高性能瀝青混合料目標配合比設(shè)計示例

高性能瀝青混合料目標配合比設(shè)計示例第1頁，共51頁，2023年，2月20日，星期四引言為了便于大家更好的掌握高性能瀝青混合料的設(shè)計方法，本文以某高速路下面層，高性能瀝青混合料目標配合比設(shè)計為示例，完整地介紹了高性能瀝青混合料配合比設(shè)計的全過程，希望對大家有所幫助。設(shè)計類型：AC-20型瀝青混凝土

第2頁，共51頁，2023年，2月20日，星期四

1原材料瀝青根據(jù)建設(shè)項目的氣候特征和交通荷載等因素，綜合考慮，采用SBR改性瀝青。要求達到PG分級指標PG64-28指標以上。且滿足改性瀝青的各項技術(shù)指標要求。具體試驗結(jié)果見表1。

1.1瀝青膠結(jié)料第3頁，共51頁，2023年，2月20日，星期四表1蘭煉90號B級道路石油瀝青試驗結(jié)果

表1蘭煉90號B級道路石油瀝青試驗結(jié)果檢

驗

項

目試驗結(jié)果AH-90試驗方法針入度

(25℃,100g,5s)(0.1mm)60~8080~100T0604延度

(5cm/min,15℃)不小于

(cm)100100T0605延度

(5cm/min,10℃)不小于

(cm)2020軟化點

(環(huán)球法)不小于

(℃)4645T0606溶解度

(三氯乙烯)不小于

(%)

99.5T0607針入指數(shù)PI

-1.0~+1.0T0604薄膜加熱試驗163℃,5h質(zhì)量損失

不大于(%)

0.6T0610針入度比

不小于

(%)

65T0604延度

(10℃)不小于

(cm)

6T0605閃點

(COC)不小于

(℃)

245T0611含蠟量

(蒸餾法)不大于

(%)

2.0T0615密度

(15℃)不小于

(g/cm3)0.996實測記錄T0603動力粘度

(絕對粘度，60℃)不小于

(Pa.s)

160T0620第4頁，共51頁，2023年，2月20日，星期四1.2粗集料

設(shè)計采用海原縣油坊源料場的白云巖破碎石料，粗集料料源特性指標檢驗結(jié)果見表2。根據(jù)AC-20型的礦料級配范圍，將粗集料分為三種規(guī)格：S9(10mm-20mm)；S12(5mm-10mm)；S14(3mm-5mm)。粗集料檢驗結(jié)果見表3表4。第5頁，共51頁，2023年，2月20日，星期四表2粗集料料源特性指標檢驗結(jié)果檢

驗

項

目單位S9結(jié)果S12結(jié)果S14結(jié)果技術(shù)要求試驗方法壓碎值

不大于%19.3

28T0316洛杉機磨耗損失不大于%28.8

30T0317表觀相對密度

不小于—2.8382.8372.8702.60T0304毛體積相對密度不小于—2.7632.7312.741—T0304吸水率

不大于%1.01.41.62.0T0304堅固性

不大于%

12T0314與瀝青的粘附性不小于級

4T0663石料沖擊值(對于中下層)不大于%19.7

28T0322第6頁，共51頁，2023年，2月20日，星期四表3

粗集料加工技術(shù)規(guī)格檢驗結(jié)果規(guī)格名稱技術(shù)規(guī)格公稱粒徑通過下列篩孔（mm）的質(zhì)量百分率（%）1913.29.54.752.360.6S9要求10~2095~100---0~150~5

結(jié)果

96.247.43.91.0

S12要求5~10

10090~1000~150~5

結(jié)果

10084.64.73.4

S14要求3~5

10090~1000~150~3結(jié)果

10098.77.34.9第7頁，共51頁，2023年，2月20日，星期四表4

粗集料加工質(zhì)量檢驗結(jié)果

試驗項目指標檢測結(jié)果S9S12S14針片狀顆粒含量（%），不大于其中：粒徑大于9.5mm，不大于粒徑小于9.5mm，不大于15

122.6

18

3.2

水洗法小于0.075顆粒含量(%)，不大于10.51.812.44軟石含量(%)，不大于37.9

第8頁，共51頁，2023年，2月20日，星期四1.3細集料

1）機制砂：本設(shè)計選用海原縣油坊源料場的白云巖破碎石屑，加工規(guī)格符合S16的規(guī)格要求。淘洗濾去0.075mm以下顆粒使用。需要說明的是，石屑中0.075mm的通過百分率并未超出規(guī)范要求，但混合料摻配中僅此已超出設(shè)計范圍，故采用此辦法。細集料檢驗結(jié)果見表5。第9頁，共51頁，2023年，2月20日，星期四表5瀝青混合料用細集料技術(shù)質(zhì)量要求檢

驗

項

目單

位結(jié)果技術(shù)要求試驗方法表觀相對密度

不小于—2.8292.50T0328毛體積相對密度

—2.815—

堅固性(>0.3mm部分)不小于%

12T0340亞甲藍值

不大于g/kg

25T0346棱角性

不小于%44.0445T0344第10頁，共51頁，2023年，2月20日，星期四1.3填料

表6

瀝青混合料用填料技術(shù)質(zhì)量要求檢

驗

項

目單位檢測結(jié)果技術(shù)要求試

驗

方

法表觀密度

不小于g/cm3

2.50T0352含水量

不大于%

1T0103烘干法粒度范圍<0.6mm<0.15mm<0.075mm%%%

10090~10075~100T0351外觀—

無團粒結(jié)塊—親水系數(shù)—

<1T0353塑性指數(shù)—

<4T0354加熱安定性—

實測記錄T0355第11頁，共51頁，2023年，2月20日，星期四采用小鴻溝料場石灰?guī)r磨細的礦粉，親水系數(shù)為0.72，為滿足施工要求，0.075mm的通過量必須大于85%。為增加礦料與瀝青的粘附力，在混合料中加入礦料總量的2%的消石灰粉替代等量的礦粉，并作為混合料級配的組成部分。

第12頁，共51頁，2023年，2月20日，星期四2

設(shè)計集料結(jié)構(gòu)

（1）集料合理級配組成熱拌密級配瀝青混合料（HMA）的合理集料組成，按設(shè)計的集料最大粒徑，參考I法計算得到，如選?。篒=0.64，計算結(jié)果如下表7。

2.1確定工程設(shè)計級配范圍

第13頁，共51頁，2023年，2月20日，星期四表7計算參考級配

(ACS-20)最大粒徑（mm）公稱粒徑（mm）通過以下尺寸篩孔(mm)的質(zhì)量百分率（%）貝雷法約束參數(shù)檢驗26.51913.29.54.752.361.180.60.30.150.075CA(d/2)CA(D/4)FA1FA2FA310010079.164.041.026.116.710.86.94.42.80.6400.3900.410.410.411009575.260.838.924.815.910.36.64.22.70.5580.3580.410.410.411009071.257.636.923.515.19.76.24.02.60.4890.3280.410.410.41100~10090~10071.2~79.157.6~64.041.0~36.926.1~23.516.7~15.110.8~9.76.9~6.24.4~4.02.8~2.60.4~0.80.25~0.50.25~0.50.25~0.50.25~0.5第14頁，共51頁，2023年，2月20日，星期四2.2設(shè)計合成級配摻配比例

一般可選擇I=0.64，最大公稱粒徑通過率95%的計算級配結(jié)果，做為設(shè)計合成集料目標級配，也可直接按選定的集料最大公稱粒徑通過率（本例為98%）做為合成集料目標級配，運用選定的粗細集料和填料，利用Excel表反復(fù)試算調(diào)整各單粒級料摻配比例，確定出最接近計算級配結(jié)果的合成集料摻配比例和合成級配，實際應(yīng)用中，采用控制關(guān)鍵篩孔的辦法，生產(chǎn)配合比的合成級配容許誤差：0.075mm誤差±1%；2.36mm誤差±2%；4.75mm誤差±2%，最大公稱尺寸誤差±2%；最大尺寸誤碼率為零。

第15頁，共51頁，2023年，2月20日，星期四表8各級料篩分結(jié)果及摻配比例

(ACS-20)規(guī)格名稱通過以下篩孔的質(zhì)量百分率（%）1913.29.54.752.361.180.60.30.150.075摻配比例S996.246.92.90

34S1210010084.11.81.80.60.60.60.60.626S1410010010098.62.50.50

10.5S1610010010010082.753.735.225.39.82.127礦粉10010010010010010010010099.282.42.5消石灰10010010010010010010099.999.085.40合成級配98.781.962.940.325.617.212.29.55.32.8

合成級配篩分檢驗10081.061.740.224.815.910.68.25.02.6

目標級配9877.562.740.225.616.410.66.84.32.8

評價合成級配符合目標級配誤差要求第16頁，共51頁，2023年，2月20日，星期四2.3初步確定級配范圍

依據(jù)新的《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》JTGF40-2004和《公路工程質(zhì)量檢驗評定標準》JTGF80/1-2004的要求，以合成級配曲線為生產(chǎn)級配，按要求的容許波動范圍，初步確定施工控制級配以及質(zhì)量檢驗級配范圍，并按Superpave級配控制點和限制區(qū)進行檢驗，(ACS-20)結(jié)果見下表：

第17頁，共51頁，2023年，2月20日，星期四

表9初選級配范圍表級配范圍通過以下篩孔的質(zhì)量百分率（%）26.51913.29.54.752.361.180.60.30.150.075規(guī)范級配范圍級配

上限1009062502616128543下限10010080725644332417137合成級配10010081.061.740.224.815.910.68.25.02.6施工級配容許誤差

±6%±5%

±2%上限

46.229.8

4.6下限

34.219.8

0.6第18頁，共51頁，2023年，2月20日，星期四2.4級配檢驗

首先，對施工級配上下限進行檢驗

按Superpave級配控制點檢驗

(ACS-20)級配范圍通過以下篩孔的質(zhì)量百分率（%）26.51913.29.54.752.361.180.60.30.150.075控制點上限--10090----49--------8下限10090------23--------2合成級配10010081.061.740.224.815.910.68.25.02.6評價符合Superpave級配控制點第19頁，共51頁，2023年，2月20日，星期四按Superpave級配限制區(qū)檢驗

(ACS-20)級配不宜通過的區(qū)域(相應(yīng)以下篩孔的質(zhì)量通過百分率)（%）篩孔尺寸mm2.361.180.60.3合成級配24.815.910.68.2禁區(qū)范圍最小34.622.316.713.7最大34.628.320.713.7質(zhì)檢級配上限

下限

評價符合限制區(qū)要求第20頁，共51頁，2023年，2月20日，星期四圖10.45次方指數(shù)級配曲線圖第21頁，共51頁，2023年，2月20日，星期四部分篩孔上限進入Superpave限制區(qū)，調(diào)整級配范圍，確定的級配范圍如下表所示。其次，對質(zhì)檢級配上下限，運用“貝雷法”多級嵌擠密實約束參數(shù)，再進行一次符合性檢驗。上限級配：CA=（PD/2-PD/4）/（100-PD/2）=0.558，CA=（PD/2-PD/4）/（100-PD/4）=0.358，F(xiàn)A=0.480、0.444、0.448。下限級配：CA=（PD/2-PD/4）/（100-PD/2）=0.558，CA=（PD/2-PD/4）/（100-PD/4）=0.358，F(xiàn)A=0.480、0.444、0.448。CA、FA均在“貝雷法”適宜的范圍值和要求之內(nèi)。第22頁，共51頁，2023年，2月20日，星期四表10設(shè)計目標級配及級配范圍級配范圍通過以下篩孔的質(zhì)量百分率（%）26.51913.29.54.752.361.180.60.30.150.075目標級配

上限10010082.9704934.222.316.711.88.35.8下限1009071.257.636.923.515.19.76.24.02.52.5確定設(shè)計目標級配

第23頁，共51頁，2023年，2月20日，星期四3

計算瀝青混合料理論配合比

3.1各種材料的密度測定結(jié)果，見下表。

表11各級集料密度規(guī)格名稱S9S12S14S16礦粉消石灰瀝青公稱粒徑（mm）10-205-103-50-3

表觀密度

Gia2.7142.7222.7322.72

3.01毛體積密度Gib2.672.6322.6712.6142.6142.5123.01第24頁，共51頁，2023年，2月20日，星期四3.2估算最佳油石比（或最佳瀝青用量）

按設(shè)計孔隙率、預(yù)計的礦料間隙率和密度測定結(jié)果，以及合成級配礦料組成，估算瀝青混合料最佳油石比（或最佳瀝青用量），計算結(jié)果如下表。第25頁，共51頁，2023年，2月20日，星期四表12估算最佳油石比（或最佳瀝青用量）表粉膠比F/B

1.044合成集料表觀密度Gsa2.835合成集料毛體積密度Gsb2.777集料面干吸水率

W0.7384集料吸入瀝青體積系數(shù)C0.736合成集料有效密度Gse2.820單位

混合料中集料質(zhì)量Gmw2.402空隙率Va4VMA取值13.5集料吸入瀝青的體積Vba0.013吸入瀝青的油石比Qba0.550有效瀝青油石比Qbe3.982最佳初始油石比Qb4.532最佳初始瀝青用量Pb4.336有效瀝青體積Vbe0.095有效瀝青用量Pbe3.809最大理論密度Gmm2.616混合料毛體積密度Gmb2.511第26頁，共51頁，2023年，2月20日，星期四4理論配合比的試驗驗證及設(shè)計調(diào)整

4.1體積指標試驗驗證

第27頁，共51頁，2023年，2月20日，星期四根據(jù)確定的設(shè)計目標級配，和估算的瀝青混合料最佳油石比（或最佳瀝青用量），合成混合料，并填加計算的初始最佳瀝青含量，根據(jù)瀝青粘—溫曲線得到的拌和溫度和壓實溫度（選擇拌和與壓實溫度相應(yīng)的膠結(jié)料表觀粘度分別為0.17±0.02Pa.s和0.28±0.03Pa.s），采用旋轉(zhuǎn)壓實儀（SGC）至少壓實兩個試件，同時準備2個試樣用于確定瀝青混合料理論最大相對密度（Gmm）。對壓實成型試樣，通常取4500克集料；確定理論最大相對密度（Gmm）所用試樣，通常取2000克混合料質(zhì)量。用于測定體積指標和理論最大相對密度（Gmm）所用試樣，應(yīng)在選定的拌和溫度下，在烘箱中短期老化2小時。同樣，根據(jù)Pbm±0.5、Pbm±1.0做不同瀝青含量試件的旋轉(zhuǎn)壓實成型測定，全面比較后確定最佳瀝青含量。

第28頁，共51頁，2023年，2月20日，星期四（1）壓實所用的旋轉(zhuǎn)次數(shù)取決于交通量，如表13所示。本示例按中等至重交通量選用。

表13交通量等級與混合料試件旋轉(zhuǎn)壓實次數(shù)的關(guān)系設(shè)計ESALs(百萬)壓實次數(shù)應(yīng)用范圍M初始M設(shè)計M最大＜0.365075很輕交通量0.3~3775115中等交通量3~308100160中等至重交通量≥309125205重交通量第29頁，共51頁，2023年，2月20日，星期四（2）理論最大相對密度（Gmm）用真空法測得，試驗方法為：T0711-1993。如測試結(jié)果與前述計算法求得的結(jié)果差異較大，應(yīng)復(fù)測一遍進行驗證。一般兩次平行試驗結(jié)果、以及與計算法結(jié)果，容許誤差均不宜超過0.011g/cm3。測試結(jié)果見表14。第30頁，共51頁，2023年，2月20日，星期四表14理論最大密度試驗結(jié)果（真空法）序號瀝青用量(%)理論最大密度（g/cm3）試件1試件2平均值13.82.6362.6272.63224.22.6212.6172.61934.62.6012.6102.60645.02.5942.5902.59255.42.5852.5862.586第31頁，共51頁，2023年，2月20日，星期四（3）試樣的毛體積相對密度（Gmb）用表干法測定，試驗方法為：T0705-2000。測試結(jié)果見表15。（4）由瀝青混合料的理論最大相對密度Gmm和毛體積相對密度Gmb求得空隙率Va、礦料間隙率VMAa和飽和度。計算結(jié)果見表15。第32頁，共51頁，2023年，2月20日，星期四表15旋壓成型試件體積特性指標結(jié)果序號瀝青用量(%)毛體積密度理論最大密度（真空法）空隙率VAVMAVFA13.82.5132.6324.5012.9365.2924.22.5102.6194.1513.4069.0534.62.5272.6062.9813.1877.4045.02.5452.5921.9912.9384.6555.42.5582.5861.0912.8791.54第33頁，共51頁，2023年，2月20日，星期四第34頁，共51頁，2023年，2月20日，星期四表15中，空隙率Va、礦料間隙率和瀝青飽和度VFA，具體計算公式如下：

空隙率Va（%）：壓實試件的礦料間隙率VMAa（%）：

壓實試件的的瀝青飽和度VFA（%）：

第35頁，共51頁，2023年，2月20日，星期四從瀝青用量與空隙率關(guān)系圖上，截取Va=4%時的瀝青用量為4.15%≈4.2%。再看瀝青用量4.2%時，VMAa=13.4%，VFA=69%。體積指標完全滿足要求且與理論配合比基本一致。

第36頁，共51頁，2023年，2月20日，星期四選取空隙率Va=4%、VMAa大于最小值，且最好小于最小值加1.5%，如果VMAa大于最小值加1.5%，還應(yīng)進行滴漏試驗檢驗，檢驗合格后，VFA也符合要求，則體積指標檢驗完成。如有出入，則按下式調(diào)整瀝青用量Pbm或油石比Q。

式中：Va是試樣測得的空隙率。

第37頁，共51頁，2023年，2月20日，星期四接著調(diào)整VMA：式中：VMAa為試樣求得的礦料間隙率。

A－系數(shù)，當(dāng)Va<4%，A=0.1；當(dāng)Va>4%，

A=0.2。第38頁，共51頁，2023年，2月20日，星期四礦料間隙率VMA主要受級配和集料的形狀與表面紋理兩方面影響。在級配組成確定的情況下，粗細集料的性能是否滿足要求非常關(guān)鍵，特別是集料的棱角性指標非常關(guān)鍵。這里特別需要注意的是細集料的棱角性，必須以“非壓實空隙率”指標為準，而不宜采用《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》JTGF40-2004上要求的粗造度指標。如果集料性能滿足要求，而VMA仍然無法滿足最小值要求，則需重新調(diào)整，或重新設(shè)計級配組成。第39頁，共51頁，2023年，2月20日，星期四（5）壓實特性檢驗滿足要求的配合比還要進行初始壓實次數(shù)和最大壓實次數(shù)的試件成型，以評價其壓實特性，設(shè)計應(yīng)考慮施工特點，使瀝青混合料容易攤鋪和壓實的同時，不會發(fā)生過多的超載追密情況。具體要求見表16。

第40頁，共51頁，2023年，2月20日，星期四表16壓實成型的混合料試件壓實性能檢測指標設(shè)計ESALs要求壓實度

(理論最大相對密度

%)M初始M設(shè)計M最大＜0.3≤91.596.0≤98.00.3~3≤90.53~10≤89.010~30≥30第41頁，共51頁，2023年，2月20日，星期四6對設(shè)計配合比進行馬歇爾試驗檢驗

以目標配合比設(shè)計的最佳用油量、-0.3%、+0.3%三個瀝青用量對設(shè)計的瀝青混合料進行馬歇爾試驗檢驗，試驗檢測結(jié)果見表17。各項馬歇爾試驗技術(shù)指標應(yīng)符合表18的技術(shù)要求。

第42頁，共51頁，2023年，2月20日，星期四表17馬歇爾試驗檢測結(jié)果瀝青含量%理論密度kg/cm3表干密度kg/cm3空隙率%礦料間隙率%飽和度%穩(wěn)定度kN流值cm3.92.6272.4646.21114.7457.913.322.514.22.6192.4855.10914.2764.313.312.684.52.6102.5034.10513.93170.5612.931.38技術(shù)標準

3~6≥1465~75≥82~4注：對改性瀝青混合料,馬歇爾試驗的流值可適當(dāng)放寬。第43頁，共51頁，2023年，2月20日，星期四表18密級配瀝青混凝土混合料試驗技術(shù)標準試驗指標單位夏炎熱區(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))中輕交通重載交通中輕交通重載交通馬歇爾試驗標準馬歇爾擊實法擊實次數(shù)

(雙面)次75試件尺寸mmΦ101.6mm×63.5mm穩(wěn)定度MS不小于kN8流值FLmm2~41.5~42~4.52~4體積指標旋轉(zhuǎn)壓實儀法成型設(shè)計空隙率V(%)%4礦料間隙率VMA(%)不小于相應(yīng)于以下公稱最大粒徑(mm)的最小VMA及VFA技術(shù)要求

(%)26.51916121313.5瀝青飽和度VFA(%)65~75第44頁，共51頁，2023年，2月20日，星期四

7.瀝青混合料使用性能的檢驗

按照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》JTGF40-2004對普通瀝青或改性瀝青的要求，評價設(shè)計的瀝青混合料使用性能。

7.1熱穩(wěn)定性必須在規(guī)定的試驗條件下進行車轍試驗，并符合表19的要求。第45頁，共51頁，2023年，2月20日，星期四表19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)指標相應(yīng)于下列氣候分區(qū)所要