沥青混合料配合比设计工程实例

沥青混合料配合比设计工程实例[题目]试设计某高速公路沥青混凝土路面用沥青混合料的配合组成。[原始资料]1.道路等级高速公路；2.路面类型AC-16沥青混凝土；3.结构层位三层式沥青混凝土的上面层；4.气候条件最低月平均气温-8℃；5.材料性能（1）沥青材料可供应A级70号和90号两种道路石油沥青。经检验各项技术性能均符合要求。（2）矿质材料1）碎石和石屑:石灰石轧制碎石，饱水抗压强度12OMPa，洛杉矶磨耗率12%,粘附性(水煮法)Ⅴ级,视密度2.70g/cm3；2）砂:黄砂(中砂),含泥量及泥块量均1%,视密度2.65g/cm33）矿粉:石灰石磨细石粉，粒度范围符合技术要求，无团粒结块，视密度2.58g/cm3。[设计要求]1.根据道路等级、路面类型和结构层位，确定沥青混凝土类型，并选择矿质混合料的级配范围。根据现有各种矿质材料的筛析结果，采用图解法确定各种矿料的配合比，并依据题意对高速公路要求组配的矿质混合料的级配进行调整。2.通过马歇尔试验，确定最佳沥青用量。3.最佳沥青用量按水稳定性检验和抗车辙能力校核。[解]1.矿质混合料配合组成设计（1）确定沥青混合料类型由题意，为使高速公路上面层具有较好的抗滑性，选用中粒式AC-16型沥青混凝土混合料。（2）确定矿质混合料级配范围按表1查出中粒式AC-16型沥青混凝土的矿质混合料级配范围，经调整后的工程级配范围如表1。级配类型筛孔尺寸(方孔筛)/mm16.O13.29.54.752.361.180.60.30.150.075AC-16沥青混凝土工程级配范围下限9076603420139754上限10092806248362618148表1矿质混合料要求级配范围/%（3）矿质混合料配合比设计①矿质集料筛分试验现场取样进行筛分试验:碎石选用三种规格：10～20mm、5～10mm、3～5mm石屑黄砂矿粉六种矿质集料的筛析结果列于下表。表2六种集料的筛分结果材料名称筛孔尺寸（方筛孔）/mm16.O13.29.54.752.361.180.60.30.150.075通过百分率/%碎石10～20mm10088.616.6O.4O.30.30.30.30.30.25～10mm10010099.78.70.70.70.70.70.70.63～5mm10010010094.73.70.50.50.50.50.3石屑10010010010097.267.840.530.220.64.2黄砂10010010010087.962.246.43.73.11.9矿粉10010010010010010010099.896.284.7②组成材料配合比设计计算采用图解法设计组成材料配合比，如附图1所示。由图解法确定各种材料用量为10～20mm碎石:5～10mm碎石:3～5mm，碎石:石屑:黄砂:矿粉=34.5%:24%:10.5%:11.5%:13%:6.5%。③调整配合比从附图1可以看出，计算的合成级配曲线接近级配范围中值。由于高速公路交通量大、轴载重，为使沥青混合料具有较高的高温稳定性，合成级配曲线应偏向级配曲线范围的下限，为此配合比应做调整。经调整，各种材料的用量比例为：10～20mm碎石:5～10mm碎石:3～5mm碎石:石屑:黄砂:矿粉=42%:20%:14%:9%:10%:5%。调整后合成级配曲线光滑平顺，且接近级配曲线的下限。附图1矿质混合料配合比计算图附图2矿质混合料级配曲线图试件组号油石比/%技术指标毛体积密度ρs/g·cm-3空隙率VV/%矿料间隙率VMA/%沥青饱和度VFA/%稳定度MS/kN流值FL/mm123454.04.55.05.56.02.3282.3462.3562.3532.3485.84.73.62.92.517.917.617.417.718.462.569.877.580.283.58.79.710.510.29.82.12.32.52.83.7技术标准—3～6≥1365～75≥81.5～4表3马歇尔试验结果汇总表（4）马歇尔试验结果分析①绘制沥青用量—物理、力学指标关系图根据表3马歇尔试验结果汇总表，绘制沥青用量与毛体积密度、空隙率、饱和度、矿料填隙率、稳定度、流值的关系图，如附图3。附图3油石比-马歇尔试验各项指标关系曲线图相应于密度最大值a1=5.20%，相应于稳定度最大值a2=5.15%，相应于规定空隙率范围中值a3=4.75%，相应于规定饱和度范围中值a4=4.40%。②确定最佳沥青用量初始值（OAC1）③确定最佳沥青用量初始值（OAC2）由附图3得，各指标符合沥青混合料技术指标要求的沥青用量范围为：OACmin～OACmax=4.20%～5.20%，则④综合确定最佳沥青用量（OAC）OAC=（5.03%+4.70%）/2=4.87%按OAC=4.87%检查VMA符合要求，且位于贫油沥青一侧；亦满足其他指标的要求。%03.53/%)75.4%15.5%20.5(1OAC%70.42/%)20.5%20.4(2OAC⑤最佳沥青用量（OAC）检验水稳定性检验：采用沥青用量为4.87%制备马歇尔试件，测定标准马歇尔稳定度及浸水(48h后)马歇尔稳定度，试验结果如附表4。表4沥青混合料水稳定性试验结果最佳油石比OAC/%马歇尔稳定度/kN浸水马歇尔稳定度/kN浸水残留稳定度/%规范规定残留稳定度/%4.878.37.69275从表4试验结果知：OAC=4.87%符合水稳性标准要求。抗车辙能力检验：以油石比为4.8%制备沥青混合料试件，进行抗车辙试验，试验结果如表：表5最佳油石比OAC/%试验温度T/℃试验轮压/MPa试验条件动稳定度/次·mm-1规范规定动稳定度/次·mm-14.87600.7不浸水13001000从表5试验结果知：OAC=4.87%的沥青混合料动稳定度大于1000次/mm，符合高速公路抗车辙能力的规定。结论：根据以上试验结果，参考以往工程实践经验，结合考虑经济因素，综合决定采用最佳油石比为：4.87%。