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四、热拌沥青混合料的配合比设计,设计目标 配制出满足基本性能要求的沥青混合料。 关键问题 1、确定混合料性能要求 2、各种原材料的选取 粗细骨料选择和品质要求,沥青种类 3、各种原材料用量的确定。,设计思路 1、确定设计混合料的类型。 依据道路等级、路面类型、结构层位表5-11 2、确定混合料的技术性能指标。 力学指标:击实次数、MS、FL、DS 耐久性指标:VV、VFA、VMA、MS0、 表5-2 3、原材料选取 沥青标号、骨料品质 表5-3、4、5、7、8、9、10,4、骨料级配确定和设计 确定选取骨料的组配,满足级配要求。 表5-8 粗骨料、细骨料、矿粉比例 5、沥青混合料设计 确定最佳沥青用量,满足技术指标要求。 矿料设计、最佳沥青用量确定,1、矿质混合料级配理论(最大密度曲线理论) W.B.富勒(Fuller)研究发现:矿质混合料过筛百分率与粒径的关系曲线越接近抛物线,混合料的密实度越大,空隙率越小。 P2=kd 当筛孔尺寸d等于集料的最大粒径D时,该颗粒的通过百分率P为100 p=100(d/D)0.5 实际应用 :p=100(d/D)n ,n幂级配通式 n通常在0.30.7之间 ,0.5时为最大密度曲线,P-d级配曲线,P-logd级配曲线,已知矿料最大粒径,理论上可以推算最佳级配范围,2、矿质混合料的组成设计 合理组配不同集料,使混合料级配处于要求的范围之内,并尽可能逼近理想的最大密度曲线 数解法和图解法 已知条件: (1)各种集料的筛分析试验结果; (2)设计要求:技术规范规定或理论计算得到的矿质混合料级配范围 迫近表5-6的级配中值,数解法 基本原理: (1)设有A、B、C三种集料,欲配制级配为M的矿质混合料,A、B、C在混合料中百分比分别为X、Y、Z,则: X + Y + Z = 100 (2)设集料A、B、C中某粒径i颗粒含量分别为aA(i)、aB(i)、aC(i),混合料M相应颗粒含量为aM(i),则: XaA(i) + YaB(i)+ ZaC(i)= aM(i) (3)假定混合料中某粒径颗粒仅由一相应的优势集料提供,其他集料不含此种颗粒,则优势集料用量可直接求出。,计算AC-13I型沥青混凝土的矿料配合比。 已知: 碎石、石屑和矿粉三种矿质集料,筛分析试验结果见表1。 沥青混凝土矿料的级配要求 计算: (1)确定碎石、石屑、矿粉在矿质混合料中所占的比例。 (2)校核矿质混合料合成级配计算结果是否符合规范要求级配范围。,例题1,(1)矿质混合料级配范围中值换算为分计筛余中值 (2)确定优势骨料,计算相应含量 优势骨料1:碎石优势粒径为4.75mm, 则混合料中碎石含量: X = aM(4.75)/ aA(4.75) = 21.0/49 = 42.1% 优势骨料2:矿粉优势粒径为0.075mm 则混合料中矿粉含量: Z= aM( 0.0.75)/ aC(0.0.75)= 6.0/85.3 = 7.0% (3)计算石屑在矿质混合料中的含量Y Y= 1 - X Z = 50.9% (4)校核、计算、调整。 如何校核?原则是什么?,图解法 基本原理 (1) n幂公式p=100(d/D)n 中, p与(d/D)n为直线关系,(2) 假设矿料为单一粒径骨料组成,则其级配曲线为直线 (3)各粒径骨料用量可通过首尾相连,与级配中值线的交点确定,(4)非单一粒径各骨料用量按下述方法确定 A、级配曲线相离,作相离点的垂直平分线。 B、级配曲线相接,连接相接点。 C、级配曲线相重叠,作垂线使之在两条级配曲线上截得的线段长度相等。 通过所作垂线与级配中值直线的交点,作水平线,在纵坐标上截得的距离为相应骨料的用量。,例题2、试用图解法设计某高速公路用细粒式沥青矿质混合料的配合比。 已知: (1)有碎石、石屑、砂和矿粉四种矿料,各集料通过百分率列于表中。 (2)设计级配范围按沥青路面施工及验收规范沥青混凝土混合料细粒式AC13-I要求的级配范围和中值列于表中。,步骤1:绘制图解法用图,纵坐标取10cm表示通过量,横坐标取15cm表示筛孔尺寸。作级配曲线中值,并确定筛孔坐标。 步骤2:将碎石、石屑、砂和矿粉的级配曲线绘制于图中 步骤3:确定各集料所占比例。,步骤4、根据图解法求得的各集料用量百分率,列表进行校核计算如表,步骤5、0.3mm和0.6mm通过量偏低,0.075mm通过量偏高。配合比调整,碎石X=31%,石屑Y=26%,砂Z=37%,矿粉W=6% 步骤6、将调整后合成级配绘制于规范要求级配曲线中,(二)、沥青混合料的配比设计,1、热拌沥青混合料配比设计步骤 A、矿质混合料的配比设计 1)根据道路等级、路面结构和层次,选取沥青混合料类型 2)确定合成矿料要求的级配范围。 3)矿质混合料配合比设计。 0.075mm、2.36mm和4.75mm筛孔通过量尽量接近设计级配范围中值。 对交通量大的道路,级配应接近下限; 小交通量的道路应偏上限。,B、确定最佳沥青用量 沥青用量表示: 油石比: :各种矿料配合比(矿料总和为 )(%) :油石比(沥青与矿料的质量比)(%) 沥青百分含量%: :各矿料配合比(矿料和沥青总和为 ) :沥青含量(沥青占沥青混合料总质量百分率)(%),1)测试试样制备: (1)按矿质混合料配比确定各种集料用量 (2)选取间隔为0.5%的五个沥青掺量 2)测定物理指标 (1)表观密度s (2)计算理论最大密度,(3)计算空隙率(VV): (4)计算沥青体积百分率(VA): (5)计算矿料间隙率(VMA): (6)计算沥青饱和度(VFA):,(7)测定力学指标 A:马歇尔稳定度MS B:流值FL C:计算马歇尔模数T 3)马歇尔试验结果分析 (1)绘制沥青用量与物理力学指标关系图。,(2)根据稳定度、密度和空隙率确定最佳沥青用量初始值1(OAC1) OAC1=(a1+a2+a3)/3,(3)根据符合各技术指标要求的沥青用量范围确定沥青最佳用量初始值2(OAC2) OAC2=(OACmax+OACmin)/2 (4)根据OAC1和OAC2确定沥青最佳用量OAC OAC1沥青用量值对应的所有沥青混合料指标满足要求时: OAC=(OAC1+OAC2)/2 预计车辙较大 :OAC在OAC2和OACmin之间选取,但不小于OAC2的0.5% 寒区道路及一般道路 :OAC可在OAC2和OACmax之间选取,但不大于OAC2的0.3%,4)水稳性试验 以最佳沥青用量OAC进行浸水马歇尔试验。 若OAC与OAC1、OAC2相差较大,用OAC和OAC1或OAC2进行残留稳定度试验 要求:型沥青混凝土不低于75%,型沥青混凝土不低于70% 5)抗车辙试验 以最佳沥青用量OAC进行动稳定度车辙试验 。 若OAC与OAC1、OAC2相差较大,用OAC和OAC1或OAC2进行试验 要求:高速公路、城市快速路不小于800次/mm,一级公路、城市干路不小于600次/mm。,例 试设计上海某高速公路沥青混泥土路面用沥青混合料的配合组成。 原始资料 1、道路等级:高速公路 2、路面类型;沥青混凝土 3、结构层位:三层式沥青混凝土的上面层 4、气候条件:最低月平均气温:-8 5、材料性能 (1)沥青材料:可供应重交通AH-50、AH-70和AH-90。 (2)矿质材料:碎石、石屑 :石灰石轧制碎石,饱水抗压强度120Mpa,洛杉矶磨耗率12%,粘附性(水煮法):级,视密度2.70t/m3。 砂:洁净海砂,细度模数属中砂,含泥量小于1%,视密度2.65t/m3。矿粉:石灰石磨细石粉,粒度范围符合技术要求,无团粒结块,视密度2.58t/m3。,设计要求 1、根据道路等级、路面类型和结构层位确定沥青混凝土的矿质混合料的级配范围。根据现有的各种矿质材料筛析结果,用图解法确定各种矿质材料的配合比。 2、根据选定的矿质混合料类型相应的沥青用量范围,进行马歇尔试验,确定最佳沥青用量。 3、根据高速公路用沥青混合料要求,对设计的矿质混合料的级配进行调整,沥青用量按水稳性检验和抗车辙能力校核。,设计步骤 1、矿质混合料的配合比设计 1)确定沥青混合料的类型 根据原始资料,选用AC-13型沥青混凝土混合料。 2)确定矿质混合料的级配范围 依据附表确定AC-13型沥青混凝土的矿质混合料级配范围 3)矿质混合料的配比设计及校核,2、沥青最佳用量的确定 1)试件成型 采用AH-70沥青。依据附表 AC-13型沥青混凝土的沥青用量范围为5.0%7.0%,采用0.5%的间隔,以计算得到的矿料配比制备5组试件,按要求击实75次成型。 2)马歇尔稳定度试验 (1)物理指标测定 成型后试件,24h后测定其视密度、空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度等物理指标。 (2)力学性能测定 测定物理指标后的试件,在60下测定马歇尔稳定度、流值,计算马歇尔模数。试验结果列于表,(3)马歇尔试验结果分析 1、绘制沥青用量与物理-力学指标关系图,2、确定沥青用量初始值1(OAC1) OAC1=(6.20%+6.30%+5.60%)/3=6.0% 3、确定沥青用量初始值2(OAC2) OACmax= 6.45% OACmin=5.30% OAC2=(6.45%+5.30%)=5.9%,4、综合确定最佳沥青用量OAC 按沥青最佳用量初始值OAC1=6.0%检查各指标均符合要求,由OAC1和OAC2综合确定沥青最佳用量取OAC=6.0%。 当地属温区,考虑到高速公路可能出现车辙,再在中限值OAC2与下限值OACmin之间选取一沥青最佳用量OAC=5.6% (4)水稳定性试验 采用沥青用量为6.0%和5.6%制备试件,浸水48h后测定马歇尔稳定度,(5)抗车辙试验 同样采用沥青用量6.0%和5.6%进行车辙试验 两种沥青混合料的动稳定度均大于800次/mm,符合要求。OAC=6.0%混合料耐久性好,OAC=5.6%时抗车辙能力强,
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