ATB-25瀝青穩(wěn)定碎石配合比設(shè)計(jì)與優(yōu)化調(diào)整

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(jì)理念，基層采用半剛性結(jié)構(gòu)，瀝青面層厚度一般為15~18cm。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(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》（JTGF40-2004）中。該混合料綜合了原規(guī)范中ACⅠ型與ACⅡ型的優(yōu)點(diǎn)而形成的級(jí)配，既有ACⅡ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(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ACⅠ型的密實(shí)，又有ACⅡ型的骨架嵌擠結(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?。ㄒ话阈∮?00(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瀝青碎石配合比設(shè)計(jì)及優(yōu)化過程的經(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。2ATB-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、冬冷濕潤區(qū)，選擇的瀝青為國產(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、5-10mm的石灰?guī)r，產(chǎn)自博愛大辛莊；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(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。通過對(duì)所采用的礦料級(jí)配進(jìn)行合成，以4.75mm篩孔通過率為粗細(xì)分界線，三組級(jí)配在4.75mm篩孔上的通過率分別為：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)配曲線見圖。表1篩孔（mm）31.526.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075級(jí)配1通過率（％）10096.875.166.257.647.836.426.118.712.98.76.44.6級(jí)配2通過率（％）10096.37162.65444.430.921.915.911.486.24.5級(jí)配3通過率（％）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＃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151℃～156℃、139℃～1443、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℃，試件成型采用φ101.5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)果見表23種初試級(jí)配馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果表2級(jí)配類別級(jí)配1級(jí)配2級(jí)配3規(guī)范要求4.75篩孔通過率（％）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（％）3.74.14.53～62.7572.7552.754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)范－－3～64％時(shí)>1255～70≥7.515～40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%，rse===2.757，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℃時(shí)的相對(duì)密度（1.011）。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：α1＝4.2，α2＝4.5，α3＝3.9（按濟(jì)焦高速路面施工指導(dǎo)意見，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α3作為OAC1，即OAC1＝3.9％，OAC2（2）取OAC=(OAC1+OAC2)/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)果規(guī)范理論最大相對(duì)密度2.589－試件毛體積相對(duì)密度2.483－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FB==1.28，符合0.8～1.5的要求。（4）檢驗(yàn)有效瀝青膜厚度SA=＝100×0.0041+30.9×0.0041+23×0.0082+15.5×0.0164+10.9×0.0287+7.9×0.0614+5.9×0.1229+4.5×3277=3.79DA=×10=×10=9.71μm≮5μm，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80%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)過程與普通瀝青混合料生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)過程是一樣的。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－毛體積相對(duì)密度2.489－空隙率（％）4.03-6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（％）69.555~70穩(wěn)定度10.31>7.5流值3715~402、生產(chǎn)配合比級(jí)配曲線篩孔（mm）31.526.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075通過率（％）10095.670.76353.842.43121.414.710.37.35.64.02.4ATB-25混合料的試驗(yàn)段總結(jié)通過對(duì)ATB-25瀝青碎石進(jìn)行試拌與試鋪，來驗(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)量問題查找原因：經(jīng)過對(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(duì)于ATB-25混合料因級(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3.8m2/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)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。3ATB-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，4.5～5.0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、9.5mm、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）31.526.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075通過率％10098.378.265.557.147.031.219.814.910.98.06.44.6（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－毛體積相對(duì)密度2.479－空隙率（％）4.53-6礦料間隙率（％）13.2>12.5（目標(biāo)空隙率為4.5％時(shí)）瀝青飽和度（％）65.955~70穩(wěn)定度（KN）10.55>7.5流值（0.1mm）32.315~40（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7.93μm。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)目試驗(yàn)結(jié)果規(guī)范要求理論最大相對(duì)密度2.595－毛體積相對(duì)密度2.481－空隙率（％）4.43~6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（％）66.055~70穩(wěn)定度（KN）10.74>7.5流值（0.1mm）38.115~403.4ATB-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：篩孔（mm）31.526.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075通過率％10097.677.466.358.148.230.321.615.3118.56.34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95～96％之間，平均值為95.4％（以最大理論相對(duì)密度為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算）；芯樣殘留空隙率大多在4～5％之間，平均值為4.6％，符合規(guī)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×30cm×10cm）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％≤骨架接觸度SSC≤90%時(shí)，混合料是松排骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)。c、骨架接觸度SSC≤85％，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篩孔的通過量，計(jì)算出混合料中的粗集料密度，搗實(shí)密度則是混合料級(jí)配中大