ATB瀝青穩(wěn)定碎石配合比設(shè)計與優(yōu)化調(diào)整

1、ATB-25 瀝青穩(wěn)定碎石配合比設(shè)計與優(yōu)化調(diào)整第一工程公司 摘 要 本文詳細(xì)介紹了 ATB-25 密級配瀝青碎石混合料的目標(biāo)配合比及 生產(chǎn)配合比，瀝青混合料試拌試鋪的總結(jié) , 以及 ATB-25 混合料配 合比設(shè)計的進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整，對類似的ATB混合料配合比設(shè)計有一定的借鑒意義。 關(guān)鍵詞 ATB-25 配合比 設(shè)計 試拌試鋪 優(yōu)化調(diào)整1 前言我國高速公路瀝青路面早期損壞一直就受到各方面的重視，目前仍處 于摸索和探討階段。而對瀝青路面早期損壞爭論的焦點，主要集中在半剛 性基層設(shè)計的合理與否，在國內(nèi)多年來瀝青路面基本上都遵循著“強(qiáng)基薄 面”的設(shè)計理念，基層采用半剛性結(jié)構(gòu)，瀝青面層厚度一般為1518

2、cm隨著我國引進(jìn)一些先進(jìn)的路面結(jié)構(gòu)技術(shù)，柔性基層結(jié)構(gòu)路面逐步被一些省市 (地區(qū))認(rèn)識和采納，在根本上消除了路面早期損壞的因素，從而改變了 路面結(jié)構(gòu)型式單一的狀況，趨向“柔基厚面”的設(shè)計理念。ATB瀝青穩(wěn)定碎石混合料，是作為柔性基層使用的新結(jié)構(gòu)之一， 具有骨 架密實、滲水系數(shù)很小的特點，一般采用的結(jié)構(gòu)層厚度大于 8cm其施工技 術(shù)編入了新規(guī)范公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范 (JTGF40-2004 )中。該混 合料綜合了原規(guī)范中 ACI型與ACU型的優(yōu)點而形成的級配，既有ACn型的粗骨料含量，又適當(dāng)?shù)夭捎昧薃CI型較多的細(xì)集料用量，兩種級配類型結(jié)合而成的一種新型級配。結(jié)構(gòu)上既具有ACI型的密實，又有A

3、CU型的骨架嵌擠結(jié)構(gòu)，抗變型能力強(qiáng)，密實不滲水。實測數(shù)據(jù)表明其穩(wěn)定度很高（一 般大于3000（次/mm）,滲水系數(shù)較?。ㄒ话阈∮?200（ml/mi n）,具備良好 的高溫抗車轍能力及抗水損壞能力。但該混合料的缺點是：大骨料含量相 對較多，中間粒徑骨料含量相對較少，混合料表面積相對較小，對瀝青用 量較為敏感；在施工過程中容易產(chǎn)生離析，壓實比較困難。筆者參與了河南濟(jì)焦新高速公路瀝青路面的施工，其下面層采用 13cm 厚的ATB-25密級配瀝青穩(wěn)定碎石路面結(jié)構(gòu)，其上為6cm厚AC-20粗型瀝青混凝土，4cmSMA-13瀝青馬蹄脂混凝土，瀝青面層總厚度達(dá)23cm下面將ATB-25 瀝青碎石配合比設(shè)計

4、及優(yōu)化過程的經(jīng)驗與總結(jié)介紹給大家，以供參 考和完善，不斷提高瀝青路面施工水平。2 ATB-25 密級配瀝青碎石初步配合比設(shè)計和試驗段總結(jié)2.1 原材料選擇1、瀝青：根據(jù)濟(jì)焦新高速公路所處的地理位置，按照規(guī)范附錄 A瀝青 路面使用性能 -氣候分區(qū)，確定該路段所處氣候分區(qū)為1-3-2 夏炎熱、冬冷濕潤區(qū)，選擇的瀝青為國產(chǎn)中海（36-1 ） A級70*石油瀝青，其各項指標(biāo)均 符合JTGF40-2004中對道路石油瀝青 A級70*的相關(guān)技術(shù)要求。2、礦料：ATB-25瀝青混合料采用3種粗集料，1種細(xì)集料，1種礦料 填料。粗集料三種規(guī)格分別為：20-30mm 10-20mm 5-10mm的石灰?guī)r，產(chǎn)自博

5、愛大辛莊；細(xì)集料采用博愛大名橋產(chǎn)水洗機(jī)制砂，規(guī)格為0-5mm填料采用博愛第一水泥廠生產(chǎn)的石灰?guī)r礦粉。試驗結(jié)果表明，各種集料均符合 JTGF40-2004規(guī)范中有關(guān)高速公路瀝青中下面層集料技術(shù)要求。2.2目標(biāo)配合比設(shè)計1、礦料級配的確定依據(jù)JTGF40-2004規(guī)范關(guān)于ATB-25型瀝青碎石的礦料級配范圍要求，在規(guī)范級配范圍內(nèi)選擇三組粗、細(xì)不同的礦料配合比。通過對所采用的礦料級配進(jìn)行合成，以4.75mm篩孔通過率為粗細(xì)分界線，三組級配在4.75mm篩孔上的通過率分別為： 級配1- 36.4 %，級配2- 30.9 %，級配3- 25.9 %。三條合成級配分別位于規(guī)范級配范圍的中值線附近，中值線的

6、上方和下方，三條級配曲線見圖。表1篩孔(mm31.526.5191613.29.54.752.361.180.6030.150.075級配1 通過率(%)10967566574736.2618.1286.4.60.8.1.2.6.84.17.974級配2 通過率10967162544430.2115.1186.4.5(%)0.3.6.49.99.427級配3 通過率10956656483925.18141064.5(%)0.6.5.6.7.99.5.142、混合料拌和及擊實溫度的確定依據(jù)河南省交科院的檢測結(jié)果，繪制（中海36-1 ） A級70*道路石油瀝青粘度-溫度關(guān)系圖，確定出混合料拌和溫度

7、與成型壓實溫度范圍分別為151 C 156C、139C 144C。3、合理級配的選擇對選用的三組礦料配比分別按預(yù)估的油石比3.9 %成型馬歇爾試件，馬氏試件擊實成型溫度為：145C，試件成型采用 101.5的尺寸試模，雙面 各擊實75次，測定馬氏試件毛體積相對密度，計算馬氏體積指標(biāo)后，進(jìn)行 馬氏穩(wěn)定密度及流值試驗，試驗結(jié)果見表2。3 種初試級配馬歇爾試驗結(jié)果級配230.9級配136.4-級配325.9表2規(guī)范要求級配類別4.75篩孔通過率試件毛體積相對rrt、人 匚f 亠 J-Ltj2.4992.48527理論最人相對密2.5962.5912.586空隙率（）3.7414.536礦料合成毛體積

8、密2.7572.7552.754空隙率（）12813213.7不小于12有效瀝青飽和度71.1687967255 70穩(wěn)定度（KN不10.1411.159.787.5注：瀝青用量（占混合料總量的百分?jǐn)?shù)）pb=3.75% 礦料用量（占混合料總量的百分?jǐn)?shù)）ps=96.25%從表中分析，三個級配均可采用，但是級配1的飽和度略大于規(guī)范上限，其熱穩(wěn)定性將受影響；級配 3,粗骨料含量略多，混合料可能會產(chǎn)生較大的離析，并且可能出現(xiàn)因離析導(dǎo)致的滲水，所以采用級配2較為穩(wěn)妥。4、確定合適級配的最佳瀝青用量（1）采用設(shè)計級配2,油石比間隔為0.3%，選取3.3、3.6、3.9、4.2、4.5五組不同油石比，分別制

9、成馬氏試件，馬氏試驗結(jié)果見表3。ATB-25馬氏試驗結(jié)果匯總表3油石 比馬氏毛 體積密 度理論密 度空隙率VV%間隙率VMA%飽和度VFA穩(wěn)定度KN流值F/.5流值 FL (0.1mm3815-40（3）檢驗最佳瀝青用量時的粉膠比FB=4.5=1.28，符合0.81.5的要求3.72（4）檢驗有效瀝青膜厚度SA= (pi FA) = 100 X 0.0041+30.9 X 0.0041+23 X 0.0082+15.5 X 0.0164+10.9 X 0.0287+7.9 X 0.0614+5.9 X 0.1229+4.5 X 3277=3.79DA二 Pbe5 SAX 10=3.721.01

10、1 3.79X 10=9.71 口5（1 mi,符合要求。5、ATB-25配合比設(shè)計檢驗1 A -t Z tt t=i=t 八1序號檢驗項目規(guī)范技術(shù)要求5r lt*、t十、K-r-r vu檢驗結(jié)果符合性冷冷 A1水穩(wěn)定性馬氏試件殘留穩(wěn)定度97%符合2 3咼溫穩(wěn)定性 滲水檢驗動穩(wěn)走度人于 1000（次 滲水率小于3110 (次0符合A 符合2.3ATB-25混合料生產(chǎn)配合比設(shè)計ATB-25混合料的生產(chǎn)配合比設(shè)計過程與普通瀝青混合料生產(chǎn)配合比設(shè)計過程是一樣的。生產(chǎn)配合比設(shè)計結(jié)果如下:1、油石比3.9時的馬氏結(jié)果試驗項目試驗結(jié)果規(guī)范要求理論最大相對密 一度2.593一毛體積相對密度2.489一空隙率

11、（）4.03-6礦料間隙率（）13.112.0 （目標(biāo)空隙率為4.0 %時廠瀝青飽和度（）69.55570穩(wěn)走度10.317.5流值3715402、生產(chǎn)配合比級配曲線篩 孔312619113 942.100 00TU 通過率 I 10 I 95 I 70 I 6 I 53 I 42 I 31 I 21 I 14 丨 10 丨 7.丨 5.丨 4.0 2.4ATB-25混合料的試驗段總結(jié)通過對ATB-25瀝青碎石進(jìn)行試拌與試鋪，來驗證配合比設(shè)計情況。1、試鋪后所產(chǎn)生的一些質(zhì)量問題：（1）攤鋪面粗細(xì)離析嚴(yán)重，條帶狀、局部片狀都有，外觀很不理想。（2）泛油嚴(yán)重，條帶狀、局部片狀都有，正好和粗細(xì)離析相

12、對應(yīng)。凡 是泛油的地方都是細(xì)料相對集中的地方，粗料集中的地方也有個別地方泛 油，但不是很嚴(yán)重。（3）通過對ATB-25結(jié)構(gòu)層取芯測定壓實度，發(fā)現(xiàn)壓實度值較大，大 部分相當(dāng)于最大理論密度的 97 %左右，也就是路面壓實成型的殘留空隙率 只有3%左右，個別點低于3%。滲水系數(shù)為零，抗水性較好。2、針對質(zhì)量問題查找原因：經(jīng)過對混合料進(jìn)行抽提及級配分析后，混合料油石比為3.99 %，級配曲線與設(shè)計級配很接近，在分析中排除ATB-25混合料在拌合運(yùn)輸、攤鋪過程中不可避免的產(chǎn)生一些混合料離析外，造成上述情況的主要原因是：（1）ATB-25混合料中結(jié)合料（瀝青）過多，油石比偏大。對于ATB-25混合料因級配

13、組成的特點， 粗骨料含量多，細(xì)集料含量較 少，比表面積較小，僅有 3.8m2/kg左右（以生產(chǎn)設(shè)計級配計算），而普通 AC-25為4.9m2/kg （以其級配中值計算），ATB-25混合料其礦料表面瀝青膜較厚，在相同油石比下，相當(dāng)于 AC-25 的 1.3 倍，由此，過多的結(jié)合料使 混合料中的自由瀝青較多，與骨料粘附力較小，自由瀝青在混合料中產(chǎn)生 較大的遷移，與粗細(xì)集料分離，而出現(xiàn)了泛油現(xiàn)象。初始 ATB-25 混合料目標(biāo)配合比設(shè)計時目標(biāo)空隙率選定為4.0%，是造成最佳油石比偏高的主要原因。(2) 初配的 ATB-25 混合料級配容易產(chǎn)生離析初次所進(jìn)行的 ATB-25 混合料的配合比設(shè)計，其級

14、配曲線基本接近ATB-25級配規(guī)范中值線附近，19mn以上顆粒較多，占礦質(zhì)混合料的30%左 右，中間粒徑集料(4.75mm到9.5mm之間)含量較少，占11%左右。顆粒 粗細(xì)分配相差比較大，容易產(chǎn)生集料粗細(xì)離析。3 ATB-25 混合料配合比優(yōu)化調(diào)整3.1 配合比設(shè)計調(diào)整思路(1) 目標(biāo)空隙率調(diào)整：參考東南大學(xué)對 ATB混合料的研究成果，研究 表明一般對于ATB-25混合料而言，4.55.0之間比較合理。將初始配合比 定的目標(biāo)空隙率 4%調(diào)整 4.5%，再次進(jìn)行配合比設(shè)計。( 2)級配調(diào)整：在 ATB-25 規(guī)范容許級配范圍內(nèi)，選用目前對防治離 析效果很好的S曲線。該級配的特點是 4.75mm

15、 9.5mm 13.2mm篩余相對 較多，而19mm 26.5mm篩余相對較少，即中間粒徑較多的一種級配。類似美國 Superpave 瀝青混合料設(shè)計方法。(3) 在各項指標(biāo)滿足規(guī)范要求的前提下，適當(dāng)降低瀝青用量3.2調(diào)整后的ATB-25目標(biāo)配合比結(jié)果(1)級配曲線篩孔2619169.42.0.00.0.0通過 | 10 | 98 | 78 | 65 | 57 丨 47 丨 31 丨 1914 丨 10 丨 8 丨 6. 4.6(2)馬氏試驗結(jié)果(目標(biāo)配合比最佳油石比為3.7)r i* r t .i-r-、試驗項目試驗結(jié)果規(guī)范要求理論最大相對密度27596毛體積相對密度2.479空隙率()4.

16、53-6礦料間隙率()13212.5 (目標(biāo)空隙率為 4.5 %瀝青飽和度()6595570穩(wěn)定度(KN、；，/ r *z丄10.557.5流值(0.1mm)32.31540(3) 水穩(wěn)定檢驗：殘留穩(wěn)定度為86.3 %(4) 粉膠比和有效瀝青膜厚度：粉膠比：FB= 1.3，有效瀝青膜厚度7.93(1 m。3.3調(diào)整生產(chǎn)配合比后的試驗結(jié)果(1)級配曲線篩孔(mm)31.526.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075通過10096764.56.47.30.20.15117.5.94.4率8920686（2）馬氏試驗結(jié)果（生產(chǎn)配合比最佳油石比為3.6）試驗壩目

17、試驗結(jié)果規(guī)范要求理論最大相對密度2.595一毛體積相對密度2.481一空隙率（%）4.436礦料間隙率（）12.912.5 （目標(biāo)空隙率為 4.5 %瀝青飽和度（）66.05570穩(wěn)定度（KN10.747.5流值（0.1mm）38.115403.4ATB-25混合料配合比調(diào)整后試拌和試鋪在ATB-25混合料配合比調(diào)整后，又進(jìn)行了試拌、試鋪。攤鋪后的ATB-25結(jié)構(gòu)層外觀平整、均勻、致密。為了檢驗調(diào)整后的ATB-25混合料配合比是否成功，又進(jìn)行了相關(guān)檢驗（1）油石比級配檢驗檢驗路實測平均油石比3.65，抽提級配平均組成如下:篩孔通過26.31.10097.1916669.4.2.13776658

18、 48 30 21油石比及級配均符合設(shè)計要求。1.150.60.04-（2）壓實度檢驗經(jīng)取芯測量芯樣密度，芯樣壓實度，大多在9596%之間，平均值為95.4 % （以最大理論相對密度為標(biāo)準(zhǔn)計算）；芯樣殘留空隙率大多在 45% 之間，平均值為4.6 %，符合規(guī)范要求。（3）滲水檢驗對試驗路的滲水檢驗選點很多，包括了各種外觀情況。通過試驗發(fā)現(xiàn), 大部分測點滲水試驗都能符合規(guī)范要求（規(guī)范要求不大于 200ml/min ），但 是有個別點超標(biāo)。經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，該處存在較明顯的離析，在該點取芯，測 其密度后，發(fā)現(xiàn)其壓實度能夠符合要求，但芯樣表面有明顯的空洞，骨料 多，缺乏細(xì)料填充。（ 4）高溫抗車轍能力檢驗

19、在攤鋪試驗路的同時， 取樣成型大（30cmX 30cmx 10cm）的車轍試件， 委托進(jìn)行高溫車轍動穩(wěn)定檢驗，試驗結(jié)果為 4200 次，遠(yuǎn)大于規(guī)范規(guī)定的大 于 1000 次的要求。表明混合料具有良好的高溫穩(wěn)定性。（ 5）骨架接觸度檢測骨架接觸SSC（石石接觸）是指大粒徑混合料中粗集料之間相互接觸的密實程度，用壓實成型的混合料中粗集料毛體積相對密度與粗集料干 搗密度之比的百分率表示，表示形成混合料主骨架的密實性。接觸度越大 說明骨架的密實性越好。骨架接觸度是反映瀝青混合料的骨架性和接觸密 實性的綜合指標(biāo)。此外，它也表明了粗集料的壓實效率。根據(jù)有關(guān)研究成果，采用骨架接觸度SSC可以判斷混合料的骨架結(jié)構(gòu)：a、當(dāng)骨架接觸度SSC9%時，混合料是豎排骨架密實結(jié)構(gòu)。b、85%冬骨架接觸度SSCK 90%寸，混合料是松排骨架密實結(jié)構(gòu)。c、骨架接觸度SSCK85%,混合料是懸浮密實結(jié)構(gòu)。判斷混合料是屬于哪一類結(jié)構(gòu)，即根據(jù)馬氏試驗得出試件密度及礦料4.75m m篩孔的通過量，計算出混合料中的粗集料密度，搗實密度則是混合料級配中大于4.75mm篩孔的粗集料經(jīng)干搗試驗獲得的該級配的骨架接觸度。骨架接觸度檢測結(jié)果如下：油石37粗集料比-68