热拌沥青混合料配合比设计作业指导书
对选择的设计级配,初选5组沥青用量,拌和混合料,分别制作马歇尔试件
计算VV、VMA、VFA等体积指标
技术经济分析确定一组设计级配及最佳沥青用量
按规定进行各种配比设计检验,确认配合比设计是否合理
完成配合比设计,提交材料品种、矿料级配、标准配合比、最佳沥青用量等
进行马歇尔试验,与马歇尔设计标准比较
确定理论最大相对密度
改性沥青用计算法
普通沥青用真空法
测定毛体积相对密度
沥青混合料类型
规范的矿料级配范围
确定工程设计级配范围
粗集料、细集料、矿粉
确定试验温度
在工程设计级配范围内设计供优先选用的1~3组不同的矿料级配
其他材料外掺剂
材料选择取样
沥青或改性沥青结合料
合格
合格
不合格
不合格
注:作为预估最佳油石比的集料密度,原工程和新工程也可均采用有效相对密度。
5.6 确定矿料的有效相对密度
5.6.1 对非改性沥青混合料,宜以预估的最佳油石比拌和2 组的混合料,采用真空法实测最大相对密度,取平均值。然后由式(5) 反算合成矿料的有效相对密度γse。
γ
se
=
·······································(5)
式中:γse——合成矿料的有效相对密度;
Pb——试验采用的沥青用量(占混合料总量的百分数),(%); γt——试验沥青用量条件下实测得到的最大相对密度,无量纲; γb——沥青的相对密度(25℃/25℃) ,无量纲。
5.6.2 对改性沥青及SMA等难以分散的混合料,有效相对密度宜直接由矿料的合成毛体积相对密度与合成表观相对密度按式(6)计算确定,其中沥青吸收系数C 值根据材料的吸水率由式(7)求得,材料的合成吸水率按式(8)计算:
γ
se
=C×γsa+(1-C)×γ
2
······································(6)sb·
C = 0.033 wx - 0.2936 wx + 0.933
9···································(7)
wx =(
式中:γse——合成矿料的有效相对密度;
C——合成矿料的沥青吸收系数,可按矿料的合成吸水率从式(7)求取; wx——合成矿料的吸水率,按式(8)求取,%;
γsb——材料的合成毛体积相对密度,按式(1)求取,无量纲; γsa ——材料的合成表观相对密度,按式(2)求取,无量纲。 5.7 以预估的油石比为中值,按一定间隔(对密级配沥青混合料通常为0.5%,对沥青碎石混合料可适当缩小间隔为0.3%~0.4%),取5 个或5 个以上不同的油石比分别成型马歇尔试件。每一组试件的试样数按现行试验规程的要求确定,对粒径较大的沥青混合料,宜增加试件数量。
注:5 个不同油石比不一定选整数,例如预估油石比4.8%,可选3.8%、4.3%、4.8%、5.3%、5.8%等。5.6.1 中规定的实测最大相对密度通常与此同时进行。
)×100%·········································(8)
5.8 测定压实沥青混合料试件的毛体积相对密度γf 和吸水率,取平均值。
测试方法应遵照以下规定执行:
5.8.1 通常采用表干法测定毛体积相对密度;
5.8.2 对吸水率大于2%的试件,采用蜡封法测定的毛体积相对密度。 5.9 确定沥青混合料的最大理论相对密度
5.9.1 对非改性的普通沥青混合料,在成型马歇尔试件的同时,按5.6.1 的要求用真空法实测各组沥青混合料的最大理论相对密度γti。当只对其中一组
油石比测定最大理论相对密度时,也可按式(9)或(10)计算其他不同油石比时的最大理论相对密度γti。
5.9.2 对改性沥青或SMA 混合料宜按式(9)或(10)计算各个不同沥青用量混合料的最大理论相对密度。
γ=
ti
···········································(9)
γ=
ti
···············································(1
式中:γti——相对于计算沥青用量Pbi 时沥青混合料的最大理论相对密度,无
量纲;
Pai——所计算的沥青混合料中的油石比,%;
Pbi——所计算的沥青混合料的沥青用量,Pbi=Pai /(1+ Pai),%; Psi――所计算的沥青混合料的矿料含量,Psi=100-Pbi,%; γse——矿料的有效相对密度,按式(5)或(6)计算,无量纲; γb——的相对密度(25℃/25℃) ,无量纲。
5.10 按式(11)、(12)、(13)计算沥青混合料试件的空隙率、矿料间隙率VMA、有效沥青的饱和度VFA 等体积指标,取1位小数,进行体积组成分析。
0)
VV=(
1)
)×100%······································(1
VMA=(
2)
)×100%·································(1
VFA=
3)
×100%··································(1
式中:VV——试件的空隙率,%;
VMA——试件的矿料间隙率,%;
VFA——试件的有效沥青饱和度(有效沥青含量占VMA 的体积比例),%; γf——按5.8 测定的试件的毛体积相对密度,无量纲;
γt——混合料的最大理论相对密度,按5.9 的方法计算或实测得到,无量纲;
Ps——各种矿料占沥青混合料总质量的百分率之和,即Ps =100-Pb,%; γsb——矿料混合料的合成毛体积相对密度,按式(1)计算。 5.11 进行马歇尔试验,测定马歇尔稳定度及流值。
6.7.2 对炎热地区公路以及高速公路、一级公路的重载交通路段,山区公路的长大坡度路段,预计有可能产生较大车辙时,宜在空隙率符合要求的范围内将计算的最佳沥青用量减小0.1%~0.5%作为设计沥青用量。此时,除空隙率外的其他指标可能会超出马歇尔试验配合比设计技术标准,配合比设计报告或设计文件必须予以说明。但配合比设计报告必须要求采用重型轮胎压路机和振动压路机组合等方式加强碾压,以使施工后路面的空隙率达到未调整前的原最佳沥青用量时的水平,且渗水系数符合要求。如果试验段试拌试铺达不到此要求时,宜调整所减小的沥青用量的幅度。
6.7.3 对寒区公路、旅游公路、交通量很少的公路,最佳沥青用量可以在OAC 的基础上增加0.1%~0.3%,以适当减小设计空隙率,但不得降低压实度要求。
6.8 按式(18)及(19)计算沥青结合料被集料吸收的比例及有效沥青含量。
P=
ba
··································(1
8)
P=P -ba
b
··································(1
9)
式中:Pba——沥青混合料中被集料吸收的沥青结合料比例,%
Pbe——沥青混合料中的有效沥青用量,%
γse——集料的有效相对密度,按式(5)计算,无量纲;
γsb——材料的合成毛体积相对密度,按式(1)求取,无量纲; γb——的相对密度(25℃/25℃) ,无量纲; Pb——沥青含量,%;
Ps——各种矿料占沥青混合料总质量的百分率之和,即Ps =100-Pb,%。
注:如果需要,可按式(20)及(21)计算有效沥青的体积百分率Vb 及矿料的体积百分率Vg。
V=
be
······································(2
0)
Vg=100-(Vbe +VV) ····································(2
1)
6.9 检验最佳沥青用量时的粉胶比和有效沥青膜厚度
6.9.1 按式(22)计算沥青混合料的粉胶比,宜符合0.6~1.6 的要求。对常用的公称最大粒径为13.2mm~19mm 的密级配沥青混合料,粉胶比宜控制在0.8~1.2 范围内。
FB=
2)
············································(2
10.2.1 对用于配合比设计的各种材料按《公路沥青路面施工技术规范(JTGF40-2004)》附录B规定选择,其质量必须符合《公路沥青路面施工技术规范(JTGF40-2004)》第4章规定的技术要求。
10.2.2 SMA 宜采用改性石油沥青,且采用比当地常用沥青更硬标号的沥青。 10.3 设计矿料级配的确定
10.3.1 设计初试级配
10.3.1.1 SMA路面的工程设计级配范围宜直接采用《公路沥青路面施工技术规范JTGF40-2004)》表5.3.2-3规定的矿料级配范围。
公称最大粒径等于或小于9.5mm的SMA混合料,以2.36mm作为粗集料骨架的分界筛孔,公称最大粒径等于或大于13.2mm的SMA混合料以4.75mm作为粗集料骨架的分界筛孔。
10.3.1.2 在工程设计级配范围内,调整各种矿料比例设计3组不同粗细的初试级配,3组级配的粗集料骨架分界筛孔的通过率处于级配范围的中值、中值±3%附近,矿粉数量均为10%左右。
10.3.2按附录B的方法计算初试级配的矿料的合成毛体积相对密度γsb、合成表观相对密度γsa、有效相对密度γse。其中各种集料的毛体积相对密度、表观相对密度试验方法遵照附录B的规定进行。
10.3.3 把每个合成级配中小于粗集料骨架分界筛孔的集料筛除,按《公路工程集料试验规程》T 0309的规定,用捣实法测定粗集料骨架的松方毛体积相对密度γS,按式(25)计算粗集料骨架混合料的平均毛体积相对密度γCA。
γ=CA···························(2
5)
式中:P1、P2、⋯⋯Pn为粗集料骨架部分各种集料在全部矿料级配混合料中的配比;
γ1、γ2、⋯⋯γn为各种粗集料相应的毛体积相对密度。
10.3.4 按式(26)计算各组初试级配的捣实状态下的粗集料松装间隙率VCADRC。
VCA DRC = (1-
6) ) ×100···························(2
式中:VCA DRC——粗集料骨架的松装间隙率(%);
γCA——粗集料骨架的毛体积相对密度;
γS ——粗集料骨架的松方毛体积相对密度(g/cm3)。
10.3.5 按5.5的方法预估新建工程SMA混合料的适宜的油石比Pa或沥青用量为Pb,作为马歇尔试件的初试油石比。
10.3.6 按照选择的初试油石比和矿料级配制作SMA 试件,马歇尔标准击实的次数为双面50次,根据需要也可采用双面75 次,一组马歇尔试件的数目不得少于4~6 个。SMA 马歇尔试件的毛体积相对密度由表干法测定。
10.3.7 按式(27)的方法计算不同沥青用量条件下SMA 混合料的最大理论相对密度,其中纤维部分的比例不得忽略。
γ=t·······································(2
7)
式中:γse——矿料的有效相对密度,由3.2 确定;
Pa——沥青混合料的油石比,(%);
γa——沥青结合料的表观相对密度;
Px——纤维用量,以沥青混合料总量的百分数代替,(%);
γx——纤维稳定剂的密度,由供货商提供或由比重瓶实测得到。
10.3.8 按式(28)计算SMA马歇尔混合料试件中的粗集料骨架间隙率VCAmix,试件的集料各项体积指标空隙率VV、集料间隙率VMA、沥青饱和度VFA按《公路沥青路面施工技术规范(JTGF40-2004)》附录B的方法计算。
VCA mix = (1-
8) ) ×100·····················(2
式中:PCA ——沥青混合料中粗集料的比例,即大于4.75mm 的颗粒含量(%);
γca ——粗集料骨架部分的平均毛体积相对密度,由式(25)确定; γf ——混合料试件的毛体积相对密度,由表干法测定;
10.3.9 从3组初试级配的试验结果中选择设计级配时,必须符合VCAmix16.5%的要求,当有1组以上的级配同时符合要求时,以粗集料骨架分
界集料通过率大且VMA较大的级配为设计级配。
10.4 确定设计沥青用量
10.4.1 根据所选择的设计级配和初试油石比试验的空隙率结果,以0.2%~0.4%为间隔,调整3个不同的油石比,制作马歇尔试件,计算空隙率等各项体积指标。一组试件数不宜少于4~6个。
10.4.2 进行马歇尔稳定度试验,检验稳定度和流值是否符合《公路沥青路面施工技术规范(JTGF40-2004)》规定的技术要求。
10.4.3 根据希望的设计空隙率,确定油石比,作为最佳油石比OAC。所设计的SMA 混合料应符合《公路沥青路面施工技术规范(JTGF40-2004)》5.3 规定的各项技术标准。
10.4.4 如初试油石比的混合料体积指标恰好符合设计要求时,必须进行一次配比复核,方可确定油石比。