论文沥青混凝土AC-16

1定魏工程AC-16I型沥青混合料目标配合比设计一、引言（一）问题的提出及研究意义随着我国的国民经济的高速发展，不管是高速还是普通公路对沥青混合料的要求都有很大的提高，所以对沥青混合料性能如何满足路面使用性能等都有很大的研究价值。沥青混合料路面作为一种路面结构形式，以其行车舒适、噪声低、易于维护等优点，被广泛应用于公路建设中。但是国内的沥青路面普遍存在工程的耐久性和早期损坏两大突出问题。造成这种情况有各个方面的原因，其中很重要的一个原因就是沥青混合料的配合比设计不合理。而作为面层，它是为行车提供安全、经济、舒适的服务，并直接承受汽车荷载作用和自然因素的影响，因此在沥青面层施工中非常重要的一个环节是搞好混合料的组成设计，要综合考虑其高温稳定性、低温抗裂性、耐久性、抗滑性、抗疲劳性、及施工的难易程度等问题。具体表现如下：（1）强度高，沥青混合料在路面中，直接承受车辆荷载的作用，因此应具有一定力学强度；（2）高温稳定性好，沥青混合料是种典型的流变材料，它的强度和劲度模量随温度的升高的降低，所以在夏季高温时，在重交通重复作用下，由于交通的渠化，在轮迹带逐渐形成变形下凹、两侧鼓起的所谓“车辙”，这是现代高等级沥青路面最常见的病害；（3）低温抗裂性好，沥青混合料不仅应具备高温稳定性，同时还要具有低温抗裂性，以保证路面在冬季低温时不产生裂缝；（4）耐久性好，沥青混合料在路面中，长期承受自然因素的作用，为保证路面具有较长的使用年限，必须具有较好的耐久性；（5）抗滑性好，即应具有良好的微观粗糙度和宏观粗糙度，以保证在路面潮湿时，车辆能高速安全行驶，并且在外界因素的作用下其抗滑能力不致很快降低；（6）施工和易性好，要保证室内配料在现场施工条件下顺利的实现，沥青混合料除了应具备前述的技术要求外，还应具备施工和易性。[1]沥青混合料是由适当比例的粗集料、细集料及填料组成的符合规定级配矿料与石油沥青加温拌和而成的,其具有良好密实结构,强度稳定性主要取决于混合料的粘聚力和内摩2阻力,沥青混凝土路面的沥青混合料按标准压实后的剩余空隙可分为两种,一种为剩余空隙率为3%~6%,为I型密实式沥青混凝土混合料,另一种剩余空隙率为4%~10%,为Ⅱ型半密实式沥青混凝土混合料。当空隙率较大时,雨水容易渗入,使粘结力降低导致沥青矿料表面剥落,促进老化,缩短寿命,但因其细集料含量较少时,可以增加高温抗变形能力,热温性较好；当其空隙率较小时,雨水不易渗入,沥青路面具有较高的耐久性,使用年限较长。[2]沥青混合料通常有以下三种结构：悬浮－密实结构、骨架－空隙结构、骨架－密实结构。骨架密实型沥青混合料由于不仅具有较高的粘聚力，而且有较高的摩阻角，所以从理论上认为该种结构类型的沥青混合料具有最优的力学性能，而SMA混合料便是典型的骨架密实结构，但是由于它的造价过高，未能在路面施工上普遍应用。AC结构的沥青混凝土为我国最常用的沥青砼类型，我国90%的沥青路面为AC结构的沥青混凝土。AC结构的沥青砼为连续密级配的，其中4.75mm以上的粗集料一般占30%~50%比起SMA的70~80%少的多，而细集料比SMA多很多。沥青用量比SMA的少。结构为悬浮密实结构，粗集料在混合料中呈悬浮状态，易离析，施工时易于压实，AC-I型也属于此结构,具有是密水性好的优点。而且AC沥青混凝土的施工工艺和技术在我国经过多年的应用已经十分成熟并形成了严格的技术规范。AC沥青混凝土路面造价较低施工工艺简单对设备和机械要求不高，施工工艺和技术成熟完善。但是该结构高温稳定性欠佳，在高温，重载交通，渠化交通的作用下路面出现车辙的几率较大，水稳定性等方面较差，比较容易损坏。[3]鉴于我国还处于社会主义初级阶段，人民的生活水平与日俱增，我国的人均拥车数量也在不断上升，社会对道路的也有更高的路用要求，所以，如何做好沥青混合料配合比设计，特别是对集料组成设计进行必要的改进，从而使连续级配AC类混合料也具备较强的骨架密实特性，使沥青混合料的抗车辙、抗滑、抗渗等性能得到兼顾，避免早期损坏的发生，对人民的财产安全，更重要的对我国今后的道路发展是相当的重要。（二）国内外研究现状沥青路面在现代公路国内外交通中的地位日益突出，成为当前应用最广泛、使用里程最长的高级路面形式,它是用沥青材料作为结合料和不同组成的矿质集料（即沥青混合料）铺筑面层的路面的总称，具有强度高、行车平稳、无扬尘、无振动和噪音小等优点，适合用于各种交通量的道路。沥青混合料是沥青混凝土和沥青碎石混合料的总称。目前沥青混合料的种类繁多，按结合料分类分为石油沥青和煤沥青混合料；按矿料级配类型分为连续级配和间断级配沥青混合料；按最大粒径分类可分为粗粒式、中粒式、细粒式和砂粒式沥青混合料；按沥青混合料拌制和摊铺温度分为热拌热铺和常温沥青混合料，最常用的是热3拌沥青混合料，它是经人工组配的矿质混合料与粘滞沥青在专门设备中加热拌和而成，用保温运输工具运送到施工现场，并在热态下进行摊铺压实的混合料。热拌沥青混合料是沥青混合料中最典型的品种，其他各种沥青混合料均为由其发展而来的亚种。随着当前经济的高速发展，带来的交通量迅速增长，车辆轴载也是显著增加，局部地区超载现象依然不断，给沥青路面带来了严重的早期质量破坏,主要体现两个方面一个是裂缝，另一个是车辙。因此，这给沥青路面的使用品质提出了愈来愈高的要求，如何做好沥青混合料配合比设计成为摆在国内外技术人员面前亟待解决的一项重要课题。（三）主要内容及研究思路沥青混合料马歇尔目标配合比设计分为矿料配合比设计和沥青最佳用量确定两部分，第一步，根据道路等级、路面类型、所处的结构层位和规范确定沥青混合料的类型和矿料的级配类型，然后进行现场取样对粗集料、细集料和矿粉进行筛析试验并分别绘出各组成材料的筛分曲线，同时测定各组成部分的相对密度，最后根据筛分试验资料计算和调整矿料配合比；第二步，为了确定沥青混合料的最佳沥青用量，先制作五个或五个以上试样，对它们测定物理指标：毛体积密度、理论最大密度、空隙率、沥青体积百分比、矿料百分率、矿料间隙率沥青饱和度,然后测定力学指标：稳定度、流值和马歇尔模数。最后对马歇尔试验结果进行分析，进行水稳定性和抗车辙能力检验。根据验证结果，若达不到相关规定则另选材料、调整级配或采取其他措施重做试验，直到符合要求，确定出较理想的目标配合比。二、原材料的标准与选择要保证工程质量，必须对工程材料进行严格的选择和检验，这也是在沥青混合料配合比设计前必不可少的一个重要环节。选择、确定原材料应根据设计文件对路面结构和使用品质的要求，按照《规范》的相关规定，结合地材的供应情况，按照相关试验规程的要求进行检验，然后择优选材，使材料的各项技术指标都符合规定的技术要求。[4]矿料的级配组成是影响沥青混合料高温稳定性的主要因素之一，国内外研究资料表4明，沥青混合料的高温抗车辙能力有60%依赖于矿料级配的嵌挤作用，沥青混合料的粘结性能只有40%的贡献。因此，通过目标配合比设计优选矿料的合理级配，确定最佳沥青用量至关重要。[5]（一）沥青的选择沥青混凝土中的沥青结合料应有较高的粘度,以保证有足够的高温稳定性和低温韧性,因此应选用有良好粘结性能和感温性能的重交通道路石油沥青或改性沥青作为沥青混凝土的沥青结合料。[6]本项目考虑到邯郸地区邯郸的气候概况是：四季分明，温度适中，光照充足，雨热同季，降水集中，灾害性天气常有发生，春旱、夏涝、秋爽、冬干，选用东营供应的A级70#道路石油沥青，AH-70#广泛应用于路面表层的道路施工中，对提高沥青路面的品质有极大提高。试验结果见表1。表1A级70#石油沥青试验结果项目单位技术要求试验结果试验方法针入度25oC1/10mm60-8072T0604延度15oCcm100100T0605软化点0C4646T0606密度25oCg/cm3实测记录1.006T0603表注：1、使用仪器设备：ZR-2自动针入度仪、HS-B超级水域、2X-0.5真空泵、SYD-0615含蜡量测定仪、DT分析天平、SYD-0620沥青动力粘度试验器、SYD-3536闪点仪；2、本样品所检指标符合定魏工程(北)路面工程施工招标文件所规定的70号A级道路石油沥青的技术施工要求.１．沥青三大指标试验注意事项.针入度：在规定温度25℃下，以规定质量100g的标准针，在规定时间5s内贯入沥青试样中的的深度（1/10mm为一度）表示。针入度越大，表示沥青越软，粘度越小。延度：采用延度仪测定，把沥青试样制成8字形标准试模，在规定的拉伸速度（5cm/min）和规定温度（25℃）下拉断时的伸长长度，以cm表示。延度值越大，表示塑性越好。软化点：采用环球法测定，把沥青试样装入规定尺寸（直径16mm，高6mm）的铜环内，试样上放置一标准钢球，浸入水中以规定的速度升温加热（5℃/min），使沥青软化下垂。当下垂量达到25.4mm时的温度即为软化点。软化点越高，表示耐热性越好。5２．沥青蜡含量对沥青指标影响降低石油沥青的粘结性和塑性，同时对温度特别敏感（即温度稳定性差）蜡对沥青路面使用性能有极大影响。现有研究认为沥青中蜡的存在，在高温时会使沥青容易发软，导致沥青路面高温稳定性降低，出现车辙。同样，在低温时会使沥青变得脆硬，导致路面低温抗裂性降低，出现裂痕，此外，蜡会使沥青与石料的粘附性降低，在有水的条件下，会使路面石子产生剥落现象，造成路面破坏，更严重的是，含蜡沥青会使沥青路面的抗滑性降低，影响路面的行车安全3．沥青针入度软换点延伸之间的相互关系针入度和软化点都是沥青粘度的测定方法。针入度是沥青稠度的指标。针入度越大，沥青越软，即稠度越小。软化点是沥青达到规定条件粘度时候的温度。针入度是规定温度下测定沥青的条件粘度。所以，软化点是反映沥青材料热稳定性的一个指标，也是沥青条件粘度的一个量度。延性的指标是延度。延度是沥青受到外力拉伸作用是，所能承受的变形能力，是沥青内聚力的衡量。他们三者之间没有明显的联系。各司其职。因为他们的试验温度都不同。针入度为15，25，30，35℃。软化点通常都大于40℃。延度是5℃、10℃、15℃。（二）集料的选择组成沥青混凝土的原材料主要有：不同规格的粗集料、细集料、填充料（矿粉）、胶结料（沥青）。选择原材料按以下原则：技术性好（满足技术指标要求），经济性好，结合环保就地取材。1.粗集料的选择粗集料在沥青混凝土面层中的作用是通过颗粒间的嵌锁作用提供稳定性，通过其摩擦作用抵抗位移。其形状和表面纹理都影响沥青混凝土的稳定性，所以选择粗集料时，要严格按照粗集料的技术要求选择。即压碎值、磨光值、吸水率、粘附性针偏状颗粒含量等均符合要求。[4]确定石料来自武安石料，该地石料具有石质坚硬、强度高、表面纹理粗糙、耐久性好、易开采等优点。集料采用规格10-20mm、5-15mm、3-5mm、0-5mm石灰岩碎石。6集料筛分试验结果以水筛法为准，检验集料的技术指标均符合《规范》要求。下面即为规格10-20的针、片状颗粒含量（表2）和集料压碎值（表3）试验记录表。表2沥青混合料粗集料针、片状颗粒含量试验试样重(g)针状颗粒重（g）片状颗粒重（g）针状颗粒含量（%）片状颗粒含量（%）总含量（%）30001531565.15.210.330001551525.25.110.23000.0154.0154.05.15.110.3表3集料压碎值试验记录表试验次数（n）123试样质量（g）282628262826留在2.36(2.5)mm筛上的试样质量（g）230623262306试验后试样损失质量（g）520500520试样压碎指标值（%）18.417.718.4试样平均压碎指标值（%）18.2备注表注：本样品所检指标符合定魏工程(北)路面工程施工招标文件所规定的粗集料质量技术要求.２．细集料试验细集料采用来自沙河的优质中砂。细集料对粗集料形成骨架起嵌挤填充作用,同时受沥青粘结性能影响很大。因此,应严格控制集料的含泥量、无风化、无杂质,保证干燥、洁净。[6]下表（表4）即为对中砂的含泥量的试验记录表。表4含泥量试验7试验次数12试验前烘干试样的质量(