沥青混合料配合比设计

    第三节　沥青混合料配合比设计

    沥青混合料配合比设计包括：试验室配合比设计、生产配合比设计和试拌试铺配合比调整等三个阶段，其主要任务就是确定粗骨料、细骨料、矿粉和沥青材料相互配合的最佳组成比例，使之既能满足沥青混合料的技术要求（如强度、稳定性、耐久性和平整度等）又符合经济的原则。

    沥青混凝土配合比设计通常按下列两步进行，首先选择矿质混合料的配合组成符合级配规范的要求，即粗骨料、细骨料和填料应有适当的配合比例；然后确定矿料与沥青的用量比例，即最佳沥青用量。

    在混合料中，沥青用量波动0.5%的范围可使沥青混合料的热稳定性等技术性质变化很大。在确定矿料间配合比例后，通过稳定度、流值、空隙率、饱和度等试验数值选择出最佳沥青用量。

    一、选择矿质混合料配合比例

    确定沥青混合料所用公路等级、路面类型，哪一结构层以及具体要求，选择沥青混合料的类型，并参照《公路沥青路面施工技术规范》推荐的级配（表9－11）作为沥青混合料的设计级配；测定矿料的密度、吸水率、筛分情况和沥青的密度；采用图解法或数解法求出已知级配的粗骨料、细骨料和矿粉之间的比例关系。

    

    表9－11　密级配沥青混凝土混合料矿料级配范围

    

    沥青混合料的矿料级配应符合工程规定的设计级配范围。密级配沥青混合料宜根据公路等级、气候及交通条件按表9－12选择采用粗型（C型）或细型（F型）的混合料，并应在表9－11范围内确定工程设计级配范围，通常情况下工程设计级配范围不宜超出表9－11的要求。其他类型的混合料根据设计要求宜按JTG　F40—2004的规定确定。

    

    表9－12　粗型和细型密级配沥青混凝土的关键性筛孔通过率

    

    二、确定沥青最佳用量

    采用马歇尔试验法来确定沥青最佳用量，按所设计的矿料配合比配制五组矿质混合料，每组按规范推荐的沥青用量范围加入适量沥青，并按0.5%的间隔递增，拌合均匀制成马歇尔试件。进行试验、测出试件的密实度、稳定度和流值、矿料间隙率、沥青饱和度、空隙率等，并确定出最佳沥青用量。

    三、配合比实例

    例9－1　某路线修筑沥青混凝土高速公路路面层，试用“图解法”计算矿质混合料的组成，用马歇尔试验法确定最佳沥青用量。

    设计原始资料

    1.路面结构：高速公路沥青混凝土面层。

    2.气候条件：属于温和地区。

    3.路面型式：三层式沥青混凝土路面上面层。

    4.混合料制备条件及施工设备：工厂拌和摊铺机铺筑，压路机碾压。

    5.材料的技术性能

    （1）沥青材料：沥青采用进口优质沥青，符合70号沥青指标，其技术指标如表9－13。

    

    表9－13　沥青技术指标

    

    （2）矿质材料

    粗骨料：采用玄武岩，1号料（19.0～13.2 mm）密度2.918 g／cm³，2号料（13.2～4.75 mm）密度2.864 g／cm³，与沥青的黏附情况评定为5级。其他各项技术指标见表9－14。

    

    表9－14　粗骨料技术指标

    

    细骨料：石屑采用玄武岩，其密度为2.812 g／cm³，砂子密度为2.63 g／cm³，矿粉密度为2.67 g／cm³，含水量为0.7%。

    矿质骨料的级配情况见表9－15。

    

    表9－15　矿质骨料筛分结果

    

    设计要求

    1.确定各种矿质骨料的用量比例。

    2.用马歇尔试验确定最佳沥青用量。

    解

    矿质混合料级配组成的确定

    （1）由原始资料可知，沥青混合料用于高速公路三层式沥青混凝土上面层，依据有关标准，沥青混合料类型可选用AC－16。参照表9－11的要求，中粒式AC－16型沥青混凝土的矿质混合料级配范围如表9－16。

    

    表9－16　矿质混合料要求级配范围

    

    （2）测出骨料和沥青的各项指标，以及矿质骨料的筛分结果，列于表9－17。采用图解法或试算（电算）法求出矿质骨料的比例关系，并进行调整，使合成级配尽量接近要求级配范围中值。经调整后的矿料合成级配计算列于表9－17。

    

    表9－17　矿质混合料合成级配计算表

    

    由此可得出矿质混合料的组成为：

    1号碎石33%、2号碎石24%、石屑23%、砂14%、矿粉6%。

    2.沥青最佳用量（或油石比）的确定

    （1）按上述计算所得的矿质骨料级配和经验确定的沥青用量范围，中粒式沥青混凝土（AC－16）的沥青用量为4.0%～6.0%，采用0.5%的间隔变化，配制5组马歇尔试件。试件拌制温度为140℃，试件成型温度为130℃，击实次数两面各夯击75次。成型试件经24 h后，测定其各项指标，以沥青用量为横坐标，以实测密度、空隙率、饱和度、稳定度、流值为纵坐标，画出沥青用量和它们之间的关系曲线，如图9－3。

    （2）从图中取相应于密度最大值的沥青用量a₁，相应于稳定度最大值的沥青用量为a₂，相应于规定空隙率范围中值的沥青用量a₃，沥青饱和度范围的中值a₄，以四者平均值作为最佳沥青用量的初始值OAC₁。

    从图中可看出，a₁＝5.4%，a₂＝4.95%，a₃＝4.95%，a₄＝5.65%。则

    

    根据热拌沥青混合料马歇尔试验技术指标（JFG　F40—2004），对高速公路用密级配沥青混合料，稳定度不小于8 kN，流值在1.5～4 mm，空隙率3%～6%，饱和度65%～75%，分别确定各关系两线上沥青用量的范围，取其共同部分，可得：

    

    

    图9－3　马歇尔试验各项指标与沥青用量关系图

    

    以各项指标均符合技术标准的沥青用量范围OAC min～OAC max的中值作为OAC₂。

    

    考虑到气候条件属温和地区，以及高速公路，为防止车辙，则沥青的最佳用量OAC的取值在AOC₁与OAC₂的范围内确定，结合工程经验取OAC＝5.3%。

    （3）按最佳沥青用量5.3%，制作马歇尔试件，进行浸水马歇尔试验，测得试验结果为：密度2.547 g／cm³，空隙率3.8%，矿料间隙率14.5%（宜不小于13%），饱和度72.0%，马歇尔稳定度9.6 kN，浸水马歇尔稳定度7.8 kN，残留稳定度81%，符合规定要求（＞75%）。

    （4）按最佳沥青用量5.3%制作车辙试验试件，测定其动稳定度，其结果大于1000次／mm，符合规定要求。

    通过上述试验和计算，最后确定沥青用量为5.3%。