沥青混合料目标配合比设计(AC-13).

沥青混合料配合比设计（AC-13C）

一、基本情况

320国道公路，拟采用改性沥青AC-13C作为面层。 原材料产地如下： 材料规格 2.36-4.75mm碎石（石灰岩） 0-2.36mm石屑（石灰岩） 9.5-16mm碎石（玄武岩） 4.75-9.5mm碎石（玄武岩） 矿粉 SBS改性沥青 产地 临安 临安 嵊州 嵊州 富阳 浙江嘉悦石化有限公司 二、设计依据

1．《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004） 2．《公路工程集料试验规程》（JTG E42-2005）

3．《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052-2000） 4．《高速公路沥青路面规范化施工与质量管理指导意见》 5．《320国道杭州绕城高速至富阳新桥改建工程设计说明书》 三、设计过程 1. 原材料

本次室内目标配合比设计所用集料为玄武岩（4.75-9.5mm、9.5-16mm）和石灰岩（2.36-4.75mm、

0-2.36mm），沥青采用SBS改性沥青。试验所用原材料均由委托方提供。各种矿料、矿粉及沥

青的密度试验结果见表1。

表1 集料及沥青密度试验结果

材料名称 1#（9.5-16 mm） 2#（4.75-9.5）mm） 3#（2.36-4.75mm） 4#（0-2.36 mm） 矿粉 沥青相对密度（25℃） 表观相对密度 2.944 2.918 2.770 2.725 2.711 1.027 毛体积相对密度 2.826 2.816 2.713 2.714 / 吸水率（%） 1.42 1.23 0.74 / 各种矿料及矿粉的筛分结果见表2。

表2 各档矿料和矿粉的筛分结果

筛孔 16.0 1# 2# 3# 4# 矿粉 100 100 100 100 100 13.2 85.0 100 100 100 100 通过筛孔（方孔筛，mm）百分率（%） 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 3.2 97.0 100 100 100 0.2 0.9 99.9 99.7 100 0.2 0.3 12.7 75.5 100 0.2 0.3 6.1 44.9 100 0.2 0.3 5.6 30.0 100 0.2 0.3 5.3 21.9 100 0.15 0.2 0.3 4.7 13.9 99.7 0.075 0.2 0.3 1.6 11.2 93.3 2. 混合料级配

根据委托单位提供的设计说明书，AC-13C型沥青混合料工程设计级配范围见表3。

表3 AC-13C沥青混合料工程设计级配范围

筛孔 上限 下限 16 100 100 13.2 100 95 9.5 78 64 4.75 56 42 2.36 39 27 1.18 25 15 0.6 19 10 0.3 15 7 0.15 12 6 0.075 8 4 3. 配合比设计计算

根据各档矿料的筛分结果，结合混合料级配要求，首先调试。选出粗、中、细三个级配，根据以往工程经验初步确定三种级配的初始油石比为5.0％，用初始油石比成型试件。表4为三种级配的设计组成结果，表5为初试级配的体积分析结果。

表4 三种级配的设计组成结果

级配类型 (用料比) 级配1 (23.0:24.0:9.0: 43.0:1.0) 级配2 (23.0:28:10.0:38.0:1.0) 级配3 (23.0:26.0:10.0:40.0:1.0) 16 100 通过下列筛孔（方孔筛，mm）的质量百分率（%） 13.2 96.6 9.5 77.0 4.75 53.1 2.36 34.7 1.18 21.0 0.6 14.5 0.3 11.0 0.15 7.5 0.075 6.0 100 96.6 76.9 49.2 31.1 18.8 13.1 10.0 6.9 5.5 100 96.6 77.0 51.2 32.6 19.7 13.7 10.4 7.2 5.7 表5 初试级配的沥青混合料性能指标分析结果

级配 级配1 级配2 级配3 规范要求 油石比(%) 5.0 5.0 5.0 / 毛体积 空隙率(%) 2.511 2.466 2.515 / 3.1 5.0 3.1 3.5~5.5 VMA (%) 13.4 15.1 13.4 ≥14 饱和度(%) 76.7 66.6 77.1 65~75 稳定度(kN) 17.03 19.31 17.84 >8.0 流值 3.68 3.27 3.94 2.0～5.0 1

由各组体积分析结果，根据经验选取级配2为设计级配，级配曲线见图1所示。

图1 AC-13C型沥青混合料设计级配曲线图

4. 马歇尔稳定度试验

按设计的矿料比例配料，采用五种油石比，进行马歇尔稳定度试验，试验结果见表6，设计级配合成毛体积相对密度2.767，级配合成表观相对密度2.830。

表6 AC-13C型设计配合比马歇尔稳定度试验结果

级 配 类 型 油石比(%) 4.0 4.5 AC-13C 5.0 5.5 6.0 要求 / 稳定度(kN) 18.45 20.00 20.43 19.43 19.20 >8.0 流值 (mm) 2.23 3.15 3.50 3.87 4.15 2.0～5.0 空隙率(%) 7.7 6.0 4.5 4.1 3.5 3.5～5.5 VMA (%) 15.4 14.9 14.6 15.3 15.8 ≥14 饱和度(%) 50.2 60.0 69.4 73.3 77.8 65～75 毛体积 相对密度 2.434 2.460 2.482 2.474 2.471 / 最大理论 相对密度 2.636 2.616 2.597 2.579 2.560 / 5. 最佳油石比的确定

据马歇尔稳定度试验结果，分别绘制密度、稳定度、流值、空隙率、饱和度、VMA与油石比的关系曲线，从曲线上找出相应于最大密度、最大稳定度及空隙率范围中值、沥青饱和度范围中值对应的四个油石比，求出四者的平均值作为最佳油石比初始值OAC1，作图求出满足沥青混凝土各项指标要求的油石比范围（OACmin，OACmax），该范围的中值为OAC2，如果最佳油石比的初始值OAC1在OACmax与OACmin之间，则认为设计结果是可行的，可取OAC1与OAC2 的中值作为目标配合比的最佳油石比OAC，并结合交通与气候特点论证地取用，最终得最佳油石比。

2

由作图法可知与最大密度、最大稳定度、空隙率范围中值和沥青饱和度范围中值对应的四个油石比分别为5.1、5.1、4.98和5.05，四者的平均值为5.0%，此即为最佳油石比的初始值OAC1。同时由各项指标与油石比的关系图可得符合各指标要求的油石比范围为4.8～5.6，其中值为5.2％，此即为OAC2，OAC1与OAC2的平均值为5.1%，根据经验确定本次目标配合比设计最佳油石比为5.1%。

毛体积相对密度2.5002.4902.48085.080.075.070.0 饱和度4.505.005.50油石比（%）6.00 2.460 2.440 2.420 4.002.4302.4502.47065.060.055.050.045.040.04.004.505.005.50油石比（%）6.00 空隙率（%） 8.5008.0007.5007.0006.5006.0005.5005.0004.5004.0003.5003.0004.0022.0021.5021.0020.5020.0019.5019.0018.50稳定度（KN） 4.50 7.00流值（0.1mm）6.005.005.50油石比（%）6.0018.0017.5017.004.004.505.005.50油石比（%）6.0016.0 5.00 4.003.002.0015.0VMA(%)14.0 1.00 4.004.505.005.50油石比（%）6.0013.04.004.505.005.506.00油石比(%)6543

21044.555.5油石比(%)63

图2 稳定度、密度、流值、空隙率、VMA、饱和度与油石比的关系 6．沥青混合料的性能验证试验

进行最佳油石比下的浸水马歇尔试验、冻融劈裂的残留强度比、动稳定度、低温弯曲试验破坏应变来检验设计沥青混合料的各项性能，试验结果见表7～表10。

表7 最佳油石比下的各性能指标检验

混合料类型 AC-13C 要求 残留稳定度S0（%） 90.6 ≥85 冻融劈裂试验的残留强度比（%） 95.3 ≥80 动稳定度 （次/mm） 4887 ≥3000 低温弯曲试验破坏应变（με） 3854.27 ≥2500 渗水系数（ml/min） 50 ≯120 表8 最佳油石比下的浸水马歇尔检验

混合料类型 AC-13C 马歇尔稳定度（kN） 20.68 浸水马歇尔稳定度（kN） 18.84 残留稳定度S0（%） 要求（%） 90.6 ≥85 表9 最佳油石比下的冻融劈裂检验

混合料类型 AC-13C 非条件劈裂强度（MPa） 1.29 条件劈裂强度（MPa） 1.23 TSR（%） 95.3 要求（%） ≥80 表10 最佳油石比下的车辙检验

动稳定度（次/mm） 混合料类型 AC-13C 油石比（%） 1 5.0 4753 2 4920 3 4987 平均 4887 要求 ≥3000 四、设计结果

采用委托方提供的原材料，对320国道杭州绕城高速至富阳新桥改建工程L2合同段上面层AC-13C型SBS改性沥青混合料进行配合比设计，得出配合比设计结果如表11、表12所示。

表11 矿料配合比及油石比

混合料 类型 AC-13C 9.5-16mm 23 下列各种矿料所占比例（%） 4.75-9.5 mm 28 2.36-4.75 mm 10 0-2.36 mm 38 矿粉 1 油石比(%) 5.0

表12 最佳油石比及密度、空隙率

4

混合料 类型 AC-13C 油石 比（%）5.0 毛体积相对密度 2.495 空隙率（%） 3.9 最大理论相对2.597 VMA 饱和度稳定度流值粉胶比（%） （%） （kN） 14.1 72.1 20.68 (mm) （FB） 3.51 1.31 五、结论

通过混合料级配调试和相关验证试验，表明本次设计的上面层AC-13C沥青混合料的体积性质指标、水稳定性能、高温性能、低温性能均满足要求，可用于指导320国道上面层AC-13C型SBS改性沥青混合料的生产配合比调试。

5