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1、营双高速沥青路面抗滑上面层SMA-16生产配合比设计1、依据规范和要求1. 营双高速路面设计图纸；2. 公路沥青路面施工技术规范(JTG F40-2004)；3. 公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTJ052-2000)；4. 公路工程集料试验规程(JTG E42-2005)；5. 营双高速路面施工作业指导书2、混合料的类型1、沥青路面表面层混合料级配类型采用SMA-16型，属于中粒式沥青玛蹄脂碎石混凝土。3、上面层层位特点及设计重点1、表面层是与行车直接接触的层面，因此，抗滑性要求表面形成一定的构造深度，表面有一定的粗糙性；但从微观上看，表面层还必须有一定的封水性能，防止水从路表面渗入 下
2、层造成水损害，这就要求表面层表面平整、密实。在一定程度上，密水性与构造深度是 互相矛盾的。因此，在保证混合料各项指标符合设计要求的前提下，如何同时保证构造深 度与渗水满足设计要求，成为表面层配合比设计的重点之一；另外，本项目所处地区夏季 温度较高、高温持续时间长，冬季很冷，有可能出现重载交通路段，如何提高抗滑表面层 的抗车辙能力也是本设计的重点。4、原材料试验优质的原材料是保证沥青混合料具有优良路用性能的先决条件，为了满足气候环境与 交通对路用性能的要求，必须做好原材料的选择。主要通过测试沥青、粗集料、细集料和 矿粉等材料的性能和技术指标来检测材料是否满足规范及设计图纸要求，从而完成原材料 的
3、选择。1、沥青通过对该区域沥青路面发生早期损坏的情况分析，路面破坏的主要形式是水损害问题， 而改性沥青在提高与集料的粘附性、粘结力方面，有着很好的效果。本设计采用上海春宇实业有限公司生产的SBS改性沥青(I-D级)，所检各项指标均符 合有关规范、规定及设计要求，实测指标与技术要求见表1。SBS改性沥青(I-C级)试验指标与技术要求及测试值试验项目密度 (25。 (g/cm3)针入度 (0.1mm)延度 (5C)(cm)软化点(C)弹性恢复 (25C)(%)旋转薄膜加热试验(RTFOT) 163C，85min质量损失(%)针入度比(%)延度(5C)(cm)规定值实测记录60-80N35N75N8
4、5 + 1.0N60N20实测值1.02676.047.078.589.00.387.3262、集料集料是沥青混合料的关键材料之一，其力学性能是决定混合料强度特性的最重要因素， 它的颗粒形状不仅影响混合料的构架，也直接关系到混合料的抗车辙能力与抗疲劳性能等材 料特性，此外，集料与沥青的粘附等级对混合料强度的形成也起关键作用，因此选择优质的 集料是沥青混合料具有优良路用性能的重要保证。对于沥青路面上面层而言，粗集料的磨光值指标决定了所选材料是否取舍。永登石料场 生产的辉绿岩碎石，磨光值经甘肃公路工程试验检测中心站检验：PSV=47，符合设计要求 (PSVN42)。粗、细集料采用永登石料场的石料，
5、用反击破破碎机破碎生产的辉绿岩碎石，在破碎过程中，配以整 形以及除尘设备，生产的辉绿岩碎石具有针片状少，砂当量高的特点，其规格为：一号料： 9.5-19mm、二号料：4.75-9.5mm、三号料：2.36-4.75mm 四号料：0-2.36mm；粗、细集料所 检各项指标与技术要求见下表。粗、细集料的试验指标与技术要求及测试值材料名称 试验项目9.5-19mm4.75-9.5mm2.36-4.75mm0-2.36mm规定值表观密度(g/cm3)2.9002.9182.9212.890表观相对密度2.9072.9252.9282.896N2.6毛体积相对密度2.8222.8142.8032.768
6、吸水率(%)1.041.351.521.57 9.5mm粒径8.412 9.5mm粒径11.818压碎值(%)15.620磨耗值(%)10.428砂当量(%)68N65粘附性5级N5级从上表中粗细集料的各项指标可看出，本项目所选择的辉绿岩碎石，针片状少、视密度较大， 磨耗值、压碎值较小，说明该石料坚硬、耐磨、耐久性好。另一方面，该石料表面凹凸粗糙，合成吸水率1.33%，能够吸附较多的沥青结合料，使混 合料有较厚的沥青膜，有利于路面水稳定性。合成吸水率不大于2.0%填料沥青混合料的填料宜采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等石料经磨细得到的矿粉，本 项目采用白银市东元矿粉有限公司生产的矿粉(工厂化生
7、产)，所检各项指标均符合规范及有 关规定要求实测试验指标见下表矿粉的试验指标与技术要求及测试值试验项目表观 相对密度 (g/cm3)含水量(%)粒度范围外观亲水系数(%)塑性指数0.60.150.075规定值N2.50W110090-10075-100无团粒结块14实测值2.6740.610093.685.1无团粒结块0.763. 0木质纤维本设计采用优质的木质纤维做稳定剂，掺量为混合料总质量的0.3%，木质纤维质量技术要求及测试值指标技术要求试验方法实测值纤维长度不大于6mm5通过0.15mm筛70+10%64灰分含量18 + 5%高温 590650 C16.4PH值7.5 + 1.0精密试
8、纸7.5含水率5烘干法1.2吸油率不小于纤维质量的5倍浸泡法6且纤维在250C的干拌温度下、不变质、不发脆。抗剥落剂用抗剥落剂可以增强沥青与集料的粘附性，从而保证沥青混合料具有较高的抗水损害性。配比在矿粉中掺入20%消石灰，作为抗剥落剂。并通过水煮法对其进行检验，粘附性有明显 的改善。5、沥青混合料矿料级配的确定在组成沥青混合料的原材料选定后，沥青混合料的技术性质在很大程度上取决于集料间的 级配组成，沥青混合料由于集料的级配不同，可以形成不同的组成结构。综合该项目所处的温度区划，考虑路面抗车辙能力的需要，减少4.75 mm及2.36mm集料的通过率，并 选用的设计空隙较高率是比较有效的方法，在
9、对本地区周围路面表面层矿料级配使用实际情况调查研究的基 础上，经过多次调整，综合以下三点确定级配范围：1. 尽可能减少最粗的粗集料，以减少沥青混合料的粗细集料离析。2. 适当减少细集料中的细粉部分用量，以适当减小粉胶比并避开驼峰级配。3. 增加中间档次的集料，以加强沥青混合料的嵌挤作用。兼顾渗水与构造深度要求，根据对代表性集料筛分结果,拟定矿料的配合比为1# : 2# : 3#： 4#： 矿粉=25： 29 : 10 : 33.5： 2.5。合成级配如表4.表4 AC-16C级配各档料比例及合成级配集料集料规格（mm）比例（%）191613.29.54.752.361.180.60.30.15
10、0.075100-10090-10076-9260-8034-6220-4813-369-267-185-144-89.5-192510086.334.10.90.80.80.80.80.80.80.84.75-9.529100.0100.0100.083.11.41.01.01.01.01.00.92.36-4.7510100.0100.0100.0100.082.71.20.50.50.40.40.40-2.3633.5100.0100.0100.0100.097.381.157.138.322.814.77.9矿粉2.5100.0100.0100.0100.010010010010010
11、093.685.1合成级配100100.096.683.570.34430.322.115.810.67.75.2级配中值10095.084.060.024.016.024.017.512.510.59.3级配上限100100856532242218151412级配下限100906545201514121098SMA-16级配曲线图6、确定最佳沥青用量营双高速公路沥青抗滑表面层SMA-16级配沥青混合料，采用马歇尔试验确定沥青混合 料的最佳沥青用量。每组沥青混合料按照公路工程沥青与沥青混合料试验规程(JTJ 0522000) 的要求，根据经验：按照预估最佳沥青用量为中值，以0.5%间隔变化油用
12、量，配置5种不同 的沥青用量成型马歇尔试件，分别在规定的试验温度及试验时间内用马歇尔仪测定稳定度和流 值，同时计算空隙率、饱和度及矿料间隙率，然后按照公路沥青路面施工技术规范(JTG F40-2004)规定的方法确定最佳沥青用量。1、最大理论相对密度的计算。根据已确定的各档矿料比例、表观相对密度、毛体积相对密度、沥青相对密度yb(25C /25。0,等，根据公式：合成矿料的表观密度：Y sa=2.904计算式Y sa=100/ (P1/Y 1+ P2/Y 2+ 却 3+ P4/Y 4+ P5/Y 5)=100/(25/2.907+29/2.925+10/2.928+33.5/2.896+2.5
13、/2.674)=100/(8.5999+909145+3.4153+11.5677+0.9349)=100/34.4323=2.904合成矿料的合成毛体积密度：Y sb=2.796Y sb=100/ (P1/Y 5Sb+ P2/Y 5sb+ P3/Y 5sb+ P4/Y 5sb+ 职 5sb)=100/(25/2.822+2W2.814+10/2.803+33.5/2.786+2.5/2.674) =100(8.8596+10.30562+3.56761+12.1026+0.93493) =100/35.77036 =2.796合成矿料的吸水率3 x=1.333 x= (1/Y sb-1Y s
14、a) *100=(1/2.796-1/2.904)=1.33合成矿料的沥青吸收率C=0.6C=0.0333 x2 -0.29363 x +0.9339=0.033*1.332-0.2936*1.33+0.9339=0.05577-0.3905+0.9339=0.6合成矿料的有效相对密度Y se=2.861Y se=C*Y sa+(1-C)*Y sb=0.6*2.904+0.4*2.796=1.7424+1.1184=2.8614.38沥青用量的最大理论密度Y财=2.661Y x ft=(100+Pai)/(100/Y se+Pai/Y b)t6.0=(100+6.0) /(100/2.861+
15、6.0/1.026)=106/( 34.9528+5.8480)=106/40.8008=2.598同理计算不同油石比对应的最大理论相对密度见表SMA-16不同油石比最大理论相对密度计算表油用量(油石比)%4.94(5.2)5.30(5.6)5.66 (6.0)6.01(6.4)6.37(6.8)最大理论密度Y ti2.6292.6132.5982.5832.5692、马歇尔击实由于合成矿料的毛体积密度为2.796，根据经验：沥青的最佳油石比为6.0左右，根据已 确定的合成级配比例，配制合成矿料，并按规范JTJ052-2000试验方法室内拌制混合料进行马 歇尔击实，用马歇尔试验确定最佳油用量，
16、分别以油用油石比量比5.2、5.6、6.0、6.4、6.8成 型马歇尔试件(双面各击实75次)，击实后的试件冷却至室温脱模，测定其各项物理力学指标， 并计算空隙率VV、矿料间隙率VMA、沥青饱和度VFA等指标。空隙率VV4 38=(1-试件的毛体积密Y sb6.0 /沥青混合料的最大理论密度Y最0)* 100=(1-2.498/2.598)*100=(1-0.938)*100=3.8矿料间隙率VMA=(1-试件的毛体积密丫 sb /矿料合成毛体积密度Y sb*各种矿料占总质量之和Ps) * 100=(1-2.497/2.796 * (1-5.66)/100)*100=(1-0.8927*0.9
17、562)*100= (1-0.843)*100=15.7沥青饱和度VFA4 38=(矿料间隙率VMA-空隙率VV)/矿料间隙率VMA * 100=(15.7-3.8.)/15.7 * 100=75.8同理可计算其它油石比的空隙率VV、矿料间隙率VMA、沥青饱和度VFA等指标沥青混合料试验指标油石比（%）沥青用 量（）混合料的各项技术指标Y fYsbY十tlVV（%）VMA(%)VFA(%)稳定度（KN）流值（0.1mm）5.24.942.5002.7962.6294.915.067.310.2630.35.65.302.4982.7962.6134.415.471.410.6533.36.05
18、.662.4972.7962.5983.815.775.811.5639.06.46.022.4952.7962.5833.416.178.911.0342.56.86.372.4972.7962.5692.816.482.910.3644.66.2、绘制VMA、VFA、密度、马歇尔稳定度、流值与油用量关系如图:图2密度与油用量关系图3稳定度与油用量关系图图4空隙率与油用量关系图5流值与油用量关系图图6矿料间隙率与油用量关系图图7饱和度与油用量关系图稳定度空隙率流值饱和度 矿料间隙率 共同范围油石比：5.25.66.06.46.83、根据其关系图，得到如下数据：根据试验结果，因密度有最大峰值，
19、稳定度也有最大值，从图可得a1=5.90 a2=5.90 a3=6.02 a4=6.15，则 OAC1=( a1 +a2 +a3 +a4)/4=5.99%。再从图可得 OACmin = 5.77%，OACmax=5.97%， 且 OAC1 位于 OACmin OACmax 之间；则 OAC2=(OACmin+OACmax)/2=5.87%，即此目标配合比最 佳油石比OAC=(OAC1+OAC2)/2=5.93%，即最佳油用量为5.60%。5.93沥青用量的最大理论密度Y心3 =2.601 0.93Y=(100+Pai)/(100/Y se+Pai/Y b)15.93=(100+5.93)/(1
20、00/2861+593/1026)=106/( 34.9528+5.7797)=106/40.7325=2.601空隙率VV4 38=(1-试件的毛体积密丫 sb6.0 /沥青混合料的最大理论密度丫侃0)* 100=(1-2.498/2.601)*100=(1-0.961)*100=3.9矿料间隙率VMA=(1-试件的毛体积密丫 sb /矿料合成毛体积密度丫 sb *各种矿料占总质量之和Ps) * 100=(1-2.498/2.796 * (1-5.93)/100)*100=(1-0.8927*0.9562)*100= (1-0.840)*100=16.0沥青饱和度VFA4 38=(矿料间隙率
21、VMA-空隙率VV)/矿料间隙率VMA * 100=(16.0-3.9)/16.0 * 100=75.6由计算的最佳油用量，查以上关系图，得到对应的VV=3.9，VMA=16.0，满足沥青路面施工设计说明中关于最小VMA不大于17.0的要求.故最后确定其最佳油用量为5.93%,并对最佳油用量进行验证，试验结果如下表:最佳沥青用量验证结果各项指标Y fY bsbY tVV(%)VMA(%)VFA(%)稳定度(KN)流值 (0.1m m)残留稳定 度(%)规定值3. 0-4.075-85N6.015-40实测值2.4982.7962.6013.9614.566.016.0830.889.44、检验
22、最佳油石比时的粉胶比合成矿料的有效相对密度Y se=2861Y se=C*Y sa+(1-C)*Y sb=0.6*2.904+0.4*2.796=1.7424+1.1184Pba=(2.861-1.026)/(2.861*2.796)* 1.026*100=23.54%Pbe=5.99-0.235*0.953/100=5.76%FB=P0.075/ Pbe=5.99/5.76=1.04FB在0.8-1.2之间符合要求。5、有效沥青膜厚度SA=5.76m2/kgDA=5.76/(1.026*4.96)*10=11.3 0p m对于密级配沥青混合料，沥青膜的厚度宜大于6p m.符合要求。7、配合比
23、的设计检验1水稳定性试验对混合料进行水稳定性试验，进行浸水马歇尔实验时，试件分两组，每组6个平行试件。一组 在60C水浴中保养0.5h后测其马歇尔稳定度S1；另一组在60C水浴中恒温保养48h后测其马 歇尔稳定度S2；计算残留稳定度S0= S2/ S1X100%。试验结果如下表。表8.浸水马歇尔稳定度试验结果沥青种类油用量(油石比)(%)稳定度s1(kN)稳定度s2(kN)残留稳定度S0(%)规定值(%)SBS (I-D)5.63 (5.97)11.089.9890.1崩5浸水马歇尔残留稳定度见上表为89.4%，符合设计及规范要求。其它各项指标已由甘肃省公路工程试验检测中心站检验合格。各项原材料试验资料附后。根据上述内容，拟采用最佳沥青用量为5.63%,即最佳油石比5.97%,矿料比例为：1#(9.5-19mm) : 2#(4.75-9.5mm)： 3#(2.36-4.75mm)4#(0-2.36mm)：矿粉=25: 29: 10: 33.5:2.5作为YYLM1标SMA-16型沥青玛堤脂上面层路面抗滑表面层的生产配合比。营双高速公路YSLM1工地试验室作者：1559398
