大浏高速27标沥青混合料SUP25配合比设计

大浏高速公路路面27标

下面层Sup25型沥青混合料目标配合比

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大浏高速公路27标工地试验室

二〇一二年六月二十六日

大浏高速公路27标工地试验室

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工程名称 湖南大浏高速公路路面工程 试验日期 2012.06.04 集料：1#、2#、3#、4#、5#； 试样名称 沥青、矿粉 1#（19-31.5）mm、2#（13.2-19）mm、3#（4.75-13.2）mm、样品规格 4#（2.36-4.75）mm、5#（0-2.36）mm 50#道路石油沥青 产地 集料：浏阳市高坪马鞍碎石场； 沥青：中海“泰州”石油沥青A级； 矿粉：浏阳市洞阳镇龙洞阳山石灰厂 集料：每档各约100kg； 沥青：8kg 矿粉：10 kg 集料、矿粉：密度，筛分、磨耗值、坚固性、针片状、压碎值； 沥青：密度、针入度、软化点、延度；混合料：Sup25配合比、马歇尔验证。 样品状态 合格 试样数量 试验日期 2012.06.05~ 2012.06.25 详见原始记录 试验项目 试验结果 样品用途 沥青路面下面层 《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011） 试验依据 《公路工程集料试验规程》（JTG E42-2005） 《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004） 评价标准 《大浏高速公路Sup25下面层施工指导意见》 鼓风干燥箱（101-4）、恒温水浴（HYW-30）、标准筛、混合料拌和机（SLH8-Ⅱ）、马歇尔电动击实仪（LQ-MJ）、马歇尔稳定度仪（DF）、电子天平、洛杉矶磨耗仪（MH-Ⅲ）、试验设备 （BS-30KA）(YP50001)、旋转压实仪（4140B）针入度仪（SYA-450G）、软化点仪（SYD-2806E）、延度仪（SY-1.5B）、沥青薄膜烘箱（85型）。理论密度仪（HLM-2S）等。

1.0 工程概述

大浏高速公路第二十七合同段，起于溪江互通K62+800，终于砰山互通K85+545.437，接长浏高速，全长22.75Km，项目合同工期为12个月，合同总价2.1亿元。主要工程数量如下：水泥稳定碎石基层101万平米，沥青砼上面层63.5万平米，沥青砼中面层63.5万平米，沥青砼下面层38万平米，水泥砼1万m3。根据工程需要由湖南省大浏高速公路路面27合同段工地试验室进行下面层沥青混合料Sup25的目标配合比设计。本次沥青混合料Sup25的室内配合比设计方法依据美国Superpave沥青混合料设计标准进行设计，并依据我国《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）的要求进行马歇尔试验验证。

2.0 设计依据

下面层Sup25沥青混合料目标配合比设计依据以下规范、规程及意见执行： 1、《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004） 2、《公路工程集料试验规程》（JTG E42-2005）

3、《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011） 4、《大浏高速公路路面下面层Sup25施工指导意见》

3.0 原材料试验

本次试验所用集料、矿粉、沥青均为材料供应商送样，各原材规格及产地如下：

1、沥青：中海油“泰州”50#石油沥青A级；

2、粗集料：浏阳市高坪马鞍碎石场（碎石1：19~31.5mm、碎石2：13.2~19mm 、

碎石3：4.75~13.2mm、碎石4：2 .36~4.75mm）； 3、细集料：浏阳市高坪马鞍碎石场（0~2.36mm）； 4、矿粉：浏阳市洞阳镇龙洞阳山石灰厂；

沥青、矿粉、细集料、粗集料试验结果如表3.0-1至表3.0-4

表3.0-1 沥青试验结果汇总表 试验项目 单位 试验结果 56 ＞100 51 1.011 +0.53 -0.124 65.2 38.1 319 技术要求 40~60 ≥80 ≥49 实测 -1.5~+1.0 -0.8～+0.8 ≥63 ≥4 ≥260 针入度（25℃,100g，5S） 0.1mm 延度（5cm/min，15℃） 软化点（环球法℃） 相对密度（25℃） 针入度指数PI TFOT薄质量损失 膜加热试验针入度比 (163℃，5h) 闪点（COC） 延度（15℃） ㎝ ℃ / / % % cm ℃ 表3.0-2 矿粉试验结果汇总表 试验项目 表观密度（g/cm） 表观相对密度 <0.6mm (%) 粒度范围 <0.15mm (%) <0.075mm (%) 外观 亲水系数 塑性指数 3试验结果 2.738 2.732 100 97.4 79.1 无团粒结块 0.79 3.4 技术要求 ≥2.5 -- 100 90~100 75~100 无团粒结块 <1 <4 表3.0-3 细集料试验结果汇总表 试验项目 表观相对密度 毛体积相对密度 试验结果 2.699 2.663 技术要求 ≥2.5 / 试验项目 砂当量（%） 棱角性(流动时间法S） 试验结果 71 48 技术要求 ≥65 ≥30

表3.0-4 粗集料试验结果汇总表 集料规格 试验项目 石料压碎值（%） 表观相对密度 毛体积相对密度 集料规格 试验项目 吸水率（%） 对沥青粘附性（级） 针片状含量（%） 软石含量（%） 坚固性 洛杉矶磨耗值 B类：14.2 7.2 9.3 0.5 3 A类：19.0 2.721 2.705 1# 0.22 2.724 2.698 2# 0.37 5 6.0 5.3 1# 2# 21.9 2.732 2.696 3# 0.49 2.742 2.685 4# 0.77 3# 4# 技术要求 ≤24 ≥2.6 技术要求 ≤2.0 5 ≤15 ≤3.0 ≤12 ≤28 4.0 设计集料结构的选择

4.1矿料的级配范围

Sup25混合料矿料级配限制区界限见表4.1-1，级配控制点见表4.1-2。

表4.1-1 Sup25设计集料级配限制区界限

筛孔尺寸(mm) 限制区范围(通过率%) 最小 最大 0.3 11.4 11.4 0.6 13.6 17.6 1.18 18.1 24.1 2.36 26.8 30.8 4.75 39.5 39.5 表4.1-2 Sup25设计集料级配控制点界限

筛孔尺寸(mm) 控制点范围(通过率%) 最小 最大 4.2初选级配

25 90 100 19 -- 90 2.36 19 45 0.075 1 7 依据Superpave设计的一般方法，在选择集料结构时，首先调试选出粗、中、细三个级配，根据集料的性质（密度和吸水率）计算出三个级配的初始用油量。然后用初始用油量成型试件。根据试验结果，计算出这三个级配的沥青混合料在空隙率为4%时所需的沥青用量及相应的沥青混合料其他性质，矿料间隙率（VMA）、饱

和度（VFA）、矿粉与有效沥青之比（F/A）、初始旋转次数的压实度（%Gmmat in）。表4.2-1为各种集料的筛分试验结果、三个调试级配料堆配合比以及三个试验级配各筛孔尺寸粒料通过率明细表，表4.2-2为估算沥青用量汇总表。

筛分级配曲线 60100908070 通过百分率(%) 504030201000.60.075 9.5190.150.34.7531.513.226.5表4.2-1 试验级配料堆配合比组成及试验级配 材料名称 级配1 级配2 级配3 筛孔 31.5mm 26.5mm 19.0mm 16.0mm 13.2mm 9.5mm 4.75mm 2.36mm 1.18mm 0.60mm 100.0 86.6 1.7 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 100.0 100.0 86.2 53.1 13.4 1.0 0.9 0.9 0.9 0.9 1#料 13 18 19 2#料 16 19 23 3#料 26 23 23 4#料 18 15 11 5#料 25 23 22 矿粉 2.0 2.0 2.0 级配1 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 93.2 55.3 39.0 27.1 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 98.3 85.0 79.6 69.9 51.2 36.9 22.2 13.3 9.2 级配2 100.0 97.6 79.7 73.2 62.7 45.6 33.2 20.1 12.4 8.7 1.18图4.2 三种试验级配曲线

通过率（%） 100.0 100.0 100.0 100.0 87.1 22.9 0.3 0.3 0.3 0.3 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 62.7 33.4 6.7 0.6 2.36筛孔尺寸(mm) 组合级配 级配3 100.0 97.5 78.1 70.4 58.3 40.6 29.8 18.3 11.7 8.5

0.30mm 0.15mm 0.075mm 0.8 0.8 0.8 0.9 0.9 0.9 0.3 0.3 0.3 0.6 0.6 0.6 19.3 14.4 11.2 98.9 97.4 79.1 7.2 6.0 4.8 6.9 5.7 4.6 6.7 5.6 4.5 表4.2-2 估算油石比汇总表 集料毛体积相对密度 Gsb 集料表观相对密度 Gsa 2.715 2.715 2.715 试验 级配 集料有效相对密度 Gse 2.709 2.709 2.709 集料吸有效沥青收沥青胶结料体胶结料积 体积 VbeVba （cm3/cm3）33 （cm/cm） 0.010 0.010 0.010 0.080 0.080 0.080 每立方厘米混合料中集料质量Ws（g/cm3） 2.358 2.3357 2.357 估算沥青油石比 Pbi（%） 1 2 3 2.685 2.684 2.682 3.8 3.8 3.8 4.3 试验级配的评价

根据各个级配的估算沥青用量，并结合设计经验拟用3.8%的油石比成型试件，沥青混和料的拌和温度和压实温度依据沥青试验中的粘温曲线，采用旋转压实仪成型试件，设定旋转压实仪的单位压力为0.6MPa。根据交通量数据（大于20000000次），选择压实次数N最初=8次，N设计=100次，N最大=160次。根据Superpave 的最新设计标准，在进行估算用油量成型试件时， 将旋转压实次数设定在N设计，本次试验为N设计=100次，估算沥青用量下各级配旋转压实试验结果汇总于表4.3-1。

表4.3-1 三种试验级配旋转压实试验结果汇总表 级配1 压实次数 试件1 N初始（8次）高度（mm） N设计（100次）高度（mm） 空气中重（g） 水中重（g） 饱和面干重（g） 毛体积相对密度 最初压实度（%） 试件2 试件1 试件2 试件1 试件2 级配2 级配3 123.1 110.9 4667.5 2767.4 4682.4 2.437 85.0 128.5 113.7 4667.5 2764.7 4680.8 2.436 126.3 112.9 4668.5 2767.2 4679.3 2.442 86.0 126.5 113.1 4670.2 2771.3 4680.5 2.446 123.7 111.2 4682.8 2795 4691.4 2.469 87.1 125.4 111.8 4702.3 2802.3 4711.8 2.463

设计次数压实度（%） 最大理论相对密度 95.5 2.549 96.0 2.547 97.5 2.530 表4.3-2 三种级配估算油石比试验结果评价表

级配 1 2 3 4.0%空隙率 油石比（％） 3.8 3.8 3.8 Superpave标准 VMA（％） （设计次数） 12.8 12.3 11.6 不小于12.0 VFA（％） （设计次数） 64.9 68.0 78.1 65～75 粉/有效沥青比例 0.97 1.15 1.29 0.6～1.2 初始次数 压实度（％） 85.0 86.0 87.1 ≤89.0 表4.3-2为三种级配油石比试验结果评价表。依据表4.3-2的评价指标，可以得出级配2均满足Superpave 设计要求，本次选择级配2为设计级配。 4.4 选择设计级配的沥青用量

设计级配确定后，根据Superpave 设计方法，一般选择四种油石比，它们分别为Pb、Pb±0.5%、Pb±1%。由表4.4-1取Pb为3.8%，根据实际设计经验，5个油石比分别为：2.8%、3.3%、3.8%、4.3%、4.8%。在进行确定选择级配油石比的试验时，压实次数应设定在N设计，本次N设计=100次。

表4.4-1 设计级配四种油石比试验结果汇总表

油石比（%） 理论最大相对密度 试件编号 高度(mm) 8次 100次 1 2.8 2.570 2 1 3.3 2.548 2 1 3.8 2.532 2 1 4.3 2.511 2 1 4.8 2.511 2 125.8 126.7 124.5 123.6 112.9 4748.5 2813.8 4760.8 125.2 126.5 125.4 112.8 4705.2 2796.5 4729.5 113.1 4663.2 2764.2 4672 112.3 4663.8 2771.5 4677.3 126.2 125.7 124.5 112.4 4686.1 2788.8 4695.8 112.1 4685.2 2781.5 4692.3 113.1 4702.3 2799.8 4708.9 113.2 4657 2758.5 4680.8 112.3 4657.5 2756.1 4679.5 112.4 4628.8 2747.1 4650 空气中重（g） 水中重（g） 饱和面干重（g） 毛体积相对密度 初始压实度（%）

2.423 2.421 2.432 2.434 84.5 85.8 2.444 2.447 2.457 86.1 2.452 2.463 2.462 88.0 86.9

设计压实度（%） 94.2 95.2 96.0 97.3 98.3

图4.4 体积指标与沥青用量关系曲线

根据表4.4-1中，2.8%、3.3%、3.8%、4.3%、4.8%五个油石比的体积性质，通过图表插值法（见下表）得到设计油石比为3.8%及其对应的体积性质（见表4.4-2中油石比3.8%）。

表4.4-2五种油石比混和料体积性质汇总表： 油石比 （%） 2.8 3.3 3.8 4.3 4.8 在设计压实次数100次时 孔隙率 VV% 5.8 4.8 4.0 2.7 1.7 矿料间隙率VMA% 12.4 12.3 12.3 12.4 12.6 有效沥青饱和度VFA% 52.9 61.2 68.0 78.2 86.5 1.60 1.33 1.15 1.03 0.92 84.5 85.8 86.1 86.9 88.0 粉胶比 DP% 初始次数压实度% 4.5 最佳沥青用量体积指标验证

依据第4.4节中得到的设计油石比3.8%，采用油石比3.8%成型试件，验证采用3.9% 的油石比在压实次数设定在N最大时（本次N最大=160次）对应的体积性质指标，试验结果汇总于表4.0-7。

表4.0-7 设计油石比验证试验结果表

在压实次数时 油石比（％） 压实度（％） 矿料间隙率（设计次数） （VMA％） 3.8 Superpave标准 95.9 95.9 96.0 10.8 10.9 ≥12 饱和度 （VFA％） 79.6 78.0 65～75 粉胶比（F/A） 1.15 1.15 0.6～1.2 初始压实最大压实度（%） 度（％） 86.0 85.6 ≤89 97.8 97.6 ≤98 4.6设计结果

通过以上试验和分析，级配2为设计级配，配合比为1#:2#:3#:4#:5#:矿粉=20%:14%:31%:10%:21%:4%。其对应的混合料特性如表4.6。

表4.6 混合料体积性质表

混合料特性 空隙率（%） 矿料间隙率（%） 饱和度（%） 粉胶比 初始旋转次数（8）压实度 最大旋转次数（160）压实度 设计结果 4.0 12.3 68.0 1.15 86.1 97.8 Superpave标准 4.0 ≥12 65～75 0.6～1.6 ≤89 ≤98 5.0 马歇尔试验结果汇总表

依据Superpave设计方法得到的沥青混合料，采用马歇尔试验方法成型试件，得到对应的马歇尔指标，试验结果汇总于表5.0。

表5.0 Sup25马歇尔试验技术指标表

试验项目 击实次数（次） 稳定度（kN） 流值（Cm） 空隙率（%） 沥青饱和度（%） 矿料间隙率（%） 试验结果 正反各75次 10.87 2.85 5.5 68.0 12.3 指导意见要求 正反各75次 ≥8.0 2.0～4.0 4.5～6 60～70 ≥12 6.0 水稳定性试验

为了检验Sup25沥青混合料的抗水损害能力，按照有关规范进行了水损害试验，试验结果汇总于表6.0。

表6.0 AASHTO T283试验结果

混合料类型 非条件 空隙率 （%） 7.0 Sup25 6.8 6.8 6.7 平均值 6.8 劈裂强度（MPa） 0.81 0.88 0.83 0.71 0.81 空隙率 （%） 6.6 7.0 6.9 6.7 6.8 条件 劈裂强度(MPa) 0.76 0.71 0.65 0.78 0.73 89.8 ≥80 TSR*要求（%） （%） 7.0 室内配合比设计结论

根据取样的集料、矿粉、沥青等原材料，按照美国Sup 25设计标准进行室内配合比设计，得到的最佳沥青用量为3. 75%（油石比为3.8%）。通过浸水马歇尔试验可知，该级配配制的沥青混合料抗水害性能良好。因此本次目标配合比设计可作为工地生产配合比设计依据见表7.1。

7.1设计油石比及矿料比例

矿料名称及比例（%） 油石比（%） 3.8 1# 18 2# 20 3# 24 4# 11 5# 23 矿粉 4 8.0 生产配合比验证

在沥青混合料目标配合比确定后，针对间歇式热拌沥青拌合楼的工作特点（冷料→燃烧筒→振动筛→热料仓），经过热料仓取料二次筛分，优化级配，依据美国Superpave沥青混合料设计标准进行设计，并依据我国《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）的要求进行马歇尔试验验证，最终确定生产配合比。

8.1 原材料试验

表8.1-1 沥青试验结果汇总表 试验项目 单位 试验结果 57.3 96 50.9 1.011 +0.56 -0.124 65.2 38.1 319 技术要求 40~60 ≥80 ≥49 实测 -1.5~+1.0 -0.8～+0.8 ≥63 ≥4 ≥260 针入度（25℃,100g，5S） 0.1mm 延度（5cm/min，15℃） 软化点（环球法℃） 相对密度（25℃） 针入度指数PI TFOT薄质量损失 膜加热试验针入度比 (163℃，5h) 闪点（COC） 延度（15℃） ㎝ ℃ / / % % cm ℃ 表8.1-2 矿粉试验结果汇总表 试验项目 表观密度（g/cm） 表观相对密度 <0.6mm (%) 粒度范围 <0.15mm (%) <0.075mm (%) 外观 亲水系数 塑性指数 3试验结果 2.724 2.732 100 95.5 78.6 无团粒结块 0.56 3.8 技术要求 ≥2.5 -- 100 90~100 75~100 无团粒结块 <1 <4 表8.1-3 细集料试验结果汇总表 试验项目 表观相对密度 毛体积相对密度 试验结果 2.705 2.669 技术要求 ≥2.5 / 试验项目 砂当量（%） 棱角性(流动时间法S） 试验结果 67 48 技术要求 ≥65 ≥30

表8.1-4 粗集料试验结果汇总表 集料规格 试验项目 石料压碎值（%） 表观相对密度 毛体积相对密度 集料规格 试验项目 吸水率（%） 对沥青粘附性（级） 针片状含量（%） 软石含量（%） 坚固性 洛杉矶磨耗值 B类：14.2 9.7 8.2 0.5 3 A类：19.0 2.726 2.710 1# 0.22 2.729 2.702 2# 0.36 5 12.3 / 1# 2# 21.4 2.737 2.701 3# 0.48 2.747 2.690 4# 0.77 3# 4# 技术要求 ≤24 ≥2.6 技术要求 ≤2.0 5 ≤15 ≤3.0 ≤12 ≤28 8.2 SUP25沥青混合料技术要求

Sup25混合料矿料级配限制区界限见表4.1-1，级配控制点见表4.1-2。

8.2.1 SUP25生产级配

SUP25沥青混合料级配

规格名称 掺配比例(%) 级配A 筛孔（mm） 31.5 26.5 19.0 16.0 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.60 0.30 0.15 100.0 84.2 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 100.0 100.0 84.7 30.3 4.0 1.5 1.1 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 22~29mm 15~22mm 热料仓 7~15mm 3.5~7mm 0~3.5mm 矿粉 合成级配(%)自配比例 100.0 97.2 79.0 66.2 57.1 43.0 33.7 23.1 17.2 11.2 9.0 7.5 18 20 24 100.0 100.0 100.0 92.2 76.2 19.5 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 11 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 57.8 12.7 6.8 5.0 5.0 5.0 23 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 75.9 52.7 27.7 18.1 12.5 4 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 95.2 通过率（%）

0.075 0.3 0.7 0.4 3.5 9.7 78.8 6.1 表8.3 设计级配四种油石比试验结果汇总表

油石比（%） 理论最大相对密度 试件编号 高度(mm) 8次 100次 1 125.8 112.9 4748.5 2813.8 4760.8 2.423 2.8 2.570 2 126.7 113.2 4657 2758.5 4680.8 2.421 1 124.5 112.3 4657.5 2756.1 4679.5 2.432 3.3 2.548 2 123.6 112.4 4628.8 2747.1 4650 2.434 1 125.2 112.8 4705.2 2796.5 4729.5 2.444 3.8 2.532 2 126.5 113.1 4663.2 2764.2 4672 2.447 1 125.4 112.3 4663.8 2771.5 4677.3 2.457 4.3 2.511 2 126.2 112.4 4686.1 2788.8 4695.8 2.452 1 125.7 112.1 4685.2 2781.5 4692.3 2.463 4.8 2.511 2 124.5 113.1 4702.3 2799.8 4708.9 2.462 空气中重（g） 水中重（g） 饱和面干重（g） 毛体积相对密度 初始压实度（%） 设计压实度（%） 油石比 （%） 2.8 3.3 3.8 4.3 4.8 84.5 94.2 85.8 95.2 86.1 96.0 86.9 97.3 88.0 98.3 表8-4五种油石比混和料体积性质汇总表： 在设计压实次数100次时 粉胶比 孔隙率 VV% 5.8 4.8 4.0 2.7 1.7 矿料间隙率VMA% 12.4 12.3 12.3 12.4 12.6 有效沥青饱和度VFA% 52.9 61.2 68.0 78.2 86.5 DP% 1.60 1.33 1.15 1.03 0.92 初始次数压实度% 84.5 85.8 86.1 86.9 88.0 Sup25马歇尔试验技术指标表 试验项目 击实次数（次） 稳定度（kN） 流值（Cm） 空隙率（%） 沥青饱和度（%） 矿料间隙率（%）

试验结果 正反各75次 10.87 2.85 5.5 68.0 12.3 指导意见要求 正反各75次 ≥8.0 2.0～4.0 4.5～6 60～70 ≥12

9 结论

通过以上试验结果得出，大浏高速路面27合同段SUP25生产配合比为： 1#：2#: 3#: 4#: 5#: 矿粉 ：沥青 = 18：20：24：11：23：4：3.8

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