探讨热拌沥青混合料配合比设计方法及注意事项

Feb.

探讨热拌沥青混合料配合比设计方法及注意事项

张

毅

西安

(陕西省交通厅基本建设工程质量监督站,陕西710068)

摘要:以实际工程为示例,详细系统地介绍了热拌沥青混合料配合比设计的步骤、方法,并结合实际易发生的问题提出一些注意事项,对正确推广执行新规范和做好工程技术、质量控制均有实际指导作用。

关键词:沥青混合料;配合比;设计方法;注意事项中图分类号:U416.217

文献标识码:A

文章编号:1006-3528(2008)01-0030-05

《公路工程沥青路面施工技术规范》(JTGF40—《公路工2004)对热拌沥青混合料配合比设计方法在

程沥青路面施工技术规范》(JTJ032—94)的基础上进行了必要的完善优化,在材料技术要求、马歇尔试验配合比设计指标和标准、最佳沥青用量方法、空隙率等体积指标计算方法、检验指标及方法均有不同程度的修订,更具有科学性、合理性和操作性。以陕西省关中地区某高速公路表面层AC-16C型SBS改性沥青混凝土的配合比设计过程为实例,详细介绍现行规范的具体设计步骤和控制环节,并结合实际易出问题提出注意事项,以便交流技术,严肃执行推广规范规定,提高工程质量。

计、生产配合比设计及生产配合比验证3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。目标配合比设计步骤应按JTGF40—2004规范附录A给出的目标配合比设计阶段流程图严格进行。本项目沥青混合料配合比设计技术指标要求主要依据《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40—2004)、《陕西省沥青路面车辙防治指导意见》(DBTJ/T-002—2005)和《印发关于防治高速公路沥青路面早期损坏指导意见的通知》(交公路发

[2005]523号)。1.1

确定工程设计级配范围

本工程所处地区按规范附录A规定气候分区为1-3-2区,即夏炎热冬冷湿润区,考虑高温抗车辙兼顾低温抗开裂,选用粗型密级配沥青混合料

1目标配合比设计阶段

热拌沥青混合料的配合比设计按规范规定应采

(AC-C型),取中等或偏高水平的设计空隙率。确定

的工程设计级配范围如表1。

用马歇尔试验配合比设计方法,通过目标配合比设

表1

级配

规范规定级配范围工程设计级配范围

工程设计级配范围

中粒式AC-16通过下列筛孔(mm)的质量百分率/%

19100100

16

13.2

9.560~8058~72

4.75

2.36

1.18

0.69~2612~20

0.37~188~15

0.155~146~10

0.0754~84~6

90~10076~9290~10075~90

34~6220~4813~3635~4523~3215~24

1.21.2.1

原材料选择和试验沥青

本工程所处地区按规范附录A规定气候分区为

顾低温抗开裂,选择新加坡“壳牌”SBS类I-C级改性沥青,其基质沥青标号为70A级,经试验沥青质量符合规范要求,基质沥青主要技术指标如表2(第31页),SBS改性沥青主要技术指标如表3(第31页)。

1-3-2区,即夏炎热冬冷湿润区,考虑高温抗车辙兼

山西交通科技山西交通科技收稿日期:2008-01-23;修回日期:2008-01-30作者简介:张

毅(1969—

),男,陕西高陵人,副站长,高级工程师,1993年毕业于西安公路学院公路与城市道路专业,2004

年长安大学取得铁道与道路工程专业工学硕士学位。

2008年第1期

表2指标

针入度(25℃,5s,100g)/0.1mm适用的气候分区针入度指数PI

软化点(R&B)不小于/℃60℃动力黏度不小于/Pas10℃延度不小于/cm15℃延度不小于/cm蜡含量(蒸馏法)不大于/%闪点

不小于/℃

溶解度不小于/%密度(15℃)/gcm-3TFOT(或RTFOT)后质量变化不大于/%

残留针入度比(25℃)不小于/%残留延度(10℃)不小于/cm残留延度(15℃)不小于/cm

张毅:探讨热拌沥青混合料配合比设计方法及注意事项

试验级配(级配曲线略)及质量符合要求。

31

基质沥青质量试验结果

技术要求(70A级)规范规定招标要求60~801-3-2

-1.5~+1.0-1.5~+1.046180201002.226099.5实测值

46160251002.026099.5实测值

-0.4351.021940.5大于1501.45347.099.91.028

T0604T0606T0620T0605T0605T0615T0611T0607T0603T0610或

T0609T0604T0605T0605

60~80

66.0

T0604

试验结果试验方法

1.2.3细集料

细集料采用陕西省蓝田县科旺达碎石厂生产的石屑,按规范高速公路沥青混合料宜将S14与S16组合使用,石屑规格选用S16(0~3mm),经试验级配(级配曲线略)及质量符合要求。

1.2.4填料

填料选用陕西省泾阳水泥厂生产的石灰岩矿

粉,并采用干燥水泥代替部分矿粉,用量为矿料总质量的3%,以增强石料与沥青黏附性,水泥采用陕西省铜川矿山水泥有限责任公司生产的矿山牌P.O32.5。矿粉及水泥质量试验结果符合要求。

±0.861615

±0.8618-

0.08268.211.332.5

1.2.5沥青抗剥落剂

所用碎石中含有极少量花岗岩颗粒,需在沥青中添加抗剥落剂以提高石料与沥青黏附性,采用西安华泽道路材料有限公司的PA-1型沥青抗剥落剂,用量占沥青质量的0.3%,沥青抗剥落剂质量试验结果符合要求。

表3改性沥清质量试验结果

指标

针入度(25℃,5s,100g)/0.1mm针入度指数PI不小于延度5℃,5cm/min,不小于/cm软化点TR&B不小于/℃运动黏度135℃不大于/Pas闪点

不小于/℃

溶解度不小于/%弹性恢复25℃不小于/%贮存稳定性离析,

48h软化点差,不大于/℃TFOT(或RTFOT)后残留物质量变化不大于/%针入度比25℃不小于/%延度5℃不小于/cm残留恢复25℃不小于/cm

±1.06020-±1.0602075

-0.02T0610或T060976.121.585.0

T0604T0605T0662

技术要求(SBS类I-C级)试验规范规定招标要求结果60~80-0.43055323099652.5

60~80-0.43070323099852.5

66.00.20232.583.81.85336.599.991.01.5

试验方法T0604T0604T0605T0606T0625、T0619

T0611T0607T0662T0661

1.3矿料配比设计

矿料配合比设计借助计算机的电子表格用试配

法进行,按照“均匀、嵌挤、密实”的原则,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,关键性筛孔2.36mm通过率小于38%,且在“驼峰”。经反复进行试配0.3～0.6mm范围内不出现

计算,得到各种矿料材料的质量配比为:S9(10~

20mm)碎石∶S12(5~10mm)碎石∶S14(3~5mm)

碎石∶S16(0~3mm)石屑∶矿粉∶水泥=34∶29∶

10∶22∶2∶3,抗剥落剂用量为0.3%.选择的目标

配合比矿料合成级配符合规范、招标要求。

1.2.2粗集料

粗集料为陕西省蓝田县科旺达碎石厂生产的辉长岩碎石,含有极少量花岗岩颗粒,规格选用S9(10～20mm)、S12(5～10mm)、S14(3～5mm),经

1.4马歇尔试验

按照上述矿料配比,根据以往经验,油石比采用

4.0%～5.6%,以间隔0.4%分为5组进行马歇尔试

验,试验结果如表4.

表4目标配合比马歇尔试验结果

油石比

%4.04.44.85.25.6试验方法

理论最大密度毛体积密度

g/cm3g/cm3

2.5972.5822.5672.5535.539T0711

2.4282.4482.4512.4482.442T0705

空隙率

%6.55.24.54.13.8T0705

饱和度%53.962.067.971.574.5T0705

矿料间隙率

%

14.113.714.014.414.9T0705

稳定度kN13.1814.2516.4115.8414.20T0709

流值mm1.62.12.93.64.2T0709

马歇尔模数kN/mm

8.246.795.664.403.38T0709

按规范规定以油石比为横坐标,以马歇尔试验的毛体积密度、空隙率、稳定度、流值、VMA、VFA各

项指标为纵坐标绘制试验结果曲线图。

32山西交通科技2008年第1期

图1试验结果曲线图

由密度最大值、稳定度最大值、空隙率中值、沥青饱和度中值确定OAC1=(4.73+4.90+5.32+5.03)

由此计算的最佳油石比OAC=(OAC1+OAC2)

/2=(4.98+5.02)/2=5.01%.

综合检查考虑在油石比5.0%下,相应的各项指标均符合马歇尔试验技术标准,不再做调整,确定最佳油石比OAC为5.0%,如表5.

/4=5.00%.

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

OAC2=

(OACmin+OACmax)/2=(5.45+4.58)=5.02%.

表5

油石比

%5.0规范、招标要求

油石比5.0%时各项指标马歇尔试验结果

空隙率

%4.13~5

饱和度%70.765~75

矿料间隙率

%

14.0大于等于13.1

稳定度kN16.69大于等于10

流值mm3.12~4

马歇尔模数kN/mm

5.38

理论最大密度毛体积密度

g/cm3g/cm3

2.563

2.458

2008年第1期1.5

配合比设计检验

张毅:探讨热拌沥青混合料配合比设计方法及注意事项33

定性、水稳定性、低温抗裂性、渗水系数),经检验均符合要求,如表6.

按规范规定方法检验最佳沥青用量时的粉胶比、有效沥青膜厚度及沥青混合料使用性能(高温稳

表6

检验项目粉胶比

有效沥青膜厚度/μm

车辙试验浸水马歇尔试验冻融劈裂试验低温弯曲试验渗水试验

动稳定度/次mm-1残留强度比/%残留强度比/%破坏应变/με渗水系数/mlmin-1

目标配合比设计检验结果

规范要求0.8~1.2大于等于6大于等于2800大于等于85大于等于80大于等于2500小于等于120

招标要求0.8~1.2大于等于6大于等于4000大于等于90大于等于85大于等于2500小于等于120

检验结果试验方法1.099.64497297.489.9261676.1

T0719T0709T0729T0715T0730

根据上述试验资料,拟采用最佳油石比5.0%和相应目标配合比。

24∶2∶3,抗剥落剂用量为0.3%.

2生产配合比设计阶段

工程采用间歇式拌和机,对应原材料S9(10~

20mm)碎石、S12(5~10mm)碎石、S14(3~5mm)碎

石、S16(0~3mm)石屑,拌和机4个热料仓为1号仓

(11~22mm)、2号仓(6~11mm)、3号仓(3~6mm)、4号仓(0~3mm),取各热料仓具有代表性的样品进行室内试验,按筛分结果借用计算机进行矿料级配计算调整,得到生产配合比及矿料级配(级配曲线略),符合工程设计级配范围,矿料配合比为:1号仓(11~22mm)∶2号仓(6~11mm)∶3号仓(3~6mm)

图2热料仓矿质混合料合成筛分级配图

取目标配合比设计的最佳沥青用量OAC、

OAC±0.2%的3个沥青用量进行马歇尔试验,结果

如表7.

矿料间隙率

%

14.014.114.7

稳定度kN17.2317.0115.5610

流值mm2.93.13.32.0~4.0

马歇尔模数kN/mm

5.945.494.72

∶4号仓(0~3mm)∶矿粉∶水泥=29∶26∶16∶

油石比%4.85.05.2规范要求

理论最大密度毛体积密度

g/cm3g/cm3

2.5552.5482.540

2.4422.4442.433

空隙率

%4.44.14.23~5

表7生产配合比马歇尔试验结果

饱和度%68.670.971.465~75

通过室内试验和拌和机取样确定的生产配合比的最佳沥青用量与目标配合比设计的结果差值不宜大于±0.2%.经分析试验结果(有关计算、曲线图略),综合考虑在油石比5.0%情况下,马歇尔试验各项指标均符合要求,且试拌时级配比较稳定,确定生产配合比的最佳沥青用量为5.0%及相应配合比。

值,并避免了0.3～0.6mm处出现“驼峰”。

3.2马歇尔试验

采集沥青混合料样品进行马歇尔试验,结果符

合要求。

3.3车辙试验和水稳定性检验

采取沥青混合料检验其高温稳定性和水稳定

3生产配合比验证阶段

拌和机按生产配合比结果进行试拌、铺筑试验

性,经检验均符合要求。

3.4现场实测指标

现场检测压实度、空隙率、厚度、平整度、构造深

段,取样进行抽提试验、马歇尔试验,同时从路上钻取芯样检验现场指标质量情况,以确定生产用的标准配合比。

度、摩擦系数摆值、渗水系数,检测结果均符合要求。

3.5配合比设计结论

原材料规格、质量满足本工程要求,沥青混合料

3.1抽提试验结果

抽提试验结果表明筛分的矿料级配包括

性能达到规定要求,油石比、料仓比例、矿料级配如下:

0.075mm、2.36mm、4.75mm及公称最大粒径筛孔

在内的通过率接近优选的工程设计级配范围的中

a)冷料仓比例

34山西交通科技2008年第1期

(10~20mm)碎石∶S12(5~10mm)碎石∶S14S9

(3~5mm)碎石∶S16(0~3mm)石屑∶矿粉∶水泥=29∶26∶16∶24∶2∶3.抗剥落剂用量为0.3%.

c)最佳油石比为5.0%,相应沥青用量为4.8%,

施工允许偏差±0.2%.

34∶29∶10∶22∶2∶3.抗剥落剂用量为0.3%.

b)热料仓比例1号仓(11~22mm)∶2号仓(6~11mm)∶3号

仓(3~6mm)∶4号仓(0~3mm)∶矿粉∶水泥=

表8

级

配

d)标准配合比矿料级配及其施工允许波动级配

范围,如表8.

沥青混合料标准配合比

备注

筛孔(mm)的通过质量百分率/%

19100100100

1695.090~10098.0±6±2

13.283.076~9086.0±6±2

9.566.060~7270.0±6±2

4.7540.035~4540.3±6±2

2.3627.523~3225.5±5±2

1.1819.515~2417.9±5±2

0.616.012~2012.7±5±2

0.311.58~159.6±5±2

0.158.06~106.6±5±24.6~8.6

0.0755.04~65.5±2±14.5~6.5

工程设计级配中值工程设计级配范围标准配合比矿料级配施工允许偏差/%施工允许波动范围/%施工允许偏差/%施工允许波动范围/%

10092.0~10080.0~82.064.0~76.034.3~46.320.5~30.512.9~22.97.7~17.74.6~14.61.6~11.6

逐盘在线检测;

3.5~7.5每天抽提筛分

逐盘检查总量检验

10096.0~10084.0~88.068.0~72.038.3~42.323.5~27.515.9~19.910.7~14.77.6~11.6

4注意事项

筛分采用水洗法使所测0.075mm通过率更准确,保证标准配比真正指导实际生产级配。

a)规范明确规定沥青混合料配合比设计方法是

马歇尔试验加上当地经验,也就是说,配合比设计是马歇尔试验一系列试验结果的基础上,充分综合项目所在地域以往实践经验及气候、交通等条件来决定是否调整马歇尔试验确定的材料配合比和沥青最佳用量,尤其是项目所在区域较小,矿料产地固定、级配均匀,成功的实践经验更有参考价值。

d)配合比设计的每一阶段均应通过监理认可后

才能进行下一阶段工作,对同一拌和厂两台拌和机,如使用相同品种原材料,可使用同一目标配合比;但每台拌和机均应进行生产配合比设计阶段和生产配合比验证阶段。

e)沥青路面施工过程中经设计确定的标准配合

比不得随意变更。

b)沥青混合料配合比设计三阶段过程,按规范

规定认真做全、做好原材料、混合料、试验路的各项质量技术指标的试验检测工作,各项指标结果均应满足规范要求,也要注意各指标调整时的相互影响,使混合料达到更好的路用性能。同时,所设计的混合料应有良好的施工可能性,以减少施工变异性,保证施工质量。

f)采用其他方法设计沥青混合料时,也应进行马

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。参考文献:

[1][2][3]

交通部公路科学研究所.JTGF40—2004公路沥青路面施工技术规范[S].北京:人民交通出版社,2005.

李福普,沈金安.公路沥青路面施工技术规范实施手册[M].北京:人民交通出版社,2005.

交通部公路科学研究所.JTJ052—2000公路工程沥青混合料试验规程[S].北京:人民交通出版社,2000.[4][5]

交通部公路科学研究所.JTGE42—2005公路工程集料试验规程[S].北京:人民交通出版社,2006.中交公路规划设计院.JTGD50—2006

公路工程沥青

路面设计规范[S].北京:人民交通出版社,2006.

c)作为地材的砂石集料质量控制是目前路面施

工质量控制的一个难点。对集料应注意以下几点:(a)必须加强源头管理,保证集料质量均匀稳定;(b)采购集料首先必须符合规范所给的S1～S16单一粒径规格,往往误解JTGF40—2004规范4.8.2条,而不严格执行4.8.3条及4.9.4条规定;(c)无论是原材料还是热料仓取样一定要能够代表实际使用材料,

TheMethodandAttentionsofHot-MixBituminousMixtureMixDesign

ZHANGYi

(ShaanxiProvincialCapitalConstructionEngineering

QualitySupervisionStationofCommunications,Xi’an,Shaanxi710068,China)

Abstract:Combiningwiththeengineeringpractice,thepaperintroducedtheprocess,methodandattentionsforreference.

Keywords:bituminousmixture;mixratio;designmethod;attention