《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(jì)

能力訓(xùn)練五熱拌瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)PAGEPAGE12熱拌瀝青混合料配合比的設(shè)計(jì)訓(xùn)練目的：掌握熱拌瀝青混合料配合比的設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)的目的瀝青混合料設(shè)計(jì)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(jì)規(guī)定的路用性能要求，而且經(jīng)濟(jì)合理。二、瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)內(nèi)容配合比設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)階段（試驗(yàn)室內(nèi)試驗(yàn)完成）、生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)階段（施工現(xiàn)場(chǎng)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(yàn)證階段（通過現(xiàn)場(chǎng)做試驗(yàn)段進(jìn)行試拌、試鋪，再進(jìn)行調(diào)整）。試驗(yàn)室配合比設(shè)計(jì)包括兩部分：礦質(zhì)混合料組成設(shè)計(jì)、瀝青最佳用量確定。三、瀝青路面配合比設(shè)計(jì)的依據(jù)設(shè)計(jì)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(yàn)規(guī)程》（JTJ052-2000）四、瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)步驟五、瀝青路面配合比設(shè)計(jì)步驟（一）目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)步驟目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)按圖1的步驟進(jìn)行。1．礦質(zhì)混合料組成設(shè)計(jì)目的：選配一個(gè)具有足夠密實(shí)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(jí)、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(jí)配范圍混合料礦料配合組成設(shè)計(jì)的目的是選配一個(gè)既能保證具有足夠密實(shí)度又能保證穩(wěn)定性，并且有較高內(nèi)摩擦阻力的礦料級(jí)配范圍。可以根據(jù)級(jí)配理論計(jì)算出需要的礦料級(jí)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(jí)配范圍來確定。3）礦質(zhì)混合料配合比設(shè)計(jì)①組成材料的原始數(shù)據(jù)測(cè)定：取樣、篩分、測(cè)密度②計(jì)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(jì)算機(jī)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(jì)級(jí)配中值，尤其是0.075、2.36、4.75mm三個(gè)粒徑，必須滿足規(guī)范的要求。b：高速公路、一級(jí)公路、城市快速路等,宜偏向級(jí)配范圍的下(粗)限一般公路宜偏向級(jí)配范圍的上（細(xì)）限c：合成級(jí)配不得有太多的鋸齒形交錯(cuò)，當(dāng)反復(fù)調(diào)整不能滿意時(shí)，宜更換材料設(shè)計(jì)。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(yàn)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(jì)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(duì)密級(jí)配瀝青混合料通常為0.5％，對(duì)瀝青碎石混合料可適當(dāng)縮小間隔為0.3%-0.4%），取五個(gè)或五個(gè)以上不同的油石比分別成型馬歇爾試件。2）馬歇爾試驗(yàn)（1）測(cè)定壓實(shí)瀝青混合料試件的毛體積相對(duì)密度a.計(jì)算礦料混合料的合成毛體積相對(duì)密度b.計(jì)算礦料混合料的合成表觀相對(duì)密度c.預(yù)估瀝青混合料的適宜的油石比Pa或?yàn)r青用量Pbd.確定礦料的有效相對(duì)密度對(duì)普通瀝青混合料，以下面公式計(jì)算： 式中：γse——合成礦料的有效相對(duì)密度；γb——試驗(yàn)采用的瀝青用量(占混合料總量的百分?jǐn)?shù))，％；γt——試驗(yàn)瀝青用量條件下實(shí)測(cè)得到的最大相對(duì)密度，無量綱；γb——瀝青的相對(duì)密度(25℃／25℃)，無量綱。對(duì)改性瀝青混合料，有效相對(duì)密度宜直接由礦料的合成毛體積相對(duì)密度與合成表觀相對(duì)密度按下式計(jì)算確定式中：γse——合成礦料的有效相對(duì)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??；Wx——合成礦料的吸水率，％；γsb——材料的合成毛體積相對(duì)密度，無量綱；γsa——材料的合成表觀相對(duì)密度，無量綱。e.確定瀝青混合料的最大理論相對(duì)密度對(duì)普通瀝青混合料，在成型馬歇爾試件的同時(shí)，按規(guī)范的要求用真空法實(shí)測(cè)各組瀝青混合料的最大理論相對(duì)密度。當(dāng)只對(duì)其中一組油石比測(cè)定最大理論相對(duì)密度時(shí)，也可按下面公式計(jì)算其他不同油石比時(shí)的最大理論相對(duì)密度。對(duì)改性瀝青混合料宜按下面公式計(jì)算各個(gè)不同瀝青用量混合料的最大理論相對(duì)密度。f.計(jì)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(yàn)，測(cè)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(yàn)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(duì)所選試驗(yàn)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(shí)，可直接以目標(biāo)空隙率所對(duì)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(jì)。（3）以各項(xiàng)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(jì)算的最佳瀝青用量OAC。OAC=(OACl+OAC2)／2（5）按上式計(jì)算的最佳油石比OAC，從圖中得出所對(duì)應(yīng)的空隙率和VMA值，檢驗(yàn)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(shí)，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(xiàng)指標(biāo)是否均符合馬歇爾試驗(yàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。密級(jí)配瀝青混凝土混合料馬歇爾試驗(yàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(本表適用于公稱最大粒徑≤26．5mm的密級(jí)配瀝青混凝土混合料)試驗(yàn)指標(biāo)單位高速公路、一級(jí)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(jí)公路行人道路中輕交通重載交通中輕交通重載交通擊實(shí)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(jì)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(duì)空隙率大于5％的夏炎熱區(qū)重載交通路段，施工時(shí)應(yīng)至少提高壓實(shí)度1個(gè)百分點(diǎn)。2．當(dāng)設(shè)計(jì)的空隙率不是整數(shù)時(shí)，由內(nèi)插確定要求的VMA最小值。3．對(duì)改性瀝青混合料，馬歇爾試驗(yàn)的流值可適當(dāng)放寬。（7）根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和公路等級(jí)、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?xiàng)條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(jì)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(shí)重新調(diào)整級(jí)配，進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。b.對(duì)炎熱地區(qū)公路以及高速公路、一級(jí)公路的重載交通路段，山區(qū)公路的長大坡度路段，預(yù)計(jì)有可能產(chǎn)生較大車轍時(shí)，宜在空隙率符合要求的范圍內(nèi)將計(jì)算的最佳瀝青用量減小0.1%～0．5%作為設(shè)計(jì)瀝青用量。c.對(duì)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(jì)空隙率，但不得降低壓實(shí)度要求。（8）計(jì)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(duì)密度，無量綱；γsb——材料的合成毛體積相對(duì)密度，無量綱；γb——瀝青的相對(duì)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(jì)算有效瀝青的體積百分率“及礦料的體積百分率Vg.（9）檢驗(yàn)最佳瀝青用量時(shí)的粉膠比和有效瀝青膜厚度。①計(jì)算瀝青混合料的粉膠比，宜符合0．6～1．6的要求。對(duì)常用的公稱最大粒徑為13．2～19mm的密級(jí)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(jí)配中O．075mm的通過率(水洗法)，％；Pbe——有效瀝青含量，％。②計(jì)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(duì)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(jì)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(duì)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(jì)檢驗(yàn)（1）對(duì)用于高速公路和一級(jí)公路的密級(jí)配瀝青混合料，需在配合比設(shè)計(jì)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(yàn)，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(jì)。(2)高溫穩(wěn)定性檢驗(yàn)。對(duì)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(yàn)，動(dòng)穩(wěn)定度應(yīng)符合下表的要求。瀝青混合料車轍試驗(yàn)動(dòng)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(dòng)穩(wěn)定度(次／mm)試驗(yàn)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(shí)，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(dòng)穩(wěn)定度的要求。3．對(duì)因氣候寒冷確需使用針入度很大的瀝青(如大于100)，動(dòng)穩(wěn)定度難以達(dá)到要求，或因采用石灰?guī)r等不很堅(jiān)硬的石料，改性瀝青混合料的動(dòng)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(jì)時(shí)采取減少最佳瀝青用量的技術(shù)措施時(shí)，可適當(dāng)提高試驗(yàn)溫度或增加試驗(yàn)荷載進(jìn)行試驗(yàn)，同時(shí)增加試件的碾壓成型密度和施工壓實(shí)度要求。5．車轍試驗(yàn)不得采用二次加熱的混合料，試驗(yàn)必須檢驗(yàn)其密度是否符合試驗(yàn)規(guī)程的要求。6．如需要對(duì)公稱最大粒徑等于和大于26．5mm混合料進(jìn)行車轍試驗(yàn)，可適當(dāng)增加試件的厚度，但不宜作為評(píng)定合格與否的依據(jù)。(3)水穩(wěn)定性檢驗(yàn)。按規(guī)定的試驗(yàn)方法進(jìn)行浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)，殘留穩(wěn)定度及殘留強(qiáng)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(shí)，需重新確定最佳瀝青用量后試驗(yàn)。瀝青混合料水穩(wěn)定性檢驗(yàn)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(yàn)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(yàn)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(yàn)的殘留強(qiáng)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(yàn)。對(duì)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(yàn)，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(yàn)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(yàn)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(yàn)。利用輪碾機(jī)成型的車轍試件進(jìn)行滲水試驗(yàn)檢驗(yàn)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(jí)配類型滲水系數(shù)要求(m/min)試驗(yàn)方法密級(jí)配瀝青混凝土，不大于120T07305）配合比設(shè)計(jì)報(bào)告（1）配合比設(shè)計(jì)報(bào)告應(yīng)包括材料品種選擇與原材料質(zhì)量試驗(yàn)結(jié)果、礦料級(jí)配、最佳瀝青用量，以及各項(xiàng)體積指標(biāo)、配合比設(shè)計(jì)檢驗(yàn)結(jié)果等。試驗(yàn)報(bào)告的礦料級(jí)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(bào)告不同瀝青用量條件下的各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果，并提出對(duì)施工壓實(shí)工藝的技術(shù)要求。（二）生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定高速公路、一級(jí)公路使用間歇式拌和機(jī)拌和。對(duì)間歇式拌和機(jī)，應(yīng)按規(guī)定方法取樣測(cè)試各熱料倉的材料級(jí)配，確定各熱料倉的配合比，供拌和機(jī)控制室使用。同時(shí)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(jì)的最佳瀝青用量OAC、OAC±0.3%等3個(gè)瀝青用量進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)和試拌，通過室內(nèi)試驗(yàn)及從拌和機(jī)取樣試驗(yàn)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(jì)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(yàn)主要有以下方面：1.冷料倉的流量試驗(yàn)冷料倉的流量試驗(yàn)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(jì)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(cè)定試驗(yàn)使用間歇式拌和機(jī)，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(jī)內(nèi)各篩號(hào)準(zhǔn)確分級(jí)。因此還必須從各熱料倉中取樣進(jìn)行篩分試驗(yàn)（即二次篩分），根據(jù)篩分結(jié)果進(jìn)行礦料配合比計(jì)算，決定各熱料倉的供料比例。3.溫度及拌和時(shí)間試驗(yàn)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(shí)間。當(dāng)每一鍋出料后，目測(cè)認(rèn)為不合適，則需重新進(jìn)料，適當(dāng)延長拌和時(shí)間。反復(fù)幾次，直至合格為止。此時(shí)的拌和時(shí)間再加3～5S即為正式生產(chǎn)時(shí)的拌和時(shí)間。第一鍋出料后，雖目測(cè)合格，須適當(dāng)縮短拌和時(shí)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