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

1、ATB-25 瀝青穩(wěn)定碎石配合比設(shè)計(jì)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(jí)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(jì)的進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整，對(duì)類似的 ATB 混合料配合比設(shè)計(jì)有一定的借鑒意義。關(guān)鍵詞 ATB-25 配合比設(shè)計(jì) 試拌試鋪優(yōu)化調(diào)整1 前言我國(guó)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(duì)瀝青路面早期損壞爭(zhēng)論的焦點(diǎn)，主要集中在半剛性基層設(shè)計(jì)的合理與否，在國(guó)內(nèi)多年來(lái)瀝青路面基本上都遵循著“強(qiáng)基薄面”的設(shè)計(jì)理念，基層采用半剛性結(jié)構(gòu)，瀝青面層厚度一般為1518cm 。隨著我國(guó)引進(jìn)一些

2、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(shí)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(jì)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(shí)、滲水系數(shù)很小的特點(diǎn)，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（JTG F40-2004 ）中。該混合料綜合了原規(guī)范中AC I型與AC n型的優(yōu)點(diǎn)而形成的級(jí)配，既有 ACn型的粗骨料含量，又適當(dāng)?shù)夭捎昧薃C I型較多的細(xì)集料用量，兩種級(jí)配類型結(jié)合而成的一種新型級(jí)配。結(jié)構(gòu)上既具有 AC I型的密實(shí)，又有AC n型的骨架嵌擠

3、結(jié)構(gòu)， 抗變型能力強(qiáng)，密實(shí)不滲水。實(shí)測(cè)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)較小(一般小于200(ml/min) ) ，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(diǎn)是：大骨料含量相對(duì)較多，中間粒徑骨料含量相對(duì)較少，混合料表面積相對(duì)較小，對(duì)瀝青用量較為敏感；在施工過(guò)程中容易產(chǎn)生離析，壓實(shí)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(jí)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

4、比設(shè)計(jì)及優(yōu)化過(guò)程的經(jīng)驗(yàn)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(jí)配瀝青碎石初步配合比設(shè)計(jì)和試驗(yàn)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(rùn)區(qū)，選擇的瀝青為國(guó)產(chǎn)中海( 36-1 ) A 級(jí) 70 石油瀝青，其各項(xiàng)指標(biāo)均符合JTGF40-2004 中對(duì)道路石油瀝青A 級(jí) 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-

5、10mm 的石灰?guī)r，產(chǎn)自博愛(ài)大辛莊；細(xì)集料采用博愛(ài)大名橋產(chǎn)水洗機(jī)制砂，規(guī)格為0-5mm ；填料采用博愛(ài)第一水泥廠生產(chǎn)的石灰?guī)r礦粉。試驗(yàn)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(jì)1、礦料級(jí)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(jí)配范圍要求，在規(guī)范級(jí)配范圍內(nèi)選擇三組粗、 細(xì)不同的礦料配合比。 通過(guò)對(duì)所采用的礦料級(jí)配進(jìn)行合成，以4.75mm 篩孔通過(guò)率為粗細(xì)分界線，三組級(jí)配在4.75mm 篩孔上的通過(guò)率分別為：級(jí)配 1- 36.4 %,級(jí)配2- 30.9 %,級(jí)配3- 25.9 %。三條合成級(jí)配分

6、別位于規(guī)范級(jí)配范圍的中值線附近，中值線的上方和下方，三條級(jí)配曲線見(jiàn)圖。表1篩孔(mm )31.526.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075級(jí)配1通過(guò)率(%)10096.875.166.257.647.836.426.118.712.98.76.44.6級(jí)配2通 過(guò)率(%)10096.37162.65444.430.921.915.911.486.24.5級(jí)配3通過(guò)率(%)10095.666.556.648.739.925.918.51410.17.464.52、混合料拌和及擊實(shí)溫度的確定依據(jù)河南省交科院的檢測(cè)結(jié)果，繪制(中海 36-1 ) A級(jí)70 #

7、道路石油瀝青粘度-溫度關(guān)系圖，確定出混合料拌和溫度與成型壓實(shí)溫度范圍分別為151c156 C、139 C144 C。3、合理級(jí)配的選擇對(duì)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(shí)成型溫度為：145 C,試件成型采用。101.5的尺寸試模，雙面各擊實(shí)75次，測(cè)定馬氏試件毛體積相對(duì)密度，計(jì)算馬氏體積指標(biāo)后，進(jìn)行馬氏穩(wěn)定密度及流值試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。3種初試級(jí)配馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果表2統(tǒng)配率別統(tǒng)酊1統(tǒng)酊2統(tǒng)酊3掘范萼求4.75篩孔通過(guò)率(%)36.430.925.9試件毛體積相對(duì)密度2.4992.4852.47理論最大相對(duì)密度2.5962.5912.586空隙率（%）3.

8、74.14.536礦料合成毛體積密度rsb2.7572.7552.754空隙率（%）12.813.213.7不小于12VV=4.0 %有效瀝青飽和度（）71.168.967.255 70穩(wěn)定度（KN ）不小于10.1411.159.787.5流值（0.1mm ）31.734.33915 40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(gè)級(jí)配均可采用，但是級(jí)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(jí)配3,粗骨料含量略多，混合料可能會(huì)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(jí)配 2較為穩(wěn)妥。4、確定合適

9、級(jí)配的最佳瀝青用量（1）采用設(shè)計(jì)級(jí)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，分別制成馬氏試件，馬氏試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。ATB-25馬氏試驗(yàn)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<10.1mm3.32.4542.6136.113.855.88.90333.62.4762.6014.813.263.69.91363.92.482.5894.213.468.710.11364.22.4772.5983.913.771.510.22384.52.4772.5663.514.07510.3739規(guī)

10、范一一364 %時(shí) >1255 70>7.51540注：礦料毛體積密度 rsb = 2.755 ,瀝青用量 Pb 分別為（由低到高）3.19%、3.47%、3.75%、4.03%、4.31% ,96.2596.25rse= = =2.757 ,38.625 3.709 34.916礦料用量 Ps 分別為（由低到高） 96.81 %、96.53 %、96.25 %、95.97 %、95.69 %油石比3.9的瀝青混合料的理論最大密度采用實(shí)測(cè)法，其余按公式計(jì)算得出，在計(jì)算礦料合成毛體積相對(duì)密度時(shí)，粗集料采用毛體積相對(duì)密度，細(xì)集料及填料采用表觀相對(duì)密度, 瀝青采用25 C時(shí)的相對(duì)密度(1

11、.011 )。將上表試驗(yàn)匯總結(jié)果以油石比為橫坐標(biāo)、其它物理力學(xué)指標(biāo)為縱坐標(biāo)，繪制成馬氏試驗(yàn)最佳油石比確定圖，在圖中：a 1=4.2, “2 = 4.5, “3 =3.9 (按濟(jì)焦高速路面施工指導(dǎo)意見(jiàn)，目標(biāo)空隙率為4.0 %),對(duì)應(yīng)于飽和度中值的油石比為3.5,因?yàn)榉€(wěn)定度沒(méi)有出現(xiàn)峰值(最大值在曲線端部)，以目標(biāo)空隙率所對(duì)應(yīng)的瀝青用量a3作為 OAC1 ,即 OAC1 =3.9%, OAC2=(OACmin+OACmax)/2=3.8%(2)取 OAC=(OAC 1+OAC 2)/2=(3.9+3.8)/2=3.9%為最佳油石比，以最佳油石比(3.9%),進(jìn)行馬氏試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如下:試驗(yàn)項(xiàng)目試驗(yàn)結(jié)

12、果規(guī)范理論最大相對(duì)密度2.589一試件毛體積相對(duì)密度2.483一空隙率VV%4.103-6間隙率VMA%13.312 (設(shè)計(jì)空隙率為4%)瀝青飽和度VFA%69.255 70穩(wěn)定度KN10.13>7.5流值 FL (0.1mm )3815-40(3)檢驗(yàn)最佳瀝青用量時(shí)的粉膠比4.5FB= =1.28 ,符合0.81.5的要求。3.72(4)檢驗(yàn)有效瀝青膜厚度SA= (pi FAi) = 100 X0.0041+30.9 X0.0041+23 X0.0082+15.5 X0.0164+10.9 X 0.0287+7.9 X0.0614+5.9 X0.1229+4.5 X3277=3.79D

13、A=Pberb SAX10=3.721.011 3.79X10=9.71 師劉師，符合要求。5、ATB-25配合比設(shè)計(jì)檢驗(yàn)序號(hào)檢驗(yàn)項(xiàng)目規(guī)范技術(shù)要求檢驗(yàn)結(jié)果符合性1水穩(wěn)定性馬氏試件殘留穩(wěn)定度不小于97%符合2高溫穩(wěn)定性試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度大于1000 （次/mm ）3110 （次/mm ）符合3滲水檢驗(yàn)滲水率小于（200ml/min ）0符合2.3ATB-25混合料生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)ATB-25混合料的生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)過(guò)程與普通瀝青混合料生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)過(guò)程是一樣的。生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)結(jié)果如下：1、油石比3.9時(shí)的馬氏結(jié)果試驗(yàn)項(xiàng)目試驗(yàn)結(jié)果規(guī)范要求理論最大相對(duì)密度2.593一毛體積相對(duì)密度2.489一空隙率（%）4.

14、03-6礦料間隙率（）13.1>12.0 （目標(biāo)空隙率為4.0 %時(shí)）瀝青飽和度（）69.55570穩(wěn)定度10.31>7.5流值3715402、生產(chǎn)配合比級(jí)配曲線篩孔（mm ）31.26.19113.9.54.72.361.10.60.30.150.07通過(guò)率（）10095.70.7653.42.43121.414.10.37.35.64.02.4ATB-25混合料的試驗(yàn)段總結(jié)通過(guò)對(duì)ATB-25瀝青碎石進(jìn)行試拌與試鋪，來(lái)驗(yàn)證配合比設(shè)計(jì)情況。1、試鋪后所產(chǎn)生的一些質(zhì)量問(wèn)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

15、析相對(duì)應(yīng)。凡是泛油的地方都是細(xì)料相對(duì)集中的地方，粗料集中的地方也有個(gè)別地方泛油，但不是很嚴(yán)重。（ 3 ）通過(guò)對(duì)ATB-25 結(jié)構(gòu)層取芯測(cè)定壓實(shí)度，發(fā)現(xiàn)壓實(shí)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(shí)成型的殘留空隙率只有3左右，個(gè)別點(diǎn)低于3。滲水系數(shù)為零，抗水性較好。2 、針對(duì)質(zhì)量問(wèn)題查找原因：經(jīng)過(guò)對(duì)混合料進(jìn)行抽提及級(jí)配分析后，混合料油石比為3.99 ， 級(jí)配曲線與設(shè)計(jì)級(jí)配很接近，在分析中排除ATB-25 混合料在拌合運(yùn)輸、攤鋪過(guò)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(guò)多，油石比偏大。對(duì)于 ATB-25 混合

16、料因級(jí)配組成的特點(diǎn)，粗骨料含量多，細(xì)集料含量較少，比表面積較小，僅有3.8m 2/kg 左右（以生產(chǎn)設(shè)計(jì)級(jí)配計(jì)算），而普通AC-25 為 4.9m 2/kg （以其級(jí)配中值計(jì)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(guò)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(jì)時(shí)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(jí)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)

17、計(jì)，其級(jí)配曲線基本接近ATB-25 級(jí)配規(guī)范中值線附近，19mm 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(jì)調(diào)整思路(1)目標(biāo)空隙率調(diào)整：參考東南大學(xué)對(duì)ATB混合料的研究成果，研究表明一般對(duì)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(jì)。(2)級(jí)配調(diào)整：在 ATB-25規(guī)范容許級(jí)配范圍內(nèi)，選用目前對(duì)防治離析效果很好的S曲線。該級(jí)配的特點(diǎn)是 4.75mm、9

18、.5mm、13.2mm 篩余相對(duì)較多，而 19mm、26.5mm 篩余相對(duì)較少，即中間粒徑較多的一種級(jí)配。類似美國(guó)Superpave瀝青混合料設(shè)計(jì)方法。(3)在各項(xiàng)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(jí)配曲線篩孔(mm )31.26.5191613.29.54.72.31.10.60.0.10.07通過(guò)率10098.378.65.57.147.31.19.14.10.8.6.44.6(2)馬氏試驗(yàn)結(jié)果(目標(biāo)配合比最佳油石比為3.7)試驗(yàn)項(xiàng)目試驗(yàn)結(jié)果規(guī)范要求理論最大相對(duì)密度2.596一毛體積相對(duì)密度2.479一空隙率(%)4.53-6礦料

19、間隙率(%)13.2>12.5 (目標(biāo)空隙率為 4.5 %時(shí))瀝青飽和度(%)65.95570穩(wěn)定度(KN )10.55>7.5流值(0.1mm )32.31540(3)水穩(wěn)定檢驗(yàn)：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 m。3.3 調(diào)整生產(chǎn)配合比后的試驗(yàn)結(jié)果（1 ）級(jí)配曲線篩孔(mm )31.526.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075通過(guò)率100967864.956.247.030.620.815117.65.94.4（2）馬氏試驗(yàn)結(jié)果（生產(chǎn)配合比最佳油石比為3.6）試驗(yàn)項(xiàng)目試

20、驗(yàn)結(jié)果規(guī)范要求理論最大相對(duì)密度2.595一毛體積相對(duì)密度2.481一空隙率（%）4.436礦料間隙率（）12.9>12.5 （目標(biāo)空隙率為4.5 %時(shí)）瀝青飽和度（）66.05570穩(wěn)定度（KN ）10.74>7.5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(yàn)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(yàn)。（1 ）油石比級(jí)配檢驗(yàn)檢驗(yàn)路實(shí)測(cè)平均油石比 3.65 ,抽提級(jí)配平均組成如下:篩行31.526.5191613.9.54

21、.72.31.10.0.0.10.075通過(guò)率10097.677.66.358.48.30.21.15.118.6.34油石比及級(jí)配均符合設(shè)計(jì)要求。（2）壓實(shí)度檢驗(yàn)經(jīng)取芯測(cè)量芯樣密度，芯樣壓實(shí)度，大多在9596 %之間，平均值為 95.4% （以最大;芯樣殘留空隙率大多在45 %之間，平均值為 4.6%,符合規(guī)理論相對(duì)密度為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算） 范要求。（ 3 ）滲水檢驗(yàn)對(duì)試驗(yàn)路的滲水檢驗(yàn)選點(diǎn)很多，包括了各種外觀情況。通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，大部分測(cè)點(diǎn)滲水試驗(yàn)都能符合規(guī)范要求（規(guī)范要求不大于200ml/min ） ，但是有個(gè)別點(diǎn)超標(biāo)。經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，該處存在較明顯的離析，在該點(diǎn)取芯，測(cè)其密度后，發(fā)現(xiàn)其壓實(shí)度能夠符合要

22、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(yàn)在攤鋪試驗(yàn)路的同時(shí)，取樣成型大（ 30cm X30cm X10cm ）的車轍試件，委托進(jìn)行高溫車轍動(dòng)穩(wěn)定檢驗(yàn)，試驗(yàn)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(cè)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(shí)程度，用壓實(shí)成型的混合料中粗集料毛體積相對(duì)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(shí)性。接觸度越大說(shuō)明骨架的密實(shí)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(shí)性的綜合指標(biāo)。此外，它也表明了粗集料的壓實(shí)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 SSC>90 %時(shí)，混合料是豎排骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)。b、85 % w骨架接觸度SSC咫0%時(shí)，混合料是松排骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)。c、骨架接觸度SSCW85%,混合料是懸浮密實(shí)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(yàn)得出試件密度及礦料4.75mm 篩孔的