作為OAC1：OAC1=(a1+a2+a3+a4)/4b.瀝青用量范圍未能涵蓋瀝青飽和度的要求范圍，取其它三者的平均值OACl=(a1+a2+a3)／3c.對所選試驗的瀝青用量范圍，密度或穩(wěn)定度沒有出現(xiàn)峰值（最大值經(jīng)常在兩端）時，可直接以目標(biāo)空隙率所對應(yīng)的瀝青用量a3作為OAC1，但OAC1必須介于OACmin－OACmax的范圍內(nèi)，否則應(yīng)重新進(jìn)行配合比設(shè)計。（3）以各項指標(biāo)均符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(不含VMA)的瀝青用量范圍OACmin～OACmax的中作為OAC2。OAC2=(OACmin+OACmax)／2（4）通常情況下取OACl及OAC2的中值作為計算的最佳瀝青用量OAC。OAC=(OACl+OAC2)／2（5）按上式計算的最佳油石比OAC，從圖中得出所對應(yīng)的空隙率和VMA值，檢驗是否能滿足要求。OAC宜位于VMA凹形曲線最小值的貧油一側(cè)。當(dāng)空隙率不是整數(shù)時，最小VMA按內(nèi)插法確定，并將其畫入圖中。（6）檢查圖中相應(yīng)于此OAC的各項指標(biāo)是否均符合馬歇爾試驗技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。密級配瀝青混凝土混合料馬歇爾試驗技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(本表適用于公稱最大粒徑≤26．5mm的密級配瀝青混凝土混合料)試驗指標(biāo)單位高速公路、一級公路夏炎熱區(qū)(1—1、1—2、1—3、1—4區(qū))夏熱區(qū)及夏涼區(qū)(2—1、2—2,2—3、2—4、3—2區(qū))其他等級公路行人道路中輕交通重載交通中輕交通重載交通擊實次數(shù)(雙面)次755050試件尺寸mmΦ101.6mm×63.5mm空隙率VV深約90mm以內(nèi)%3～54～62～43～53～62～4深約90mm以下%3～62～43～63～6—穩(wěn)定度MS不小于kN853流值FLmm2～41.5～42～4.52～42～4.52～5礦料間隙率VMA(%)不小于設(shè)計空隙率相應(yīng)于以下公稱最大粒徑(mm)的最小VMA及VFA技術(shù)要求(％)(%)26.5191613.29.54.752101111.51213153111212.51314164121313.51415175131414.51516186141515.5161719瀝青飽和度VFA(%)55～7065～7570～85注：1．對空隙率大于5％的夏炎熱區(qū)重載交通路段，施工時應(yīng)至少提高壓實度1個百分點。2．當(dāng)設(shè)計的空隙率不是整數(shù)時，由內(nèi)插確定要求的VMA最小值。3．對改性瀝青混合料，馬歇爾試驗的流值可適當(dāng)放寬。（7）根據(jù)實踐經(jīng)驗和公路等級、氣候條件、交通情況，調(diào)整確定最佳瀝青用量OAC。a.調(diào)查當(dāng)?shù)馗黜棗l件相接近的工程的瀝青用量及使用效果，論證適宜的最佳瀝青用量。檢查計算得到的最佳瀝青用量是否相近，如相差甚遠(yuǎn)，應(yīng)查明原因，必要時重新調(diào)整級配，進(jìn)行配合比設(shè)計。b.對炎熱地區(qū)公路以及高速公路、一級公路的重載交通路段，山區(qū)公路的長大坡度路段，預(yù)計有可能產(chǎn)生較大車轍時，宜在空隙率符合要求的范圍內(nèi)將計算的最佳瀝青用量減小0.1%～0．5%作為設(shè)計瀝青用量。c.對寒區(qū)公路、旅游公路、交通量很少的公路，最佳瀝青用量可以在OAC的基礎(chǔ)上增加0.1％～0.3％，以適當(dāng)減小設(shè)計空隙率，但不得降低壓實度要求。（8）計算瀝青結(jié)合料被集料吸收的比例及有效瀝青含量。式中:Pba——瀝青混合料中被集料吸收的瀝青結(jié)合料比例，％；Pbe——瀝青混合料中的有效瀝青用量，％；γse——集料的有效相對密度，無量綱；γsb——材料的合成毛體積相對密度，無量綱；γb——瀝青的相對密度(25℃／25℃)，無量綱；Pb——瀝青含量，％；Ps——各種礦料占瀝青混合料總質(zhì)量的百分率之和，即Ps=100-Pb，％。如果需要，可按下式計算有效瀝青的體積百分率“及礦料的體積百分率Vg.（9）檢驗最佳瀝青用量時的粉膠比和有效瀝青膜厚度。①計算瀝青混合料的粉膠比，宜符合0．6～1．6的要求。對常用的公稱最大粒徑為13．2～19mm的密級配瀝青混合料，粉膠比宜控制在0．8～1．2范圍內(nèi)。式中：FB——粉膠比，瀝青混合料的礦料中0．075mm通過率與有效瀝青含量的比值，無量綱；P0.075——礦料級配中O．075mm的通過率(水洗法)，％；Pbe——有效瀝青含量，％。②計算集料的比表面，按下式估算瀝青混合料的瀝青膜有效厚度。各種集料粒徑的表面積系數(shù)按表17采用。式中:SA—集料的比表面積,㎡/㎏。Pi——各種粒徑的通過百分率，％；FAi——相應(yīng)于各種粒徑的集料的表面積系數(shù)，如表B．6．9所列；DA——瀝青膜有效厚度，m；Pbe——有效瀝青含量，％；γb——瀝青的相對密度(25℃／25℃)，無量綱。注：各種公稱最大粒徑混合料中大于4．75mm尺寸集料的表面積系數(shù)FA均取0．0041，且只計算一次，4．75mm以下分的部FAi如表B.6.9所示。該例的SA=6．60m2／kg。若混合料的有效瀝青含量為4．65％，瀝青的相對密度1．03，則瀝青膜厚度為DA=4.65/(1.03×6.60)×10=6.38μm.4）配合比設(shè)計檢驗（1）對用于高速公路和一級公路的密級配瀝青混合料，需在配合比設(shè)計的基礎(chǔ)上按技術(shù)規(guī)范要求進(jìn)行各種使用性能的檢驗，不符合要求的瀝青混合料，必須更換材料或重新進(jìn)行配合比設(shè)計。(2)高溫穩(wěn)定性檢驗。對公稱最大粒徑等于或小于19mm的混合料,按規(guī)定方法進(jìn)行車轍試驗，動穩(wěn)定度應(yīng)符合下表的要求。瀝青混合料車轍試驗動穩(wěn)定度技術(shù)要求氣候條件與技術(shù)指標(biāo)相應(yīng)于下列氣候分區(qū)所要求的動穩(wěn)定度(次／mm)試驗方法七月平均最高氣溫(℃)及氣候分區(qū)>3020～30<201．夏炎熱區(qū)2．夏熱區(qū)3．夏涼區(qū)1—11—21—31—42—12—22—32—43—2普通瀝青混合料，不小于8001000600800600T0719改性瀝青混合料，不小于24002800200024001800注：1．如果其他月份的平均最高氣溫高于七月時，可使用該月平均最高氣溫。2．在特殊情況下，如鋼橋面鋪裝、重載車特別多或縱坡較大的長距離上坡路段、廠礦專用道路，可酌情提高動穩(wěn)定度的要求。3．對因氣候寒冷確需使用針入度很大的瀝青(如大于100)，動穩(wěn)定度難以達(dá)到要求，或因采用石灰?guī)r等不很堅硬的石料，改性瀝青混合料的動穩(wěn)定度難以達(dá)到要求等特殊情況，可酌情降低要求。4．為滿足炎熱地區(qū)及重載車要求，在配合比設(shè)計時采取減少最佳瀝青用量的技術(shù)措施時，可適當(dāng)提高試驗溫度或增加試驗荷載進(jìn)行試驗，同時增加試件的碾壓成型密度和施工壓實度要求。5．車轍試驗不得采用二次加熱的混合料，試驗必須檢驗其密度是否符合試驗規(guī)程的要求。6．如需要對公稱最大粒徑等于和大于26．5mm混合料進(jìn)行車轍試驗，可適當(dāng)增加試件的厚度，但不宜作為評定合格與否的依據(jù)。(3)水穩(wěn)定性檢驗。按規(guī)定的試驗方法進(jìn)行浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗，殘留穩(wěn)定度及殘留強度比均必須符合下表的規(guī)定。注：調(diào)整瀝青用量后，馬歇爾試件成型可能達(dá)不到要求的空隙率條件。當(dāng)需要添加消石灰、水泥、抗剝落劑時，需重新確定最佳瀝青用量后試驗。瀝青混合料水穩(wěn)定性檢驗技術(shù)要求氣候條件與技術(shù)指標(biāo)相應(yīng)于下列氣候分區(qū)的技術(shù)要求(％)試驗方法年降雨量（mm）及氣候分區(qū)>1000500～1000250～500<2501．潮濕區(qū)2．濕潤區(qū)3．半干區(qū)4．干旱區(qū)浸水馬歇爾試驗殘留穩(wěn)定度（%），不小于普通瀝青混合料8075T0790改性瀝青混合料8580凍融劈裂試驗的殘留強度比(％)，不小于普通瀝青混合料7570T0729改性瀝青混合料8075(4)低溫抗裂性能檢驗。對公稱最大粒徑等于或小于19mm的混合料，按規(guī)定方法進(jìn)行低溫彎曲試驗，其破壞應(yīng)變宜符合下表的要求。瀝青混合料低溫彎曲試驗破壞應(yīng)變(με)技術(shù)要求氣候條件與技術(shù)指標(biāo)相應(yīng)于下列氣候分區(qū)所要求的破壞應(yīng)變(με)試驗方法年極端最低氣溫(℃)及氣候分區(qū)<-37.0-21.5～-37.0-9.0～-21.5>-9.01．冬嚴(yán)寒區(qū)2．冬寒區(qū)3．冬冷區(qū)4．冬溫區(qū)1—12—11—22—23—2l一32—3l一42—4普通瀝青混合料，不小于260023002000改性瀝青混合料，不小于300028002500T0728(5)滲水系數(shù)檢驗。利用輪碾機成型的車轍試件進(jìn)行滲水試驗檢驗的滲水系數(shù)宜符合下表的要求。瀝青混合料試件滲水系數(shù)(m／min)技術(shù)要求級配類型滲水系數(shù)要求(m/min)試驗方法密級配瀝青混凝土，不大于120T07305）配合比設(shè)計報告（1）配合比設(shè)計報告應(yīng)包括材料品種選擇與原材料質(zhì)量試驗結(jié)果、礦料級配、最佳瀝青用量，以及各項體積指標(biāo)、配合比設(shè)計檢驗結(jié)果等。試驗報告的礦料級配曲線應(yīng)按規(guī)定的方法繪制。（2）當(dāng)按調(diào)整瀝青用量作為最佳瀝青用量，宜報告不同瀝青用量條件下的各項試驗結(jié)果，并提出對施工壓實工藝的技術(shù)要求。（二）生產(chǎn)配合比設(shè)計規(guī)范規(guī)定高速公路、一級公路使用間歇式拌和機拌和。對間歇式拌和機，應(yīng)按規(guī)定方法取樣測試各熱料倉的材料級配，確定各熱料倉的配合比，供拌和機控制室使用。同時選擇適宜的篩孔尺寸和安裝角度，盡量使各熱料倉的供料大體平衡。并取目標(biāo)配合比設(shè)計的最佳瀝青用量OAC、OAC±0.3%等3個瀝青用量進(jìn)行馬歇爾試驗和試拌，通過室內(nèi)試驗及從拌和機取樣試驗綜合確定生產(chǎn)配合比的最佳瀝青用量，由此確定的最佳瀝青用量與目標(biāo)配合比設(shè)計的結(jié)果的差值不大于±0.2％。生產(chǎn)配合比階段做的非常規(guī)試驗主要有以下方面：1.冷料倉的流量試驗冷料倉的流量試驗就是要找到流量與集料規(guī)格、出料口開啟程度、小皮帶轉(zhuǎn)速等之間的關(guān)系，并用流量關(guān)系曲線表示。根據(jù)計算的流量，在曲線上查得裝有某種規(guī)格集料的冷料倉出口應(yīng)張開得大小及小皮帶應(yīng)具備得轉(zhuǎn)速。2.各熱料倉供料比測定試驗使用間歇式拌和機，冷料經(jīng)烘干筒加熱后，提升到拌和樓內(nèi)進(jìn)行篩分分檔，每檔分別進(jìn)入各自的熱料倉。但由于拌和樓的篩子長度有限，更兼有傾角的影響，集料不能充分篩分，流進(jìn)各熱料倉的集料不是按機內(nèi)各篩號準(zhǔn)確分級。因此還必須從各熱料倉中取樣進(jìn)行篩分試驗（即二次篩分），根據(jù)篩分結(jié)果進(jìn)行礦料配合比計算，決定各熱料倉的供料比例。3.溫度及拌和時間試驗經(jīng)反復(fù)調(diào)整冷料倉供料比，達(dá)到供料平衡后，即可加瀝青進(jìn)行拌和。根據(jù)拌和后混合料的溫度及其外觀，決定集料和瀝青的加熱溫度以及混合料的拌和時間。當(dāng)每一鍋出料后，目測認(rèn)為不合適，則需重新進(jìn)料，適當(dāng)延長拌和時間。反復(fù)幾次，直至合格為止。此時的拌和時間再加3～5S即為正式生產(chǎn)時的拌和時間。第一鍋出料后，雖目測合格，須適當(dāng)縮短拌和時間重新試拌。反復(fù)幾次，直至不合格料出現(xiàn)為止。取不合格料出現(xiàn)前一次合