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1、1江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE青海沥青路面施工讲义-目标配合比设计培训课件 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望2江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE沥青混合料目标配合比设计沥青混合料目标配合比设计n维姆法n马歇尔法nSuperpavenGTM3江 苏 省 交 通 科 学 研 究
2、院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE沥青混合料设计方法的发展沥青混合料设计方法的发展n目的目的:n获得符合设计要求的、经济的集料与沥青的混合物获得符合设计要求的、经济的集料与沥青的混合物n已有的沥青混合料设计方法已有的沥青混合料设计方法n马歇尔法马歇尔法 n维姆法维姆法n新方法新方法 nSuperpave旋转压实法旋转压实法4江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE沥青混合料设计的要求沥青混合料设计的要求n有足够的沥青保证路面的耐久性有足够的沥青保证路面的耐久性n在交
3、通荷载作用下有足够的稳定性在交通荷载作用下有足够的稳定性n有足够的空隙率有足够的空隙率n不能过大，以防止环境破坏不能过大，以防止环境破坏n不能过小，以便在交通荷载作用下有进一步压不能过小，以便在交通荷载作用下有进一步压密的空间密的空间n有足够的工作性有足够的工作性5江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE马歇尔法马歇尔法n在在20世纪世纪30年代末年代末由美国密西西比州由美国密西西比州公路局公路局 Bruce Marshall发明发明n试验方法、试验设试验方法、试验设备较简单，是目前备较简单，是目前我国应用范围最广
4、我国应用范围最广的混合料设计方法。的混合料设计方法。6江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE仪器设备检定和检查仪器设备检定和检查n进行配合比设计前应对马歇尔击实仪的锤重、进行配合比设计前应对马歇尔击实仪的锤重、落高，烘箱温度，电子秤等进行检定，以保落高，烘箱温度，电子秤等进行检定，以保证试验结果的准确性。证试验结果的准确性。7江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE目标配合比设计的主要步骤与内容n目的与流程目的与流程n原材料的试验和选
5、择原材料的试验和选择n选择级配选择级配n选择合适的沥青用量选择合适的沥青用量n设计沥青混合料性能验证设计沥青混合料性能验证n配合比设计中应该注意的问题配合比设计中应该注意的问题8江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE目的与流程目的与流程 沥青混合料目标配合设计的目的沥青混合料目标配合设计的目的确定集料、沥青和空隙的比例，以满足下列要求：确定集料、沥青和空隙的比例，以满足下列要求：l车辙l疲劳开裂l低温开裂l老化l水损害抵抗抵抗l抗滑能力l施工和易性l经济性提供提供9江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANG
6、SU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE 目目标标配配合合比比设设计计的的流流程程10江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE原材料的试验和选择原材料的试验和选择n集料集料n矿粉矿粉n沥青沥青n外加剂外加剂11江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE集料n石料压碎值石料压碎值 n洛杉矶磨耗损失洛杉矶磨耗损失 n密度密度 n吸水率吸水率 n对沥青的粘附性对沥青的粘附性 n坚固性坚固性 n细长扁平颗粒含量细长
7、扁平颗粒含量n水洗法水洗法0.075mm颗粒含量颗粒含量n 砂当量砂当量n软石含量软石含量 n石料磨光值（上面层）石料磨光值（上面层）12江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE压碎值13江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE磨耗值14江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE砂当量15江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORT
8、ATION RESEARCH INSTITUTE矿粉视密度视密度 含水量含水量 粒度范围粒度范围 0.6mm（%）0.15mm（%）0.075mm（%）外观外观 亲水系数亲水系数 塑性指数塑性指数16江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE沥青普通重交沥青普通重交沥青n针入度（针入度（25，100g，5s）n延延 度（度（5cm/min，15）n软化点（环球法）软化点（环球法）n溶解度（三氯乙烯）溶解度（三氯乙烯）n薄膜加热试验薄膜加热试验163，5hn质量损失质量损失n针入度比针入度比 n延度（延度（15）n闪点
9、（闪点（COC）n含蜡量（蒸馏法）含蜡量（蒸馏法）n密度（密度（15）n动力粘度（绝对粘度，动力粘度（绝对粘度，60）17江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTEn针入度（针入度（25，100g，5s）n针入度指标针入度指标PI n延延 度（度（5cm/min，5）n软化点（环球法）软化点（环球法）n溶解度（三氯乙烯）溶解度（三氯乙烯）n薄膜加热试验薄膜加热试验163，5hn质量损失质量损失n针入度比针入度比 n延度（延度（15）n闪点（闪点（COC）n离析，软化点差离析，软化点差 n密度（密度（15）n弹性恢复（
10、弹性恢复（25）n动力粘度（绝对粘度，动力粘度（绝对粘度，60）n运动粘度（运动粘度（135）改性沥青改性沥青18江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE道路石油沥青拌和/压实温度为确定道路石油沥青混合料的拌合为确定道路石油沥青混合料的拌合/压实温度必须进行粘度试验。绘压实温度必须进行粘度试验。绘制粘温曲线需要测定制粘温曲线需要测定135135、175175粘度，以粘度，以0.170.02Pas 0.170.02Pas 与与0.280.03Pas0.280.03Pas对应的温度分别作为拌和温度范围与压实温度范围。对
11、应的温度分别作为拌和温度范围与压实温度范围。拌合温度（157.8163.2）压实温度（146.5151.5）19江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE主要的常用外加剂n在混合料中添加的各种常用外加剂在混合料中添加的各种常用外加剂抗剥落剂抗剥落剂抗车辙剂抗车辙剂温拌剂温拌剂n外加剂的掺量可以根据试验比选确定外加剂的掺量可以根据试验比选确定20江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE级配的选择（级配的选择（AC型）型）n集料尺寸定义集料尺
12、寸定义n0.45次方级配图次方级配图n级配的分类级配的分类n各种类型级配范围各种类型级配范围n初选级配和级配调整的原则初选级配和级配调整的原则21江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE集料尺寸定义n集料公称最大尺寸：集料公称最大尺寸：第一筛余大于第一筛余大于10%的筛子尺寸的上一级筛的筛子尺寸的上一级筛子尺寸。子尺寸。n集料最大尺寸：集料最大尺寸：大于集料公称最大尺寸的筛子尺寸。大于集料公称最大尺寸的筛子尺寸。22江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH
13、 INSTITUTE0.45次方级配图通通通通过过过过百百百百分分分分率率率率示例示例示例示例:4.75 mm 4.75 mm 筛孔位于筛孔位于筛孔位于筛孔位于(4.75)(4.75)0.450.45=2.02=2.0220204040606080801001000 01 12 23 34 423江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE级配分类n粗细级配混合料定义粗细级配混合料定义 集料公称最大尺寸时的主要控制点通过百分率（集料公称最大尺寸时的主要控制点通过百分率（%）集料公称集料公称 最大尺寸（最大尺寸（mm）2
14、6.5 19.0 16.0 13.2 9.5 主要控制点主要控制点 尺寸（尺寸（mm）9.5 4.75 4.75 2.36 2.36 主要控制点主要控制点 通过百分率（通过百分率（%）40 45 38 40 45n小于主要控制点通过百分率（小于主要控制点通过百分率（%）为粗级配混合料，）为粗级配混合料，否则为细级配混合料否则为细级配混合料24江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE各种类型级配范围25江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITU
15、TE初选级配和级配调整的原则n在级配范围内选在级配范围内选23个初始级配，根据经验选一个个初始级配，根据经验选一个初始沥青用量（油石比），初始沥青用量（油石比），采用马歇尔击实仪成型，采用马歇尔击实仪成型，试件直径为试件直径为100mm，试击后依据空隙率情况定级，试击后依据空隙率情况定级配。配。n对夏季温度高、高温持续时间长（比如江苏、浙江、对夏季温度高、高温持续时间长（比如江苏、浙江、广东、福建、江西等省份），重载交通多的路段广东、福建、江西等省份），重载交通多的路段（比如沪宁、广深等要道），宜选用粗型密级配沥（比如沪宁、广深等要道），宜选用粗型密级配沥青混合料青混合料(AC-C型型)，并取
16、较高的设计空隙率。，并取较高的设计空隙率。n对冬季温度低、且低温持续时间长的地区（比如青对冬季温度低、且低温持续时间长的地区（比如青海），或者重载交通较少的路段（部分二级道路及海），或者重载交通较少的路段（部分二级道路及更次等级道路），宜选用细型密级配沥青混合料更次等级道路），宜选用细型密级配沥青混合料(AC-F型型)，并取较低的设计空隙率。，并取较低的设计空隙率。26江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTEn为确保高温抗车辙能力，同时兼顾低温抗裂性能的需为确保高温抗车辙能力，同时兼顾低温抗裂性能的需要。配合比设计
17、时宜适当减少公称最大粒径附近的粗要。配合比设计时宜适当减少公称最大粒径附近的粗集料用量，减少集料用量，减少0.6mm以下部分细粉的用量，使中等以下部分细粉的用量，使中等粒径集料较多，形成粒径集料较多，形成S型级配曲线，并取中等或偏高水型级配曲线，并取中等或偏高水平的设计空隙率。平的设计空隙率。n根据公路等级和施工设备的控制水平，确定的工程设根据公路等级和施工设备的控制水平，确定的工程设计级配范围应比规范级配范围窄，其中计级配范围应比规范级配范围窄，其中4.75mm和和2.36mm通过率的上下限差值宜小于通过率的上下限差值宜小于12。n沥青混合料的配合比设计应充分考虑施工性能，使沥沥青混合料的配
18、合比设计应充分考虑施工性能，使沥青混合料容易摊铺和压实，避免造成严重的离析。青混合料容易摊铺和压实，避免造成严重的离析。27江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE AC-16级配级配28江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE AC-20级配级配29江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE选择合适的沥青用量（油石比）选择合适的沥青用量（油石比）n根据确认的
19、级配和初拟根据确认的级配和初拟定的油石比，按间隔定的油石比，按间隔0.5%变化，进行最佳沥变化，进行最佳沥青用量（油石比）的试青用量（油石比）的试验，确定最佳的沥青用验，确定最佳的沥青用量（油石比）。量（油石比）。n油石比调整的原则。油石比调整的原则。级配类型 油石比(%)AC-204.24.5AC-164.64.9AC-135.05.3 参考的沥青用量范围参考的沥青用量范围30江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE31江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEA
20、RCH INSTITUTE沥青用量调整原则n沥青用量调整原则沥青用量调整原则n根据气候条件调整沥青用量，高温地区（江浙、广东、根据气候条件调整沥青用量，高温地区（江浙、广东、江西等地区）在设计沥青用量基础上和考虑工程的实江西等地区）在设计沥青用量基础上和考虑工程的实际情况下浮际情况下浮0.1%-0.3%，但需验证沥青混合料体积指，但需验证沥青混合料体积指标和各项性能是否符合要求。低温地区（如青海、宁标和各项性能是否符合要求。低温地区（如青海、宁夏、新疆、内蒙等地区）可在设计沥青用量基础上和夏、新疆、内蒙等地区）可在设计沥青用量基础上和考虑工程实际情况下增加考虑工程实际情况下增加0.1%-0.3
21、%沥青用量，但需沥青用量，但需验证沥青混合料体积指标和各项性能是否符合要求。验证沥青混合料体积指标和各项性能是否符合要求。n部分设计的沥青用量所制成的混合料表面会泛油，这部分设计的沥青用量所制成的混合料表面会泛油，这种情况下需分析原因，如是集料本身吸水率小不吸油种情况下需分析原因，如是集料本身吸水率小不吸油的原因，在保证性能情况下可适当降低设计沥青用量。的原因，在保证性能情况下可适当降低设计沥青用量。32江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE设计沥青混合料的性能验证设计沥青混合料的性能验证n高温性能检测高温性能检
22、测n水稳定性检测水稳定性检测 n低温抗裂性能检测低温抗裂性能检测33江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE高温稳定性试验n按规定方法进行车辙试验，动稳定度应该符合规范的要求。按规定方法进行车辙试验，动稳定度应该符合规范的要求。34江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE车辙试验35江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE水稳定性检测n按规定试验方法进行浸水
23、马歇尔试验和冻融劈裂试验，残留稳定度和残按规定试验方法进行浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验，残留稳定度和残留强度比均必须满足规范的要求。留强度比均必须满足规范的要求。n浸水马歇尔试验浸水马歇尔试验n试件应在水温达到试件应在水温达到60后再放入水浴。后再放入水浴。n先完成半小时稳定度试验，再完成先完成半小时稳定度试验，再完成48小时残留稳定度。小时残留稳定度。n选择两组试件，其空隙率基本相等。选择两组试件，其空隙率基本相等。36江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTEn冻融劈裂试验冻融劈裂试验n条件的试件必须饱水率达到条
24、件的试件必须饱水率达到70%80%，放入恒温冰箱，放入恒温冰箱-18 保持保持16h。n条件试件在条件试件在600.5水浴中保温水浴中保温24h。n条件试件在条件试件在250.5水浴中保温水浴中保温2h。n非条件试验在非条件试验在250.5水浴中保温水浴中保温2h。37江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE水稳定性技术要求38江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE低温抗裂性能检测n按规定的方法进行低温弯曲试验，其破坏应变宜符合规范的
25、要求。按规定的方法进行低温弯曲试验，其破坏应变宜符合规范的要求。39江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE小梁试验40江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE配合比设计过程注意要点配合比设计过程注意要点n松散沥青混合料恒温老化过程松散沥青混合料恒温老化过程n粉胶比粉胶比n分料均匀性分料均匀性n脱模时间脱模时间n理论密度的确定理论密度的确定n体积指标概念体积指标概念nVMA41江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRA
26、NSPORTATION RESEARCH INSTITUTE老化过程n拌制好的沥青拌制好的沥青混合料在击实混合料在击实温度下放入烘温度下放入烘箱箱45分钟左右分钟左右再成型。主要再成型。主要是模拟料车在是模拟料车在运输过程中的运输过程中的沥青老化的一沥青老化的一个过程。个过程。42江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE恒温过程n 将沥青混合将沥青混合料在击实温度料在击实温度下放入烘箱恒下放入烘箱恒温温3045分钟，分钟，以保证沥青被以保证沥青被吸附过程和击吸附过程和击实温度均匀性。实温度均匀性。43江 苏 省 交
27、 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE粉胶比n粉胶比即合成级配中粉胶比即合成级配中0.075mm筛孔通过率与有效筛孔通过率与有效沥青含量之比。沥青含量之比。n一般情况混合料的高、低及疲劳性能会随着粉胶一般情况混合料的高、低及疲劳性能会随着粉胶比的增大而增大，到某个极限时减小比的增大而增大，到某个极限时减小,密级配一密级配一般推荐般推荐0.81.6。44江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE脱模时间n成型好的试件最好在成型好的试件最好在12小时后脱
28、模。小时后脱模。45江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE理论密度的确定n沥青混合料的最大理论密度应尽量采用实测法，测沥青混合料的最大理论密度应尽量采用实测法，测试前老化试前老化2小时。小时。n当沥青混合料的理论密度实测条件不具备时，根据当沥青混合料的理论密度实测条件不具备时，根据集料的状况，实测集料的毛体积相对密度和表观相集料的状况，实测集料的毛体积相对密度和表观相对密度，综合计算沥青混合料的理论密度。对密度，综合计算沥青混合料的理论密度。46江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPO
29、RTATION RESEARCH INSTITUTE分料均匀性四四分分法法47江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE分散沥青混合料颗粒尺寸小于颗粒尺寸小于6.4mm48江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE计算指标概念n1、空隙率、空隙率VV（矿料及沥青以外空隙占试件总体（矿料及沥青以外空隙占试件总体n积的百分率）积的百分率）n2、矿料间隙率、矿料间隙率VMA（试件全部矿料以外的体积（试件全部矿料以外的体积n占试件总体机的百分率）占
30、试件总体机的百分率）n3、沥青饱和度、沥青饱和度VFA（矿料间隙率中扣除被集料（矿料间隙率中扣除被集料n吸收的沥青以外的有效沥青部分的体积占吸收的沥青以外的有效沥青部分的体积占VMAn的百分率）的百分率）49江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE体积指标VmbVsbVbaVbVseVmmVaVMA空气空气沥青沥青集料集料50江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTEnVMA在选择级配和确定沥青用量起着一个在选择级配和确定沥青用量起着一个
31、非非常重要常重要的作用。但我国规范中并不严格要求的作用。但我国规范中并不严格要求VMA满足指标要求。据研究发现若满足指标要求。据研究发现若VMA油油石比成凹形抛物线关系，当石比成凹形抛物线关系，当VMA处于谷底附处于谷底附近时，混合料对沥青用量敏感性较小，有利于近时，混合料对沥青用量敏感性较小，有利于施工现场控制和质量保证。施工现场控制和质量保证。VMA51江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE%油石比油石比VMAVMA油石比关系曲线油石比关系曲线52江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRAN
32、SPORTATION RESEARCH INSTITUTE集料视密度集料毛体积密度沥青浸入的孔隙沥青浸入的孔隙表面孔隙表面孔隙53江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE有效密度吸收的沥青吸收的沥青沥青不能浸入的空隙沥青不能浸入的空隙表面孔隙表面孔隙54江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE集料的有效密度n在沥青混合料中，集料的有效密度测定较难在沥青混合料中，集料的有效密度测定较难n“因为矿质集料表面是多空隙的，并能不同程度因为矿质集
33、料表面是多空隙的，并能不同程度地吸收水分和沥青，而且水分与沥青的吸收比例地吸收水分和沥青，而且水分与沥青的吸收比例随每一种集料而异随每一种集料而异”。n由于沥青的渗透性比水差，所以混合料中矿料的由于沥青的渗透性比水差，所以混合料中矿料的有效密度应介于表观密度与毛体积密度之间有效密度应介于表观密度与毛体积密度之间55江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE沥青混合料配合比设计步骤总结选择原材料选择原材料u 选择沥青胶结料选择沥青胶结料u 选择集料选择集料u 选择外掺剂选择外掺剂选择级配选择级配u 建立初始级配建立初始级配u 击实试件击实试件u 分析初始级配分析初始级配选择沥青胶结料含量选择沥青胶结料含量设计沥青混合料的性能验证设计沥青混合料的性能验证56江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE 张志刚张志刚Tel:13655187641Email: Thank You！Question?