瀝青混合料配合比設(shè)計

瀝青混合料配合比設(shè)計第1頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一內(nèi)容1、級配設(shè)計理論2、瀝青路面功能與層位力學(xué)分工3、瀝青面層技術(shù)性能4、瀝青混合料及其組成材料技術(shù)性能要求5、瀝青混合料配合比設(shè)計方法6、AC-16型瀝青混合料組成設(shè)計7、AC-20型瀝青混合料組成設(shè)計

8、AC-25型瀝青混合料組成設(shè)計9、ATB-30型瀝青混合料組成設(shè)計10、配合比設(shè)計中的若干問題的探討第2頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)級配設(shè)計理論

一、混合料組成結(jié)構(gòu)瀝青混合料是一種具有空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的多相分散體系，它有三種典型結(jié)構(gòu)，如圖1-1所示。（a）懸浮密實結(jié)構(gòu)；（b）骨架空隙結(jié)構(gòu)；（c）骨架密實結(jié)構(gòu)圖1-1三種典型瀝青混合料結(jié)構(gòu)組成示意圖第3頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一二、礦料級配理論由各種粒徑大小不等的集料按照一定的比例搭配起來，使其具有較高的密實度或較大的摩阻力，且具有一定的空隙率，這種礦料組合稱為礦料級配。礦料級配基本上分為連續(xù)級配和間斷級配兩大類，如圖1-2所示。圖1-2連續(xù)級配與間斷級配曲線第4頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一

級配理論主要有兩種：最大密度曲線理論和粒子干涉理論。

1．最大密度曲線理論該理論認(rèn)為固體顆粒按顆粒大小有規(guī)律的組合排列可以得到密度最大、空隙率最小的混合料。礦料的顆粒級配曲線越接近拋物線，則密度越大。最大密度曲線可用顆粒粒徑d與通過率P的關(guān)系來表示：P=100(d/D)0.5

（1-1）式中：D——礦料最大粒徑。在實際運用中應(yīng)該允許級配曲線在一定范圍內(nèi)波動，所以推薦采用n次冪的通式表達(dá)：P=100(d/D)n

（1-2）第5頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一2．粒子干涉理論粒子干涉理論認(rèn)為為達(dá)到最大密度，前一級顆粒之間的空隙應(yīng)由次一級的顆粒所填充，其空隙又有再次級顆粒所填充，但填隙的顆粒粒徑不得大于其間隙的距離，否則大小顆粒之間將發(fā)生干涉現(xiàn)象。為了避免干涉，大小集料顆粒之間應(yīng)按一定的數(shù)量分配，并從臨界干涉情況下導(dǎo)出前一級顆粒間距應(yīng)為：式中：D——前粒級的粒徑；

Ψ0——次粒級的理論實積率（實積率即為堆積密度與表觀密度之比）；

Ψs——次粒級的實積率。第6頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一三、瀝青混合料強度形成機理瀝青混合料強度形成機理有兩種：表面理論、膠漿理論。1．表面理論（Surfacetheory）該理論認(rèn)為，瀝青混合料是由粗集料、細(xì)集料和填料經(jīng)人工組配成密實的級配礦質(zhì)骨架，此骨架由稠度較稀的瀝青分布其表面，而將它們膠結(jié)成一個具有強度的整體。這種理論圖解如圖1-3所示。圖1-3表面理論瀝青混合料

礦質(zhì)骨架結(jié)合料一瀝青

粗集料細(xì)集料填料第7頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一2．膠漿理論（Mortartheory）該理論認(rèn)為瀝青混合料是一種多級空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的分散系。第一級粗分散系，以粗集料為分散相分散在瀝青砂漿介質(zhì)中；第二級細(xì)分散系，以細(xì)集料為分散相而分散在瀝青膠漿介質(zhì)中；第三級微分散系，以填料為分散相而分散在高稠度瀝青介質(zhì)中。第8頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一四、級配設(shè)計方法1．n法（式1-2）

P=100(d/D)n2．K法為使瀝青混合料級配與使用性能建立關(guān)系，許多學(xué)者對實用級配進(jìn)行了大量研究，前蘇聯(lián)的伊萬諾夫提出的控制篩余量遞減系數(shù)的K法比較成熟。其中：x——級數(shù)，x＝3.3219lg（D/dx）

第9頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一3．i

法對以上兩種理論公式的改進(jìn)和完善，同濟大學(xué)林繡賢教授提出了i

法。

Px＝P0ix×100％

4．變i法所謂變i法就是對于粗、細(xì)集料部分，參數(shù)i值分別選用不同的值，混合料中粗集料部分i接近高限取值，細(xì)集料部分i接近低限取值。減小接近公稱最大粒徑處粗集料的用量及細(xì)集料的用量，使級配曲線形成S型曲線，借此達(dá)到骨架密實結(jié)構(gòu)。第10頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一5．Superpave設(shè)計法

Superpave是采用0.45次方作為級配組成的最大密實曲線，同時在0.45次方圖上提出了兩類級配控制點：控制點和限制區(qū)（禁區(qū)）?？刂泣c為級配曲線必須通過的幾個特點尺寸范圍，限制區(qū)為最大密度線附近的0.3～2.36mm范圍不希望級配通過的區(qū)域。設(shè)立限制區(qū)的目的主要是避免級配曲線出現(xiàn)“駝峰曲線”，駝峰曲線表明細(xì)集料特別是天然砂的含量過高。而限制區(qū)則保證集料具有適宜的礦料間隙率(VMA)，VMA過小表明級配對瀝青含量極為敏感，瀝青的少量變化易使瀝青混合料成塑性。

Superpave設(shè)計法受控制點和禁區(qū)制約。不同公稱最大尺寸集料有不同的控制點和禁區(qū)。公稱最大尺寸為25mm、19mm、12.5mm的級配控制點范圍如表1-1～表1-3所示，集料級配禁區(qū)邊界如表1-4所示。第11頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一集料公稱最大尺寸25mm表1-1

篩子尺寸控制點（通過百分率）最小最大0.075mm172.36mm194519.0mm—90公稱最大尺寸（25mm）90100最大集料尺寸（37.5mm）100—集料公稱最大尺寸19mm表1-2篩子尺寸控制點（通過百分率）最小最大0.075mm282.36mm234912.5mm—90公稱最大尺寸（19mm）90100最大集料尺寸（25mm）100—第12頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一集料公稱最大尺寸12.5mm表1-3篩子尺寸控制點（通過百分率）最小最大0.075mm2102.36mm28589.5mm—90公稱最大尺寸（12.5mm）90100最大集料尺寸（19mm）100—集料禁區(qū)邊界表1-4

禁區(qū)內(nèi)篩孔尺寸公稱最大尺寸、最大最小邊界（最小/最大通過百分率）37.5mm25.0mm19.0mm12.5mm9.5mm4.75mm34.7/34.739.5/39.5———2.36mm23.3/27.336.8/30.834.6/34.639.1/39.147.2/47.21.18mm15.5/21.518.1/24.122.3/28.325.6/31.631.6/37.60.6mm11.5/15.713.6/17.616.7/20.719.1/23.123.5/27.50.3mm10.0/10.011.4/11.413.7/13.715.5/15.518.7/18.7第13頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一AC-20型級配

AC-20型級配禁區(qū)第14頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一AC-25型級配禁區(qū)第15頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一6．貝雷法（1）粗細(xì)集料的劃分第一控制篩孔PCS、第二控制篩孔SCS和第三控制篩孔TCS

。（2）級配的評價參數(shù)①CA比CA比為粗集料比（CoarseAggregateRation)，這個參數(shù)用于評價礦料中粗集料的含量和分析空隙特征。計算公式為：級配類型DD/2PCSSCSTCSSup252512.54.751.180.3Sup19199.54.751.180.3Sup16169.54.751.180.3Sup12.512.54.752.360.60.15Sup9.59.54.752.360.60.15第16頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一②FAC比（細(xì)集料的粗料率）同整個混合料級配一樣，可以把細(xì)集料重新視為一混合料，并將其分成粗、細(xì)兩個部分，細(xì)集料中粗料部分形成的空隙由細(xì)料部分進(jìn)行填充。FAc比（CoarsePortionofFineAggregate）就是用來反映細(xì)集料中粗料部分與細(xì)料部分的嵌擠填充情況，計算公式為：③FAf比（細(xì)集料的細(xì)料率）FAf比（FinePortionofFineAggregate）反映了合成級配中最細(xì)一級的嵌擠情況：

第17頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一貝雷法各參數(shù)建議范圍表1-6

公稱最大粒徑（mm）CA比FAc比FAf比250.70～0.850.35～0.500.35～0.50190.60～0.750.35～0.500.35～0.50160.55～0.700.35～0.500.35～0.5012.50.50～0.650.35～0.500.35～0.509.50.40～0.550.35～0.500.35～0.50第18頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一第二節(jié)瀝青路面功能與層位力學(xué)分工

瀝青路面損壞類型

1．沉陷2．車轍3．推移4．疲勞開裂5．反射裂縫和低溫開裂6．松散和坑槽從結(jié)構(gòu)和材料方面等考慮，影響疲勞、車轍、低溫開裂的因素可簡要地歸納于表2-1。影響破壞類型的因素表2-1破壞類型環(huán)境因素結(jié)構(gòu)因素材料因素疲勞開裂中、低溫

瀝青層厚度和模量的配合，基層模量過小，厚度太大

瀝青含量及性質(zhì)，空隙率大，石料瀝青粘附性差，集料級配，瀝青耐久性等車轍中、高溫

瀝青面層厚度太大，抵抗永久變形能力差，基層模量過大或過小

集料級配，瀝青含量高，勁度小，空隙率大低溫開裂低溫，冰凍

層間接觸條件，瀝青層厚度太小

瀝青含量太小，勁度高，耐久性差，面層材料脹縮系數(shù)大等第19頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一瀝青路面使用性能一、結(jié)構(gòu)性使用性能1．車轍——結(jié)構(gòu)性車轍、失穩(wěn)性車轍和磨損性車轍。壓密性車轍2．疲勞開裂3．低溫開裂二、功能性使用性能1．平整度2．抗滑能力第20頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一瀝青路面面層在車輪下的受力狀態(tài)

第21頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一瀝青路面結(jié)構(gòu)層功能分工瀝青面層力學(xué)分工

瀝青面層層位受力狀態(tài)力學(xué)要求功能分工三層式上層三向壓縮區(qū)抗剪切滑移抗低溫縮裂抗車轍中層豎向壓縮區(qū)抗豎向壓縮抗車轍下層兩向拉伸區(qū)抗疲勞抗車轍抗疲勞第22頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)瀝青面層技術(shù)性能

（1）足夠的強度和剛度；（2）足夠的高溫穩(wěn)定性；（3）良好的低溫抗裂性；（4）良好的水穩(wěn)定性；（5）良好的抗滑性能；（6）良好的防滲水能力；（7）足夠的耐久性；（8）良好的施工和易性。瀝青面層的技術(shù)要求

技術(shù)要求病害類型技術(shù)指標(biāo)高溫穩(wěn)定性車轍、擁包馬歇爾穩(wěn)定度、動穩(wěn)定度低溫抗裂性橫向開裂低溫蠕變速率、應(yīng)變能、凍斷溫度水穩(wěn)定性松散、剝落、坑槽馬歇爾殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂強度疲勞特性縱裂、網(wǎng)裂疲勞強度氣候穩(wěn)定性龜裂、松散老化試驗后強度與穩(wěn)定性剛度不均勻沉降、平整度下降回彈模量、整體彎沉抗滑性能表面光滑路面摩擦系數(shù)、石料磨光值、構(gòu)造深度第23頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一第四節(jié)瀝青混合料及其組成材料

技術(shù)性能要求以規(guī)范為基礎(chǔ)，結(jié)合商界高速公路的情況對集料、瀝青及混合料提出了具體的技術(shù)要求。一、粗集料技術(shù)性能要求

石料高溫壓碎值、石料浸水壓碎值

二、細(xì)集料技術(shù)性能要求三、填料技術(shù)性能要求四、瀝青技術(shù)性能要求

1．基質(zhì)瀝青

2．改性瀝青抗剝離措施

PG指標(biāo)五、瀝青混合料技術(shù)性能要求第24頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一瀝青混合料及其組成材料技術(shù)性能要求

綜合對瀝青混合料及組成材料技術(shù)性能要求的分析，表中給出了瀝青、集料和瀝青混合料技術(shù)性能與瀝青路面路用性能的關(guān)系。不過，表中瀝青結(jié)合料不僅是指瀝青自身，更確切地說，瀝青結(jié)合料是指瀝青（或改性瀝青）與礦粉等填料的混合物。

瀝青混合料及組成材料與瀝青路面性能的關(guān)系瀝青路面瀝青結(jié)合料礦料瀝青混合料備注高溫抗車轍性能★★★★★★★★低溫抗裂性能★★★★★★★耐久性抗疲勞性能★★★★★★★★水穩(wěn)定性★★★★★★抗老化性能★★★☆★★★與空隙率關(guān)系極大表面服務(wù)功能★★★★★★★路面透水性★★★★★★★★與空隙率關(guān)系極大行車舒適性能☆★★取決于施工水平及結(jié)構(gòu)施工性能★★★★★★第25頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一規(guī)格粒徑(mm)水洗法通過各篩孔的質(zhì)量百分率（%）9.54.752.361.180.60.30.150.075S150-510090-10060-9040-7520-557-402-200-10S160-3—10080-10050-8025-608-450-250-15機制砂或石屑規(guī)格

第26頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一規(guī)格公稱粒徑（mm）通過下列篩孔的質(zhì)量百分率（%）37.531.526.519.016.09.504.752.360.60.075S110~3010090~10065～9040~7015～450~150～5S210~2010090~10040~700~150~5S35~1010090~10040~700~150~5砂或石屑≤510090~10065~9540~700~10集料規(guī)格

第27頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一第五節(jié)瀝青混合料配合比設(shè)計方法瀝青混合料配合比設(shè)計包括：目標(biāo)配合比設(shè)計（試驗室配合比設(shè)計）、生產(chǎn)配合比設(shè)計和生產(chǎn)配合比驗證（試拌試鋪配合比調(diào)整）等三個階段。1.試驗室配合比設(shè)計試驗室配合比設(shè)計可分為礦質(zhì)混合料組成設(shè)計和瀝青用量確定兩部分。它是瀝青混合料配合比設(shè)計的重點。（1）礦質(zhì)混合料的配合組成設(shè)計（2）確定瀝青混合料的最佳瀝青用量馬歇爾方法求取相應(yīng)于密度最大值、穩(wěn)定度最大值、目標(biāo)空隙率（或中值）、瀝青飽和度范圍的中值的瀝青用量a1，a2、a3、a4，求取四者平均值作為最佳瀝青用量的初始值OAC1。符合瀝青混合料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的瀝青用量范圍OACmin～OACmax，其中值為OAC2

穩(wěn)定性檢驗——高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性、低溫抗裂性能和滲水性。第28頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一AC-16型瀝青混合料優(yōu)化設(shè)計級配最佳油石比下的骨架密實度和骨架穩(wěn)定度指標(biāo)油石比（%）骨架密實度骨架穩(wěn)定度粉膠比有效瀝青膜厚度(μm)試驗級配4.40.934102.791.457.2

最佳油石比下瀝青混合料性能檢驗指標(biāo)殘留穩(wěn)定度（%）凍融劈裂比（%）動穩(wěn)定度(次/mm）滲水性破壞應(yīng)變（με）試驗級配94.393.19726基本不滲水2311第六節(jié)AC-16型瀝青混合料組成設(shè)計

篩孔（mm）191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075<0.075通過率（%）100958870473323141196分計篩余（%）571823141093236第29頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一

馬歇爾試件剖面圖第30頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一

馬歇爾試件剖面圖第31頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一AC-16型建議級配級配類型通過下列篩孔(mm)的質(zhì)量百分率(%)191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075建議級配10090-10077-9163-7742-5226-3816-2810-197-165-124-8規(guī)范級配10090-10076-9260-8034-6220-4813-369-267-185-144-8第32頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一AC-20型瀝青混合料設(shè)計馬歇爾試件剖面圖第七節(jié)AC-20型瀝青混合料組成設(shè)計

第33頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一AC-20型瀝青混合料設(shè)計

礦料級配組成級配代號通過下列篩孔(mm)的質(zhì)量百分率（％）26.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075E10095847056382620151185F10095847056382318131075G1009584705638201612975

馬歇爾試驗結(jié)果級配代號毛體積密度（g/cm3）空隙率VV（％）穩(wěn)定度（KN）流值（0.1mm）瀝青飽和度VFA（％）礦料間隙率VMA（％）E2.4454.310.134.266.113.1F2.4424.49.235.567.513.6G2.4375.26.929.162.313.9第34頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一路用性能試驗結(jié)果（級配E）試驗名稱車轍試驗浸水馬歇爾試驗凍融劈裂試驗低溫彎曲試驗試驗方法T0719T0709T0729T0715檢測指標(biāo)動穩(wěn)定度（次/mm）殘留穩(wěn)定度（％）殘留強度比（％）破壞應(yīng)變（×10－6）級配E165288.179.42103.9規(guī)范要求≥800≥80≥75≥2000AC-20型瀝青混合料設(shè)計

最佳油石比下馬歇爾試驗結(jié)果（級配E）油石比（％）毛體積密度（g/cm3）空隙率VV（％）穩(wěn)定度（KN）流值（0.1mm）瀝青飽和度VFA（％）礦料間隙率VMA（％）4.22.4604.110.138.572.213.3

級配E的各項路用性能指標(biāo)均能滿足規(guī)范要求。其中高溫穩(wěn)定性最優(yōu)，動穩(wěn)定度指標(biāo)明顯優(yōu)于規(guī)范的要求；水穩(wěn)定性檢驗的結(jié)果亦優(yōu)；其低溫性能也能滿足規(guī)范要求。第35頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一級配類型通過下列篩孔(mm)的質(zhì)量百分率(%)26.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075建議級配10090-10080-9266-8056-7035-4824-3415-2511-198-156-104-7規(guī)范級配10090-10078-9262-8050-7226-5616-4412-338-245-174-133-7AC-20型建議級配第36頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一AC-25型瀝青混合料組成設(shè)計AC-25型初擬級配篩孔尺寸(mm)通過下列篩孔(mm)的質(zhì)量百分率（％）0.0750.150.30.61.182.364.759.513.2161926.531.5級配A5811152026365164748599100級配B469121926415767778598100馬歇爾試驗結(jié)果項目最佳油石比（％）毛體積密度(g/cm3)穩(wěn)定度（KN）VV(%)流值(mm)VMA(%)VFA(%)規(guī)范要求－－≥83～62～4≥1255~70級配A3.72.4912.64.03.112.265級配B4.12.4311.24.53.513.268第八節(jié)AC-25型瀝青混合料組成設(shè)計

第37頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一AC-25型瀝青混合料組成設(shè)計

路用性能試驗結(jié)果指標(biāo)動穩(wěn)定度（次）浸水馬歇爾試驗殘留穩(wěn)定度（％）凍融劈裂殘留強度比（％）破壞應(yīng)變（×10－6）規(guī)范要求≥1000≥80≥75≥2000級配A16768575.32158級配B17409581.22254級配B的路用性能優(yōu)于級配A。

第八節(jié)AC-25型瀝青混合料組成設(shè)計

第38頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一AC-25型建議級配

級配類型通過下列篩孔(mm)的質(zhì)量百分率(%)31.526.519.016.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075建議級配10095~10072~8663~7655~6844~5828~4216~3311~238~176~125~94~7規(guī)范級配10090~10070~9060~8351~7640~6524~5214~4210~337~245~174~133~7第39頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一第九節(jié)ATB-30型瀝青混合料組成設(shè)計

初擬級配篩孔(mm)VMA預(yù)估37.531.526.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075N