12标试验报告完整版刘.docx
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12标试验报告完整版刘
试验编号:
通辽—下洼高速公路
Superpave25沥青混合料目标配合比设计
试验报告
委托单位:
内蒙古联手路桥有限责任公司
武汉理工大学交通工程研究所检测中心
2006年7月
一、设计说明
受通辽—下洼高速公路阿布海至通辽第十二合同段委托,武汉理工大学交通工程研究所检测中心对该标段沥青混合料下面层Superpave25级配进行目标配合比设计试验,本次设计依据Superpave沥青混合料设计标准进行。
并根据部颁规程JTGE42-2005《公路工程集料试验规程》、JTJ052-2000《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》对所用原材料性能进行试验;根据JTGF40-2004《公路沥青路面施工技术规范》要求进行沥青混合料性能验证。
二、原材料试验
本次配合比粗集料采用阿古拉双合尔石料场玄武岩碎石;细集料采用玻璃山采石矿厂生产的玄武岩;矿粉采用青龙山石灰岩,自行磨制石粉(内掺P.O.32.5水泥,掺配比例为水泥:
矿粉=3:
7);沥青采用盘锦90#道路石油沥青,各类原材料试验结果如下所示:
表2-1粗集料性能试验结果
试验项目
试验结果
技术要求
试验规程
密度试验
1#
表观相对密度
2.901
>2.6
T0304-2005
毛体积相对密度
2.891
/
吸水率%
0.1
<2.0
2#
表观相对密度
2.884
>2.6
毛体积相对密度
2.866
/
吸水率%
0.2
<2.0
3#
表观相对密度
2.878
>2.6
毛体积相对密度
2.842
/
吸水率%
0.4
<2.0
压碎值%
12.9
<20
T0316-2005
洛杉矶磨耗值%
8.7
<30
T0317-2005
针片状含量%
4.75~9.5mm
10.6
≤20
T0312-2005
>9.5mm
13
≤15
粘附性等级
4
≥4级
T0616-2000
坚固性%
2.74
≤12
T0314-2000
软石含量%
0.1
<4
T0320-2000
水洗法0.075mm以下含量%
0.1
<1
T0310-2005
表2-2细集料性能试验结果
试验项目
试验结果
技术要求
试验规程
视密度g/cm3
4#
2.896
--
T0328-2005
5#
2.938
砂当量%
80
>60
T0334-2005
棱角性%
47
>45
T0344-2000
表2-3矿粉试验结果
试验项目
试验结果
技术要求
试验规程
视密度g/cm3
2.788
--
T0352-2000
粒径范围
0.6mm
100
100
T0351-2000
0.15mm
100
90~100
0.075mm
92
75~100
亲水系数
0.8
<1.0
T0353-2000
外观
无团粒结块
无团粒结块
--
表2-4沥青试验结果
试验项目
试验结果
技术要求
试验规程
针入度(25℃、100g、5s)0.1mm
90
80~100
T0604-2000
软化点(环球法)℃不小于
47
44
T0606-2000
延度(5cm/min、15℃)cm不小于
>120
100
T0605-1993
密度(15℃)g/cm3
1.021
实测
T0603-1993
溶解度(三氯乙烯)%不小于
99.9
99.5
T0607-1993
老化试验
(163℃、5h)
质量变化%
0.06
±0.8
T0610-1993
针入度比%不小于
65
57
T0604-2000
残留延度(10℃)cm
不小于
>100
8
T0605-1993
表2-5沥青粘度-温度试验结果
温度(℃)
120
135
150
165
粘度(Pa.s)
0.696
0.275
0.142
0.083
图2-1沥青粘度-温度曲线
表2-6沥青混合料拌和与压实温度
拌和温度(℃)
144~150
压实温度(℃)
132~137
拌和粘度(Pa.s)
0.17±0.02
压实粘度(Pa.s)
0.28±0.03
三、配合比设计
3.1级配优选
集料结构设计依据Superpave沥青混合料级配设计要求进行,即合成级配位于控制点之间并避开限制区。
试拌合成级配按要求选择三个配合比,其合成级配通过率如表3-1所示。
三种试拌合成级配图如图3-1,三种级配均通过限制区下限。
表3-1试拌合成级配
配合比1
16%
29%
15%
6%
32%
2%
合成集料通过率
配合比2
18%
30%
14%
6%
30%
2%
配合比3
20%
32%
14%
8%
24%
2%
筛孔
(mm)
1#
2#
3#
4#
5#
矿粉
合成级配1
合成级配2
合成级配3
37.5
100
100
100
100
100
100
100
100
100
25
95.2
100
100
100
100
100
99.2
99.1
99.0
19
20.1
99.5
100
100
100
100
87.1
85.5
83.9
12.5
0.3
29.6
99.3
100
100
100
63.5
60.8
57.4
9.5
0.3
1.7
77.6
100
100
100
52.2
49.4
45.5
4.75
0.3
0.1
1.8
81.28
100
100
39.2
37.2
32.8
2.36
0.3
0.1
0.6
21.0
71.0
100
26.2
24.7
20.9
1.18
0.3
0.1
0.6
13.3
45.4
100
17.5
16.6
14.1
0.6
0.3
0.1
0.6
10.2
29.3
100
12.2
11.6
10.0
0.3
0.3
0.1
0.6
8.2
19.2
100
8.8
8.4
7.4
0.15
0.3
0.1
0.6
6.2
12.2
100
6.5
6.2
5.6
0.075
0.3
0.1
0.6
4.4
7.2
92
4.6
4.4
4.1
图3-1三种试拌合成级配图
根据各档集料的密度、吸水率及相应的用量比例,可计算出各合成集料的性质,并由Superpave集料结构设计软件获得各初试级配推荐的初始沥青用量,如表3-2:
表3-2三种混合集料的密度及初试沥青用量
配合比
毛体积相对密度Gsb
表观相对密度Gsa
有效相对密度Gse
吸收沥青
体积Vba
有效沥青
体积Vbe
初试沥青
用量Pbi
配合比1
2.889
2.902
2.899
0.00288
0.0816
3.5%
配合比2
2.888
2.901
2.898
0.00288
0.0816
3.5%
配合比3
2.885
2.898
2.896
0.00301
0.0816
3.5%
根据各级配的推荐初试沥青用量结果与设计经验,在推荐初试沥青用量3.5%的基础上,增加0.3%,即选用初试沥青用量为3.8%成型试件。
旋转压实仪的成型压力为600KPa,设计旋转次数为N-Initial=9,N-Design=125和N-Max=205。
在初试沥青用量下各试拌级配旋转压实试验结果如表3-3:
表3-3试拌合成级配压实特性及估计混合料体积性能
级配
级配1
级配2
级配3
设计要求
沥青用量AC(%)
3.8
3.8
3.8
--
最大理论密度Gmm(g/cm3)
2.704
2.702
2.701
--
试件密度Gmb
(N-Max=205,g/cm3)
2.607
2.632
2.551
--
压实高度
N-Initial=9
125.8
126.4
129.3
--
N-Design=125
116.4
116.3
120.1
--
N-Max=205
115.1
115.0
118.9
--
%Gmm(N-Initial=9)
初始压实度
88.2
88.5
86.8
<89
%Gmm(N-Design=125)
设计压实度
95.3
96.2
93.5
=96
%Gmm(N-Max=205)
最大压实度
96.4
97.3
94.4
<98
%AirVoids(N-Design)
设计孔隙率
4.7
3.8
6.5
=4
%VMA(N-Design)
设计矿料间隙率
14.2
13.4
15.8
>12
%VFA(N-Design)
设计饱和度
67
71.5
58.6
65~75
表3-4三种级配在达到4%目标孔隙率条件下沥青用量预估结果
预估沥青用量
Pb(Est.)
4.07
3.72
4.81
--
预估矿料间隙率%VMA(Est.@N-Design)
14.04
13.38
15.28
>12
预估饱和度
%VFA(Est.@N-Design)
71.50
70.10
73.83
65~75
预估初始压实度
%Gmm(Est.@N-Initial)
88.88
88.35
89.35
<89
%Gmm(Est.@N-Max)
预估最大压实度
97.08
97.13
96.94
<98
有效沥青用量Pbe
3.96
3.61
4.69
--
粉胶比DP
1.16
1.22
0.87
0.8~1.6*
注:
粗级配(4.75mm通过率小于40%)或走禁区下限时,粉胶比可取0.8~1.6。
如表3-4所示,在设计旋转次数N-Design时,产生4%的空隙率的沥青用量的试拌级配的估计体积特性和混合料的压实特性。
上述预估特性参照Superpave混合料规范,并依据所设计交通量和公称最大颗粒尺寸,优选最佳级配参照以下体积和密实度要求:
(1)在设计旋转次数N-Design时空隙率为4%;
(2)沥青饱和度为65~75%;
(3)矿料间隙率大于12%,且一般不小于12.8%;
(4)粉胶比在0.8~1.6之间;
(5)初始压实度小于89%
(6)最大压实度小于98%,且一般在97~98%之间。
合成级配3初始压实度大于89%,显然是不能接受的。
合成级配2和3所有试拌级配各项预估体积和密实度性能均可满足要求。
相比之下,合成级配2较合成级配1有下列优点:
(1)合成级配1沥青用量高,不有利于降低混合料成本;
(2)合成级配1矿料间隙率高,可能不利于施工现场压实,而合成级配2矿料间隙率适中;
综合上述对比分析,级配优选结果选取合成级配2为设计集料结构,其估计混合料体积性能为VMA=13.38%,VFA=70.10%,预估初始压实度88.35%,预估最大压实度97.13%。
其合成曲线在0.45次方图上如下所示,曲线通过相关控制点,同时紧贴禁区下限,但不通过禁区,满足Superpave沥青混合料的级配设计要求。
图3-2设计合成级配图
表3-5设计级配四种沥青用量试验结果汇总
沥青用量(%)
3.7%
3.8%
4.0%
4.2%
Superpave设计要求
最大理论密度Gmm(g/cm3)
2.704
2.702
2.698
2.692
--
试件密度Gmb
(N-Max=205,g/cm3)
2.615
2.632
2.631
2.633
--
压实高度
(mm)
N-Initial=9
127.0
126.4
125.6
125.1
--
N-Design=125
117.1
116.3
115.9
115.5
--
N-Max=205
115.8
115.0
114.7
114.1
--
压
实
度(%)
N-Initial=9
88.2
88.6
89.0
89.2
<89
N-Design=125
95.6
96.3
96.5
96.6
96
N-Max=205
96.7
97.4
97.5
97.8
<98
空隙率(%)
4.4
3.7
3.5
3.4
4
矿料间隙率(%)
13.82
13.36
13.46
13.63
>12
沥青饱和度(%)
68.03
72.04
73.96
75.22
65~75
3.2沥青用量优选
设计级配确定后,选取3.7%,3.8%,4.0%和4.2%四个沥青用量进行设计级配的沥青混合料压实特性与体积性能评估,并结合混合料在不同沥青用量下的性能确定最佳沥青用量,其试验结果见表3-5。
通过每个试拌沥青用量在设计旋转次数下的体积性能,绘出对应于沥青用量的空隙率Airvoids、矿料间隙率VMA、沥青饱和度VFA和压实度等,如图3-3所示。
图3-3不同沥青用量下沥青混合料压实特性与体积性能
通过图3-3不同沥青用量下沥青混合料压实特性与体积性能,确定最佳沥青用量为3.75%(油石比为3.9%),在该沥青用量下其相关的压实特性与体积性能完全满足Superpave沥青混合料的性能要求,详见表3-6。
表3-6最佳沥青用量时混合料压实与体积特性
最佳沥青用量(%)
3.75
Superpave设计要求
压实度(%)
N-Initial=9
88.4
<89
N-Design=125
96.0
96
N-Max=205
97.1
<98
空隙率(%)
4.0
4
矿料间隙率(%)
13.6
>12
沥青饱和度(%)
70.9
65~75
有效沥青用量(%)
3.7
--
粉胶比DP
1.2
0.8~1.6
四、混合料性能验证
按最佳沥青用量条件下,分别进行浸水马歇尔试验、冻融劈裂强度比试验和车辙试验,其试验结果分别如表4-1,4-2和4-3。
表4-1浸水马歇尔试验结果
沥青
用量
(%)
最大理论密度Gmm(g/cm3)
试件密度Gmb
(双面75次,g/cm3)
空隙率(%)
马歇尔稳定度(KN)
浸水马歇尔稳定度(KN)
残留稳定度比(%)
3.8
2.703
2.549
5.7
12.6
12.1
96
技术
要求
--
--
4~7
>8
--
>75
表4-2冻融劈裂强度比试验结果
沥青用量(%)
最大理论密度Gmm(g/cm3)
试件密度Gmb
(双面50次,g/cm3)
空隙率(%)
非冻融劈裂强度(25℃,MPa)
冻融劈裂强度(25℃,MPa)
劈裂强度比(%)
3.9
2.703
2.534
6.3
0.72
0.9
80
技术要求
--
--
6~8
--
--
>75
表4-3车辙试验结果
编号
45min位移
60min位移
动稳定度
(次/mm)
平均值
技术要求
1
4.427
4.807
1658
1740
>1200
2
3.810
4.149
1859
3
4.201
4.561
1705
注:
试验温度60℃,胎压0.7MPa
五、结论
根据所提供的集料、矿粉、沥青等原材料,按照Superpave级配设计方法和沥青混合料评价标准进行室内混合料配合比设计,其最佳沥青用量为3.75%(油石比3.9%),各档集料的比例为:
1#(19~31.5mm):
18%
2#(13.2~19mm):
30%
3#(4.75~13.2mm):
14%
4#(2.36~4.75mm):
6%
5#(<2.36mm):
30.0%
矿粉:
2.0%
经沥青混合料的旋转压实试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂强度比试验和车辙试验验证,各项指标试验结果均满足设计要求,可用于工地目标配合比设计,并为生产配合比提供设计依据。
试验:
复核:
批准:
武汉理工大学交通工程研究所检测中心
2006年7月
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