四、热拌沥青混合料的配合比设计四、热拌沥青混合料的配合比设计设计目标设计目标 配制出满足基本性能要求的沥青混合料。配制出满足基本性能要求的沥青混合料。关键问题关键问题 1 1、确定混合料性能要求、确定混合料性能要求 2 2、各种原材料的选取、各种原材料的选取 粗细骨料选择和品质要求，沥青种类粗细骨料选择和品质要求，沥青种类 3 3、各种原材料用量的确定。、各种原材料用量的确定。设计思路设计思路1 1、确定设计混合料的类型。、确定设计混合料的类型。 依据道路等级、路面类型、结构层位依据道路等级、路面类型、结构层位表表5-115-112 2、确定混合料的技术性能指标。、确定混合料的技术性能指标。 力学指标：力学指标：击实次数、击实次数、MSMS、FLFL、DSDS 耐久性指标：耐久性指标：VVVV、VFAVFA、VMAVMA、MSMS0 0、 表表5-25-23 3、原材料选取原材料选取 沥青标号、骨料品质沥青标号、骨料品质 表表5-35-3、4 4、5 5、7 7、8 8、9 9、10104、骨料级配确定和设计、骨料级配确定和设计 确定选取骨料的组配，满足级配要求。确定选取骨料的组配，满足级配要求。 表表5-8 粗骨料、细骨料、矿粉粗骨料、细骨料、矿粉比例比例 5、沥青混合料设计、沥青混合料设计 确定最佳沥青用量，满足技术指标要求。确定最佳沥青用量，满足技术指标要求。 矿料设计、最佳沥青用量确定矿料设计、最佳沥青用量确定（一）矿质混合料的配比设计（一）矿质混合料的配比设计问题的提出问题的提出 1、骨料粒级如何配合，堆积空隙率最小？、骨料粒级如何配合，堆积空隙率最小？ 最大堆积密度理论最大堆积密度理论 2、不同骨料如何搭配，才能获得最大堆积不同骨料如何搭配，才能获得最大堆积密度？密度？ 矿料配合比设计方法矿料配合比设计方法1、矿质混合料级配理论（最大密度曲线理论）矿质混合料级配理论（最大密度曲线理论） W.B.富勒富勒（Fuller）研究发现：研究发现：矿质混合料过筛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。密实度越大，空隙率越小。 P2=kd 当筛孔尺寸当筛孔尺寸d等于集料的最大粒径等于集料的最大粒径D时，该颗粒的时，该颗粒的通过百分率通过百分率P为为100 p=100（d/D）0.5 实际应用实际应用 ：p=100（d/D）n ，n幂级配通式幂级配通式 n通常在通常在0.30.7之间之间 ，0.5时为时为最大密度曲线最大密度曲线 P-d级配曲线级配曲线P-logd级配曲线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矿质混合料的组成设计 合合理理组组配配不不同同集集料料，使使混混合合料料级级配配处处于于要要求求的的范围之内，并尽可能逼近理想的最大密度曲线范围之内，并尽可能逼近理想的最大密度曲线 数解法和图解法数解法和图解法 已知条件：已知条件： （1）各种集料的筛分析试验结果；）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）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的矿质混合料级配范围 迫近表迫近表5-6的级配中值的级配中值u数解法数解法基本原理：基本原理： （1 1）设有）设有A、B、C三种集料，欲配制级配为三种集料，欲配制级配为M的矿质混合的矿质混合料，料，A、B、C在混合料中百分比分别为在混合料中百分比分别为X、Y、Z，则：则： X + Y + Z = 100X + Y + Z = 100 （2 2）设集料设集料A、B、C中某粒径中某粒径i i颗粒含量分别为颗粒含量分别为aA(i)、aB(i)、aC(i)，混合料混合料M M相应颗粒含量为相应颗粒含量为aM(i)，则：则： X XaA(i) + + Y YaB(i)+ + Z ZaC(i)= = aM(i) （3 3）假定混合料中某粒径颗粒仅由一相应的优势集料提供，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。其他集料不含此种颗粒，则优势集料用量可直接求出。 计算计算AC-13I型沥青混凝土的矿料配合比。型沥青混凝土的矿料配合比。 已知：已知： 碎碎石石、石石屑屑和和矿矿粉粉三三种种矿矿质质集集料料，筛筛分分析试验结果见表析试验结果见表1。 沥青混凝土矿料的级配要求沥青混凝土矿料的级配要求 计算：计算： （1）确确定定碎碎石石、石石屑屑、矿矿粉粉在在矿矿质质混混合合料料中所占的比例。中所占的比例。 （2）校核矿质混合料合成级配计算结果是）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。否符合规范要求级配范围。 例题例题1 （1）矿质混合料级配范围中值换算为分计筛余中值）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）确定优势骨料，计算相应含量 优势骨料优势骨料1：碎石：碎石优势粒径为优势粒径为4.75mm， 则混合料中碎石含量：则混合料中碎石含量： X = aM(4.75)/ aA(4.75) = 21.0/49 = 42.1% 优势骨料优势骨料2：矿粉：矿粉优势粒径为优势粒径为0.075mm 则混合料中矿粉含量：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计算石屑在矿质混合料中的含量Y Y= 1 - X Z = 50.9% （4 4）校核、计算、调整。校核、计算、调整。 如何校核？原则是什么？如何校核？原则是什么？ u 图解法图解法基本原理基本原理 （1） n幂幂公式公式p=100（d/D）n 中，中， p与与（d/D）n为直为直线关系线关系（2） 假设矿料为单一粒径骨料组成，则其级配曲线为假设矿料为单一粒径骨料组成，则其级配曲线为直线直线（3）各粒径骨料用量可通过首尾相连，与级配中值线）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的交点确定（4）非单一粒径各骨料用量按下述方法确定）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。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。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。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，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作水平线，在纵坐标上截得的距离为相应骨料的用量。用量。例题例题2、试用图解法设计某高速公路用细粒式沥、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。青矿质混合料的配合比。已知：已知： （1）有碎石、石屑、砂和矿粉四种矿料，各集）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。料通过百分率列于表中。 （2 2）设计级配范围按）设计级配范围按沥青路面施工及验收规沥青路面施工及验收规范范沥青混凝土混合料细粒式沥青混凝土混合料细粒式AC13-I要求的级要求的级配范围和中值列于表中。配范围和中值列于表中。 步骤步骤1：绘制图解法用图，纵坐标取绘制图解法用图，纵坐标取10cm表示通过表示通过量，横坐标取量，横坐标取15cm表示筛孔尺寸。作级配曲线中表示筛孔尺寸。作级配曲线中值，并确定筛孔坐标。值，并确定筛孔坐标。步骤步骤2：将碎石、石屑、砂和矿粉的级配曲线绘制将碎石、石屑、砂和矿粉的级配曲线绘制于图中于图中步骤步骤3：确定各集料所占比例。确定各集料所占比例。 步骤步骤4、根据图解法求得的各集料用量百分率，列表、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进行校核计算如表 步骤步骤5 5、0.3mm和和0.6mm通过量偏低，通过量偏低，0.075mm通过量通过量偏高。偏高。配合比调整，配合比调整，碎石碎石X=31%，石屑石屑Y=26%，砂砂Z=37%，矿粉矿粉W=6% 步骤步骤6 6、将调整后合成级配绘制于规范要求级配曲线中将调整后合成级配绘制于规范要求级配曲线中 ( (二二) )、沥青混合料的配比设计、沥青混合料的配比设计1 1、热拌沥青混合料配比设计步骤、热拌沥青混合料配比设计步骤A A、矿质混合料的配比设计矿质混合料的配比设计 1 1）根据道路等级、路面结构和层次，选取沥青混合料类型）根据道路等级、路面结构和层次，选取沥青混合料类型 2 2）确定合成矿料要求的级配范围。）确定合成矿料要求的级配范围。 3 3）矿质混合料配合比设计。）矿质混合料配合比设计。 0.0750.075mmmm、2.36mm2.36mm和和4.754.75mmmm筛孔通过量尽量接近设计级筛孔通过量尽量接近设计级配范围中值。配范围中值。 对交通量大的道路，级配应接近下限；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。小交通量的道路应偏上限。 B B、确定最佳沥青用量确定最佳沥青用量 沥青用量表示：沥青用量表示：油石比：油石比： ：各种矿料配合比（矿料总和为各种矿料配合比（矿料总和为 ）（）（%） ：油石比（沥青与矿料的质量比）（：油石比（沥青与矿料的质量比）（%） 沥青百分含量沥青百分含量%： ：各矿料配合比（矿料和沥青总和为各矿料配合比（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）（：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：测试试样制备： （1 1）按矿质混合料配比确定各种集料用量）按矿质混合料配比确定各种集料用量 （2 2）选取间隔为）选取间隔为0.5%的五个沥青掺量的五个沥青掺量 2）测定物理指标测定物理指标 （1）表观密度）表观密度s （2）计算理论最大密度计算理论最大密度（3 3）计算空隙率（）计算空隙率（VVVV）：）：（4 4）计算沥青体积百分率（计算沥青体积百分率（VAVA）：）：（5 5）计算矿料间隙率（计算矿料间隙率（VMAVMA）：）：（6 6）计算沥青饱和度（计算沥青饱和度（VFAVFA）：）： （7）测定力学指标测定力学指标 A：马歇尔稳定度马歇尔稳定度MS B：流值流值FL C：计算马歇尔模数计算马歇尔模数T 3）马歇尔试验结果分析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。绘制沥青用量与物理力学指标关系图。 （2）根据根据稳定度、密度和空隙率稳定度、密度和空隙率确定最佳沥青用量初确定最佳沥青用量初始值始值1（OAC1） OAC1=（a1+a2+a3）/3 （3）根据根据符合各技术指标要求的沥青用量范围符合各技术指标要求的沥青用量范围确定确定沥青最佳用量初始值沥青最佳用量初始值2（OAC2） OAC2=（OACmax+OACmin）/2 （4）根据根据OAC1和和OAC2确定沥青最佳用量确定沥青最佳用量OAC OAC1沥青用量值对应的所有沥青混合料指标满沥青用量值对应的所有沥青混合料指标满足要求时：足要求时： OAC=（OAC1+OAC2）/2 预计车辙较大预计车辙较大 ：OAC在在OAC2和和OACmin之间选之间选取，但不小于取，但不小于OAC2的的0.5% 寒区道路及一般道路寒区道路及一般道路 ：OAC可在可在OAC2和和OACmax之间选取，但不大于之间选取，但不大于OAC2的的0.3% 4）水稳性试验水稳性试验 以最佳沥青用量以最佳沥青用量OAC进行浸水马歇尔试验。进行浸水马歇尔试验。 若若OAC与与OAC1、OAC2相差较大，用相差较大，用OAC和和OAC1或或OAC2进行残留稳定度试验进行残留稳定度试验 要求：要求：型沥青混凝土不低于型沥青混凝土不低于75%，型沥青混凝型沥青混凝土不低于土不低于70% 5）抗车辙试验抗车辙试验 以最佳沥青用量以最佳沥青用量OAC进行动稳定度车辙试验进行动稳定度车辙试验 。 若若OAC与与OAC1、OAC2相差较大，用相差较大，用OAC和和OAC1或或OAC2进行试验进行试验 要求：要求：高速公路、城市快速路不小于高速公路、城市快速路不小于800次次/mm，一级公路、城市干路不小于一级公路、城市干路不小于600次次/mm。 例例 试试设设计计上上海海某某高高速速公公路路沥沥青青混混泥泥土土路路面面用用沥沥青青混混合合料料的的配配合组成。合组成。原始资料原始资料u1、道路等级：高速公路、道路等级：高速公路u2、路面类型；沥青混凝土、路面类型；沥青混凝土u3、结构层位：三层式沥青混凝土的上面层、结构层位：三层式沥青混凝土的上面层u4 4、气候条件：最低月平均气温：、气候条件：最低月平均气温：-8 u5、材料性能、材料性能 （1）沥青材料：可供应重交通）沥青材料：可供应重交通AH-50、AH-70和和AH-90。 （2）矿质材料：碎石、石屑矿质材料：碎石、石屑 ：石灰石轧制碎石，饱水抗：石灰石轧制碎石，饱水抗压强度压强度120Mpa，洛杉矶磨耗率洛杉矶磨耗率12%，粘附性（水煮法）：，粘附性（水煮法）：级，视密度级，视密度2.70t/m3。 砂：洁净海砂，细度模数属中砂，含泥量小于砂：洁净海砂，细度模数属中砂，含泥量小于1%，视密度视密度2.65t/m3。矿粉：石灰石磨细石粉，粒度范围符合技矿粉：石灰石磨细石粉，粒度范围符合技术要求，无团粒结块，视密度术要求，无团粒结块，视密度2.58t/m3。 设计要求设计要求 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。筛析结果，用图解法确定各种矿质材料的配合比。2 2、根据选定的矿质混合料类型相应的沥青用量范围，进、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。行马歇尔试验，确定最佳沥青用量。3 3、根据高速公路用沥青混合料要求，对设计的矿质混合、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。能力校核。 设计步骤设计步骤1、矿质混合料的配合比设计矿质混合料的配合比设计 1）确定沥青混合料的类型确定沥青混合料的类型 根据原始资料，选用根据原始资料，选用AC-13型沥青混凝土混合料。型沥青混凝土混合料。 2）确定矿质混合料的级配范围确定矿质混合料的级配范围 依据附表确定依据附表确定AC-13型沥青混凝土的矿质混合料级配范围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矿质混合料的配比设计及校核 2、沥青最佳用量的确定、沥青最佳用量的确定 1）试件成型试件成型 采用采用AH-70沥青。依据附表沥青。依据附表 AC-13型沥青混凝土的沥型沥青混凝土的沥青用量范围为青用量范围为5.0%7.0%，采用，采用0.5%的间隔，以计算得的间隔，以计算得到的矿料配比制备到的矿料配比制备5组试件，按要求击实组试件，按要求击实75次成型。次成型。 2 2）马歇尔稳定度试验）马歇尔稳定度试验 （1 1）物理指标测定）物理指标测定 成型后试件，成型后试件，2424h h后测定其视密度、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。空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度等物理指标。 （2 2）力学性能测定）力学性能测定 测定物理指标后的试件，在测定物理指标后的试件，在60下下测定马歇尔稳定度、流值，计算马歇尔模数。试验结果列测定马歇尔稳定度、流值，计算马歇尔模数。试验结果列于表于表 （3）马歇尔试验结果分析马歇尔试验结果分析 1、绘制沥青用量与物理、绘制沥青用量与物理-力学指标关系图力学指标关系图 2、确定沥青用量初始值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综合确定最佳沥青用量OAC 按沥青最佳用量初始值按沥青最佳用量初始值OAC1=6.0%检查各指标均符合要求，检查各指标均符合要求，由由OAC1和和OAC2综合确定沥青最佳用量取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与下限值与下限值OACmin之间选取一沥青最佳用量之间选取一沥青最佳用量OAC=5.6% （4）水稳定性试验水稳定性试验 采用沥青用量为采用沥青用量为6.0%和和5.6%制备试件，浸水制备试件，浸水48h后测定马后测定马歇尔稳定度歇尔稳定度（5）抗车辙试验抗车辙试验 同样采用沥青用量同样采用沥青用量6.0%和和5.6%进行车辙试验进行车辙试验 两种沥青混合料的动稳定度均大于两种沥青混合料的动稳定度均大于800次次/mm，符合要求。符合要求。OAC=6.0%混合料耐久性好，混合料耐久性好，OAC=5.6%时抗车辙能力强时抗车辙能力强