沥青级配设计最佳油石比

习题二：1、广东省某高速公路沥青路面为三层式结构，中面层结构为AC-20C，设计要求为：设计空隙率VV（%）为3～6、稳定度（kN）为：不小于8，流值（mm）为：1.5—4，矿料间隙率VMA（%）为：不小于13.5，饱和度VFA（%）为：65—75。

所用材料如下：AH-70普通沥青，相对密度为1.033，所用矿料筛分结果及AC-20C级配范围见表1，矿料密度见表2。

马歇尔体积参数见表3，试根据《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）马歇尔设计方法进行AC-20C级配设计并确定最佳油石比。

表2 矿料密度
1、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。

根据对代表性集料筛分结果,拟定矿料的配合比为1#：2#：3#：矿粉=43：26：30.5：0.5。

根据代表性集料筛分结果，合成级配如表3.
表3 AC-20C级配各档料比例及合成级配
图1 AC-20C级配曲线图
2、确定最佳沥青用量
双永高速公路沥青下面层AC-20C级配沥青混合料，采用马歇尔试验确定沥青混合料的最佳油石比。

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 052－2000)的要求，估计最佳油石比为中值，以0.5%间隔变化油石比，配置5种不同的油石比成型试件，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油石比。

2.1、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γb（25℃/25℃），等，根据公式：
(1) ωx=（1/γsb-1/γsa）*100=（1/2.887-1/2.938）*100=0.60
(2) C=0.033ωx2-0.2936ωx+0.9339=0.77
(3) γse=C*γsa+(1-C)*γsb =2.926
(4) γti =(100+Pai)/(100/γse+Pai/γb)
计算可得不同油石比对应的最大理论相对密度如下表：
表4最大理论相对密度
2.2、马歇尔击实
根据已确定的合成级配配制合成矿料，并按规程JTJ052-2000试验方法拌制混合料进行马歇尔击实，用马歇尔试验确定最佳油石比，分别以油石比3.09%，4.62%，4.16%，4.70%，5.25%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，其结果表6：
表5沥青混合料试验指标
2.3、绘制VMA、VFA、密度、马歇尔稳定度、流值与油石比关系如图：
图2 密度与油用量关系
图3 稳定度与油石比关系图
图4 空隙率与油石比关系
图5 流值与油石比关系图
图6 矿料间隙率与油石比关系图
图7 饱和度与油石比关系图
稳定度 空隙率 流值 饱和度 矿料间隙率 共同范围
2.6根据试验结果，因密度无最大峰值，故OAC1取目标空隙率5.0%时所对应的油用量为
3.75%。

再从图可得OACmin = 3.90%，OACmax=
4.60%。

则OAC2=（OACmin+OACmax ）/2=4.25%，即此目标配合比最佳油用量OAC=(OAC1+OAC2)/2=4.00%，即最佳油石比为OAC=4.16% 故我部确定其最佳油石比为4.16%,即最佳沥青用量为4.0%。

并对该油石比进行验证试验结果如下表：
2.7、检验最佳油石比时的粉胶比 γse=C*γsa+(1-C)*γsb =2.926
Pba=(2.926-1.026)/(2.926*2.887)* 1.026*100=23.1% Pbe=4.00-23.1/100*0.956=3.78 FB=P0.075/ Pbe=4.5/3.78=1.19 FB 在0.8-1.2之间 符合要求
2.8、有效沥青膜厚度
SA=4.01m2/kg
DA=3.78/(1.026*4.01)*10=9.19μm
3、配合比的设计检验
3.1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个试件。

一组在60℃水浴中保养0.5h后测其马歇尔稳定度S1；另一组在60℃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/ S1×100%。

试验结果如下表10。

表10 浸水马歇尔稳定度试验结果
浸水马歇尔残留稳定度见上表为89.3 % ，符合设计及规范要求。