热拌沥青混合料配合比设计最佳沥青用量范围估算

非线性有限元作业院系：建设工程学部道路工程研究所专业：道路与铁道工程姓名：王志超学号：20911062导师：潘宝峰时间：2010年7月19日热拌沥青混合料配合比设计方法—马歇尔法王志超摘要：对马歇尔设计方法各项体积指标的取值进行了探讨,对热拌沥青混合料配合比设计进行了较详细的阐述。

关键词：沥青;配合比;设计当前,沥青路面设计技术正面临着巨大的变革。

由于交通量的剧增,轮胎气压和轴载的增加以及环境、材料等方面产生一些新的变化,许多满足现行规范的沥青路面仍发生了早期破坏。

分析其原因,除施工工艺与质量控制方面外,沥青混合料设计不当,或缺乏一个比较规范的混合料设计方法也是主要原因之一。

马歇尔设计方法是沥青路面材料组成设计的一种最主要的方法。

设计的基本思路是在设计级配与配合比下,以一定的击实功(一般为双面击实75次)在一定的温度下成型的标准马歇尔试件,其各项体积指标(空隙率、沥青饱和度、矿料间隙率)满足一定的要求。

这种规定的体积指标要求值必须要能反映路用性能要求。

因此,马歇尔设计方法指标的取值就显得尤为关键。

《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)进一步完善了沥青混合料配合比设计方法,调整了马歇尔试验配合比设计方法及设计指标、标准。

1 马歇尔设计方法指标的合理取值1.1 空隙率对上、中、下面层均建议采用3%～5%的空隙率,室内试验空隙率最好控制在4%左右。

空隙率大于4%太多的话,将担心以后路面实际空隙率太大,沥青易老化,抗疲劳能力不足,且水进入沥青混合料空隙内在行车荷载的泵吸作用下,沥青易从石料表面剥落,导致沥青混合料松散,继而出现车辙、坑洞。

空隙率小于4%太多的话,将担心以后在重车荷载作用下,沥青混合料可能被压得过密,空隙率有可能小于3%,在高温条件下,沥青体积膨胀,石料颗粒充满自由沥青,使整个混合料的内摩阻角减小,在重车荷载作用下,混合料承载能力明显不足,路面出现高温车辙,并且自由沥青被压挤到道路表面,使表面构造深度大大减小直至全部丧失。

热拌沥青混合料配合比设计沥青混合料配合比设计包括：实验室内目标配合比设计、生产配合比设计和生产配合比验证三个阶段，各阶段的试验步骤及试验内容汇总见表4-21。

从表中可以看出，生产配合比的设计是要在现场反复调试冷料仓进料速度，以达到供料均衡；生产配合比验证阶段是要通过现场做试验段进行试拌、试铺，再进行调整。

考虑各项目经理部工程量大小、机械设备的差异，故不便对这两个阶段做具体讲述。

本节主要介绍目标配合比设计的依据、设计试验步骤及设计试验实例。

（一）设计总目标高等级公路路面面层，为汽车提供安全、经济、舒适的服务，并直接承受汽车荷载的作用和自然因素的影响。

因此，路面面层混合料的组成设计必须考虑温度稳定性、耐久性、抗滑性、抗疲劳特性及工作度等问题。

沥青混合料组成设计的主要任务是选择合适的材料、确定各种粒径矿料和沥青的配比。

设计总目标是确定混合料的最佳组成，使之满足设计规定的路用性能要求，而且经济合理。

但由于沥青混合料是一种措施可变的相互矛盾的体系，当高温稳定性满足要求时，可能出现低温稳定性问题；而当采用一定措施满足低温稳定性时，却有可能对疲劳不利。

而目前又难以建立一个统一的全面地指标体系，来解决各种矛盾交叉的问题。

因此，混合料组成设计中，应结合当地具体情况，抓住主要矛盾，求得相对比较合理的“配方”。

高等级公路沥青混凝土混合料配合比设计的各个阶段均以马歇尔试验为主，并通过车辙试验进行高温稳定性检验。

沥青碎石混合料的配合比设计，应根据以往的经验，经过试拌、试铺论证决定，马歇尔试验结果仅供参考。

（二）设计依据目前，公路工程沥青路面的沥青混合料配合比设计的唯一依据是《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）中附录B提供的“热拌沥青混合料配合比设计方法”。

（三）设计条件沥青混合料配合比设计之前，必须具备下列条件和相应资料，才能进行配合比设计。

1.沥青混合料的原材料，包括沥青、粗细集料、填料等，必须按相关规范进行常规试验检测，各项质量技术要求必须合格，否则不得进行配合比设计。

文章编号:0451-0712(2001)11-0001-05 中图分类号:U414.75 文献标识码:B关于沥青混合料配合比设计确定最佳沥青用量的问题沈金安(交通部公路科学研究所　北京市　100088) 摘　要:讨论了沥青混合料沥青最佳用量的确定方法,介绍了规范的编制思路。

关键词:沥青混合料;沥青最佳用量;规范修订 现在我国正在修订《公路沥青路面施工技术规范》(032-94),其中对马歇尔试验配合比设计方法的争议比较大,这是很正常的,我们作为规范的主编单位特别欢迎对此提出不同意见和建议。

由于规范修订工作还需要较长的时间,而现在有许多看法和做法又没有一个明确的解释,所以在某些单位也出现了一些混乱。

我国规范确定沥青混合料最佳沥青用量OA C 的方法有一个变化过程。

在以前的规范中,我国历来采用日本的方法,即求出全部满足设计技术要求的沥青用量范围,以其中值为最佳沥青用量。

按此方法使用多年来,发现了一些问题,主要是针对高速公路和一级公路,由于采用了高质量的沥青后,在估算沥青用量时,尽管上下变化了5个不同的沥青用量,变化范围达2.0%,稳定度值一般都能满足要求,流值也大都满足要求,但稳定度、密度有时连峰值都未出现,最后决定最佳沥青用量的往往只剩下空隙率一个指标(饱和度也取决于空隙率),而且能共同满足要求的沥青用量范围往往很窄。

所以实际上其相当于现在美国的4%空隙率决定最佳沥青用量的方法,不过那时的设计空隙率范围为3%～6%,中值是4.5%。

另外,空隙率的计算过程,除包括最大相对密度、试件密度、沥青被集料吸收等有所不同外,实质上基本是属于空隙率是唯一指标的体积设计方法。

后来在1994年修订规范时,对此作了修改。

当时的出发点主要是考虑到在所有指标中空隙率是最不容易准确测定的指标,测定方法也没有更好的办法。

这对沥青面层的中下层采用粗粒式沥青混凝土(或沥青碎石)的情况更困难。

所以最佳沥青用量的选择有比较大的随意性。

热拌沥青混合料配合比设计1、矿质混合料设计：表面层1/2最大粒径，中面层2/3最大粒径。

2、矿质混合料配合比的计算：原始数据：（1）粗集料密度（网篮法）、细集料密度（比重瓶法）、矿粉密度、筛分。

确定各集料的用料比例：（2）0.075mm,2.36mm,4.75mm应尽量接近中值，交通量大、轴载重的道路合成曲线考虑偏向级配下限，中小交通量可考虑接近上限。

3、沥青混合料马歇尔试验：主要目的是确定最佳沥青用量（OAC）计算得到的沥青用量仍要通过试验进行修正，马歇尔试验只是沥青混合料配合比的基本方法。

1）制备5组试件，每组不少于4个2）实际中标准试件的矿料重大约是1200g 左右。

如量得尺寸不符合要求，则按公式h1/h2*m(原重)3）制备马歇尔标准试件，冷却至室温最少12h,然后脱模，进行试件密度测试（网篮法）空隙率、理论最大密度、沥青饱和度、矿料间隙率等参数，注意：1吸水率小于0.5%密实型沥青混合料试件应用水中重法，2 较密实的应用表干法3 >2%的应用蜡封法测定。

4 空隙率较大的应用体积法4）绘制曲线图1）（由马歇尔稳定度、密度的最大值、设计空隙率中值）/3确定最佳沥青用量的初始值（OAC1）2）根据OACmin、OACmax确定最佳沥青用量中值（OACmin+OACmax）/2=OAC23）确定最佳沥青用量：（1）OAC1 ,OAC2比较接近时应取二者的平均值。

（2）如果二者差距比较大时应应根据水稳、高温稳定性来综合考虑（3）对于出现较大车辙时，应取中限值OAC2和下限值OACmin范围内确定最佳沥青用量，但一般不小于OAC2的0.5%。

（4）寒冷地区、旅游区道路，最佳沥青用量可以在OAC2和上限值OACmax范围内决定，一般不大于OAC2的0.3%。

4、沥青混合料的性能检验（1）水稳定性检验（2）沥青混合料的高温稳定性检验对热料仓进行筛分，确定各热料仓的上料比例（a1%,a2%,a3%,a4%），据最佳油石比，+-0.3%来做马歇尔试件，查看各项指标，确定最佳油石比，（也可以按照目标配合比的方法确定最佳油石比）取二者的平均值，4号仓（20~30）1600*（1-4.4%）*23%=352kg3 号仓（10~20）1600*（1-4.4%）*21%=321kg2号仓（4~10）1600*（1-4.4%）*21%=321kg1号仓（0~4）1600*（1-4.4%）*26%=398kg矿粉：1600*（1-4.4%）*7%=107kg沥青：1600*4.4%=70kg5、配合比验证取料进行抽提试验，看看级配，油石比。

沥青混合料组成设计热拌沥青混合料的配合比设计包括3个阶段：1、目标配合比设计阶段——确定所用材料、计算矿料配合比、据马歇尔试验确定最佳沥青用量，把这个结果作为目标配合比进行试拌，确定拌合机各冷料仓的供料比例、进料速度。

2、生产配合比设计阶段——从二次筛分后进入各热料仓的材料取样筛分，确定各热料仓的材料比例（供控制室使用）。

同时调整冷料仓的进料速度，确定生产配合比得最佳沥青用量(目标配合比的最佳沥青、±0.3%)。

3、生产配合比验证阶段——用生产配合比进行试拌、铺试验段，做马歇尔试验进行检验，确定生产用的标准配合比。

标准配合比是生产控制的依据和质量检验的标准。

矿料级配至少0.075、2.36、4.75三档的筛孔通过率接近要求的中值。

沥青混合料目标配合比设计阶段如何根据马歇尔试验确定沥青最佳用量1）．首先根据选用矿料颗粒组成确定各种矿料的比例，使混合的矿料级配符合设计或规范要求。

2）．根据规范和经验估计适宜的沥青用量，以此沥青用量为中值、0.5%为间隔取5个不同的沥青用量，分别拌和沥青混合料，制备5组马歇尔试验试件。

3）．测定试件的密度，计算孔隙率和饱和度。

并进行马歇尔试验，测定稳定度和流值等物理力学指标。

4）．整理试验结果。

以沥青用量为横坐标，以密度、孔隙率、稳定度、流值和饱和度指标为纵坐标，分别点出试验结果，并绘制关系曲线图。

5）．在图中求取密度最大值对应的沥青用量为a1，稳定度最大值对应的沥青用量为a2，规定空隙率范围的中值对应的沥青用量为a3。

计算出沥青最佳用量的初始值OAC1=（a1+a2+a3）/3。

6）．求出符合规范或设计的沥青用量范围OACmin~OACmax，并求取中值OAC2=（OACmin+OACmax）/2。

7）．按沥青最佳用量初始值OAC1在曲线图上求取相应的各项指标值，当各项指标均符合要求时，OAC1和OAC2综合决定沥青最佳用量。

若不满足要求时，应调整级配，重新进行配合比设计。

沥青混合料配合比设计方法Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】嘉兴市春秋建设工程检测中心有限责任公司 CQ/Q040530-2003沥青混合料配合比设计方法批准人：状态：持有人：分发号：2003年11月1日批准 2003年11月25日实施地址：浙江省嘉兴市南湖经济开发区春园路电话：、2600330 传真：沥青混合料配合比设计方法1.沥青混合料配合比设计基本原则对于高速公路和一级公路沥青路面的上面和中面层的沥青混凝土混合料进行配合比设计时，应通过车辙试验机对抗车辙能力进行检验。

在温度60℃、轮压条件下进行车辙试验的动稳定度，对高速公路不小于800次/㎜，对一级公路应不小于600次/㎜沥青碎石混合料的配合比设计应根据实践经验和马歇尔试验的结果，经过试拌试铺论证确定。

高速公路和一级公路的热拌沥青混合料的配合比设计应遵照下列步骤进行：±%等三个沥青用量进行马歇尔试验，确定生产配合比的最佳沥青用量。

2.矿质混合料的配合组成设计矿质混合料配合组成设计的目的，是选配一个具有足够密实度、并且有较高内摩阻力的矿质混合料。

可以根据级配理论，计算出需要的矿质混合料的级配范围；但是为了应用已有的研究成果和实践经验，通常是采用规范推荐的矿质混合料级配范围来确定。

按现行规范《沥青路面施工及验收规范》（GB500092—96）中规定，按下列步骤进行；确定沥青混合料类型沥青混合料的类型，根据道路等级、路面类型及所处的结构层位，按表2选定。

确定矿质混合料的级配范围根据已确定的沥青混合料类型，查阅规范推荐的矿质混合料级配范围表即可确定所需的级配范围。

矿质混合料配合比计算沥青混合料类型表2根据各组成材料的筛析试验资料，采用图解或试算（电算）法，计算符合要求级配范围的各组成材料用量比例。

计算得的合成级配应根据下列要求作必要的配合比调整。

a)通常情况下，合成级配曲线宜尽量接近设计级配中限，尤其应使㎜、㎜和㎜筛孔的通过量尽量接近设计级配防卫的中限；b)对高速公路、一级公路、城市快速路、主干路等交通量大、轴载重的道路，宜偏向级配范围的下（粗）限。

热拌沥青混合料配合比设计1 目的保证沥青路面的施工质量，特制定本方案。

2 适用范围适用于各等级新建和改建公路的沥青路面工程，密级配沥青混凝土及沥青稳定碎石混合料。

3 一般规定3.1 热拌沥青混合料的配合比设计应通过目标配合比设计、生产配合比设计及生产配合比验证三个阶段，确定沥青混合料的材料品种及配合比、矿料级配、最佳沥青用量。

3.2 配合比设计的试验方法必须遵照现行试验规程的方法执行。

混合料拌合必须采用小型沥青混合料拌和机进行。

4 设计步骤4.1 确定工程设计级配范围沥青路面工程的混合料设计级配范围由工程设计文件或招标文件规定，密级配沥青混合料的设计级配宜在规范规定的级配范围内。

4.2 材料选择与准备配合比设计的各种矿料必须按现行《公路工程集料试验规程》规定的方法，从工程实际使用的材料中取代表性样品。

配合比设计所用的各种材料必须符合气候和交通条件的需要。

其质量应符合规范规定的技术要求。

当单一规格的集料某项指标不合格，但不同粒径规格的材料按级配组成的集料混合料指标能符合规范要求时，允许使用。

4.3 矿料配合比设计4.3.1高速公路和一级公路沥青路面矿料配合比设计宜借助电子计算机的电子表格用试配法进行。

4.3.2矿料级配曲线按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》T0725的方法绘制。

4.3.3对高速公路和一级公路，宜在工程设计级配范围内计算1～3组粗细不同的配合比，绘制设计级配曲线，分别位于工程设计级配范围的上方、中值及下方。

设计合成级配不得有太多的锯齿形交错，且在0.3～0.6mm范围内不出现“驼峰”。

当反复调整不能满意时，宜更换材料设计。

4.3.4根据当地的实践经验选择适宜的沥青用量，分别制作几组级配的马歇尔试件，测定VMA，初选一组满足或接近设计要求的级配作为设计级配。

4.4马歇尔试验4.4.1配合比设计马歇尔试验技术标准符合《公路沥青路面施工技术规范》的规定。

4.4.2热拌普通沥青混合料试件的制作温度按规定的方法确定。

热拌沥青混合料配合比设计方法1．矿质混合料组成设计（1）根据道路等级、路面结构层位及结构层厚度等方面要求，按照上述方法，选择适用的沥青混合料类型，并按照表8－22和表8－23（现行规范）或8－24和表8－25（新规范稿）的内容确定相应矿料级配范围，经技术经济论证后确定。

（2）矿质混合料配合比计算1）组成材料的原始数据测定按照规定方法对实际工程使用的材料进行取样，测试粗集料、细集料及矿粉的密度，并进行筛分试验，测定各种规格集料的粒径组成。

2）确定各档集料的用量比例根据各档集料的筛分结果，采用计算法或图解法，确定各规格集料的用量比例，求得矿质混合料的合成级配。

矿质混合料的合成级配曲线必须符合设计级配范围的要求，不得有过多的犬牙交错。

当经过反复调整仍有两个以上的筛孔超出设计级配范围时，必须对原材料进行调整或更换原材料重新设计。

通常情况下，合成级配曲线宜尽量接近设计级配中限，尤其应使0.075mm、2.36mm、4.75mm 等筛孔的通过量尽量接近设计级配范围的中限。

对于交通量大、轴载重的道路，合成级配可以考虑偏向级配范围的下限，而对于中小交通量或人行道路等，合成级配宜偏向级配范围的上限。

2．沥青混合料马歇尔试验沥青混合料马歇尔试验的主要目的是确定最佳沥青用量（以OAC表示）。

沥青用量可以通过各种理论公式计算得到，但由于实际材料性质的差异，计算得到的最佳沥青用量，仍然要通过试验进行修正，所以采用马歇尔试验是沥青混合料配合比设计的基本方法。

（1）制备试样1）马歇尔试件制备过程是针对选定混合料类型，根据经验确定沥青大致用量或依据表4－10推荐的沥青用量范围，在该用量范围内制备一批沥青用量不同、且沥青用量等差变化的若干组（通常为五组）马歇尔试件，并要求每组试件数量不少于4个。

2）按已确定的矿质混合料级配类型，计算某个沥青用量条件下一个马歇尔试件或一组试件中各种规格集料的用量（实践中大多是一个标准马歇尔试件矿料总量1200g左右）。

热拌沥青混合料的配合比设计是通过目标配合比设计、生产配合比设计及生产配合比验证三个阶段，来确定沥青混合料的材料品种及矿料级配、最佳沥青用量的设计方法。

目前，国内有Superpave沥青混合料的设计方法；SMA混合料配合比设计方法；OGFC混合料设计方法；马歇尔设计方法是国内最常用的混合料配合比设计方法。

热拌沥青混合料的配合比设计方法适用于密级配沥青混凝土及沥青稳定碎石混合料。

热拌沥青混合料的配合比设计步骤编辑本段回目录热拌沥青混合料的目标配合比设计宜按下框图的步骤进行。

密级配沥青混合料目标配合比设计流程图密级配沥青混合料目标配合比设计流程图配合比设计的试验方法必须遵照现行试验规程的方法执行。

混合料拌和必须采用小型沥青混合料拌和机进行。

混合料的拌和温度和试件制作温度应公路沥青路面施工技术规范的要求。

工程设计级配范围的确定编辑本段回目录1、沥青路面工程的混合料设计级配范围由工程设计文件或招标文件规定，密级配沥青混合料的设计级配宜在公路沥青路面施工技术规范5.3.2规定的级配范围内，根据公路等级、工程性质、气候条件、交通条件、材料品种，通过对条件大体相当的工程的使用情况进行调查研究后调整确定，必要时允许超出规范级配范围。

密级配沥青稳定碎石混合料可直接以公路沥青路面施工技术规范规定的级配范围作工程设计级配范围使用。

经确定的工程设计级配范围是配合比设计的依据，不得随意变更。

2、为确保高温抗车辙能力，同时兼顾低温抗裂性能的需要。

配合比设计时宜适当减少公称最大粒径附近的粗集料用量，减少0.6mm以下部分细粉的用量，使中等粒径集料较多，形成S型级配曲线，并取中等或偏高水平的设计空隙率。

3、确定各层的工程设计级配范围时应考虑不同层位的功能需要，经组合设计的沥青路面应能满足耐久、稳定、密水、抗滑等要求。

4、根据公路等级和施工设备的控制水平，确定的工程设计级配范围应比规范级配范围窄，其中4.75mm和2.36mm通过率的上下限差值宜小于12％。