毕业设计（论文）上面层AC16型沥青混合料配合比设计

HUNAN GONGCHENG ZHIYE JISHU XUEYUAN 上面层上面层 AC-16AC-16 型沥青混合料配合比设计型沥青混合料配合比设计姓姓 名：名： 专专 业：业： 道路桥梁工程技术 班班 级：级： 指导教师：指导教师： 湖湖南南工工程程职职业业技技术术学学院院大浏高速公路上面层上面层 AC-16AC-16 型沥青混合料配合比设计型沥青混合料配合比设计姓姓 名：名： 专专 业：业： 道路桥梁工程技术 班班 级：级： 指导教师：指导教师： 二二一一一一年年三三月月前言前言通过这次毕业设计，将我近三年所学的专业知识得到综合作用，同时也得到了综合考察，通过设计我不仅知道学知识要全面掌握外，还要能够综合运用，并结合所学的有关知识才能完成。所以，经过这次毕业设计，在这些方面都有了很大的进步和提高。课本上学的知识都是最基础的内容，所运用的模型和原理也是最简单的类型。但随着我国建筑行业的日趋规范和完整以及人民群众对建筑安全、合理、经济的更高要求，工程上很容易出现各种问题和疑惑，如何快速正确地处理好这些问题？我想，那便是运用我们所学的知识和原理，根据问题具体找出“瓶颈”所在，找到突破口去解决好。其实，这些基本知识和原理很多我们都学过，但如何将他们联系起来，用于解决和、工程中的实际问题，则需要我们在实践中不断学习和总结 毕业设计是培养我们学生综合应用所学知识，分析和解决实际问题，锻炼创新能力的重要环节，是我们学生综合素质教育与工程实践能力的培养效果的全面检验。 本次设计我把整个过程分成四个主要部分，第一部分是原材料试验，选好设计所需的材料并一一进行相应过程的检验，只有选好合格的材料才能更好的按照要求顺利的完成本次设计。本次设计所需的材料有沥青、集料（包括砂石料等） 、填料。单个材料试验检测合格后再检测沥青与集料混合料试验。第二部分是 AC-16 型沥青混凝土配合比设计，只要从原材料筛分及合成级配、矿料合成级配、马歇尔试验等步骤出发。第三部分是设计总结，只要写出本次设计过程中在收获及心得。总后部分是列出本次设计所参照在文献。 目目 录录绪 论1一、原材料试验31、沥青试验32、集料试验43、填料试验64、沥青与集料的试验6二、AC-16 型沥青混凝土配合比设计7三、结论15四、参考文献161绪 论一、设计思路由于本项目沿线地处华南沿海暴雨区，降雨充沛，雨量集中，历时降雨强度大，多年年平均降水量 1638.5mm，年最大降水量 2000mm，雨季(39 月份)降水量占年降水量的 81，多年平均蒸发量 14001600mm；本地区年平均气温 13.722.6，最高月平均气温 30，最低月平均气温-5。根据沥青路面使用性能气候分区属夏炎热冬温潮湿区（1-4-1） 。同时根据本项目工可报告提供的交通量预测，设计年限内一个车道上的累计当量轴次为 2.3107次，属于重交通，未来重载超载对路面的影响较大。基于以上两个因素，我部在进行上面层目标配合比设计时，主要考虑沥青混合料的抗高温性能及抗水损害的能力，同时作为表面层，其抗滑性能也是需要重点考虑的路用性能。因此，我部在进行矿料合成级配设计时，考虑通过提高 4.75mm 以上碎石含量，使粗集料之间形成骨架嵌挤结构，以提高抗高温车辙的能力，并适当减小 9.5mm 以上粗集料的用量，提高混合料的均匀性和施工均匀性，减少路面施工离析造成的局部渗水；同时，通过增大 1.18mm 以下细集料的含量，使细集料充分填充粗集料间隙，并结合省内已有经验，以 4.55作为设计目标空隙率，混合料沥青饱和度控制在6570之间，既形成密水结构，避免早期水损害发生，又可避免路面经过行车荷载再压密后，剩余空隙率过小、沥青用量偏大出现泛油现象。由于路面的微观构造制约着轮胎与路面之间的湿抗滑力水平，而路面的宏观构造控制着湿抗滑力随车速提高而下降的比率，因此，路面的抗滑能力是由路面的宏观构造和微观构造决定的。为此，首先需要采用磨光值高、压碎值（冲击值）和磨耗值低的石料作上面层的主骨料以形成良好的微观结构；同时优选级配并采用合理的施工工艺以形成大的宏观结构。二、设计内容1. 按公路工程集料试验规程 （JTG E42-2005）和公路工程沥青及沥青混合料试验规程 （JTJ052-2000）对原材料的各项物理力学指标进行试验并判断材料的性能。22. 按集料的筛分结果，按公路沥青路面施工技术规范 （JTG F40-2004）中对AC-16 型沥青混凝土矿料级配范围的要求，对其进行矿料组成设计，并以 4.75mm 通过率为关键性筛孔通过率，提出 AC-16 沥青混合料目标配合比设计方案。3. 按公路沥青路面施工技术规范 （JTG F40-2004）和公路工程沥青及沥青混合料试验规程 （JTJ052-2000）的规定，AC-16 型沥青混凝土设计方案进行马歇尔试验，并确定出最佳用油量。4. 依据确定的最佳沥青用量，对 AC-16 型沥青混凝土设计方案 60和 70的车辙试验。5. 依据确定的最佳沥青用量，对 AC-16 型沥青混凝土设计方案进行水稳定性试验。6. 依据确定的最佳沥青用量，对 AC-16 型沥青混凝土设计方案进行渗水试验。7. 依据确定的最佳沥青用量，对 AC-16 型沥青混凝土设计方案进行抗滑性能试验。3配比设计过程配比设计过程一、原材料试验一、原材料试验1、沥青试验按设计要求，抗滑层沥青选用 SBS 改性沥青。改性沥青试验严格按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程JTJ 052-2000 的要求和方法进行，改性沥青性能指标试验结果见表 1 所列。试验结果表明，该 SBS 改性沥青已检测的性能指标除运动粘度偏大外，其余指标均能满足现行规范及本项目相关技术文件要求。沥青粘度增大（3Pa.s） ，软化点提高，有利于改善沥青的感温性，但生产时，易造成拌和楼输油管道的堵塞，应加强输油管道的疏通工作。 壳牌新粤（佛山）SBS 改性沥青试验结果 表 1项 目试验结果设计要求试验依据针入度（25，100g， 5s，0.1mm）584060针入度指数 P.I1.70.5T0604-2000延度（5cm/min，5，cm）33.525T0605-1993软化点（）87.370T0606-2000运动粘度（135，Pa.s）3.43T0625-1993闪点（）230230T0611-1993溶解度（）99.599.0T0607-1993弹性恢复（5cm/min，25，）8580.0T0662-2000贮存稳定性离析，48h 软化点差（）0.12.5T0661-2000密度（15，g/cm3）1.036实测相对密度（25）1.031实测T0603-1993旋转薄膜加热试验（163，5h）质量损失（）0.30.8T0610-1993残留针入度比（）87.465T0604-2000残留延度（5cm/min，5，cm）22.420T0605-1993注：不能保证连续施工时，应按相关技术文件要求频率对进场沥青的贮存稳定性进行检测。注：不能保证连续施工时，应按相关技术文件要求频率对进场沥青的贮存稳定性进行检测。2、集料试验本项目上面层 AC-16 型沥青混合料目标配合比设计试验所采用的集料为增城三江三和石场生产的角闪岩，集料粒径规格分别为 S10（1015mm） 、S11（510mm） 、S14（35mm）和 S16（03mm） ，如图 1图 4。4 图 1 1015mm 碎石 图 2 510mm 碎石 图 3 35mm 碎石 图 4 03mm 石屑图 1图 4 为增城三江三和石场碎石加工现场，该石场堆料场地较小，场地硬化不充分，缺少必要的排水设施，除尘效果较差。因此为保证本项目上面层矿料质量及连续施工时供料及时，建议尽快落实石场配套设施建设，并要求施工单位提前备料。矿粉为从化吕田生产的石灰岩矿粉；水泥采用“粤花”牌 32.5 水泥；沥青为壳牌新粤（佛山）沥青有限公司生产的 SBS 改性沥青。集料试验严格按照公路工程集料试验规程 （JTG E42-2005）的要求和方法进行，粗、细集料试验结果分别见表 2、表 3 所列。5 粗集料试验结果 表 2试验项目单位试验结果规范标准试验依据洛杉矶磨耗损失10.428T03172005磨光值BPN4542T03212005压碎值9.720T03162005粘附性级54T061619931015mm 碎石2.875510mm 碎石2.878表观相对密度35mm 碎石-2.8572.60T030420051015mm 碎石0.42吸水率510mm 碎石0.502.0T03072005坚固性-12T03142000冲击值-28T03222000软石含量-1T03202000针片状颗粒含量（混合料）其中粒径大于 9.5mm其中粒径小于 9.5mm7.25.68.110812T031220051015mm 碎石0.2510mm 碎石0.3水洗法0.075mm 颗粒含量35mm 碎石0.21T031020051015mm 碎石2.840各种集料的毛体积相对密度510mm 碎石-2.837-T03042005 细集料试验结果 表 3试验项目单位试验结果规范标准试验依据表观相对密度-2.8642.50T03282005砂当量6160T03342005坚固性-12T03402005亚甲蓝值g/kg-25T03492005棱角性(流动时间)s-30T03452005注：石屑的砂当量值偏低，应加强碎石生产过程中的除尘效果，减少已开采碎石被山体泥土污染。注：石屑的砂当量值偏低，应加强碎石生产过程中的除尘效果，减少已开采碎石被山体泥土污染。3、填料试验填料试验结果见表 4 所列。试验结果表明，本项目采用的填料技术指标满足现行6规范标准要求。 矿粉及水泥技术指标 表 4试验项目单位试验结果规范标准试验依据矿粉2.7732.50表观相对密度水泥t/m33.050T0352-2000矿粉亲水系数-0.871T0353-2000含水量0.091T0332-2005塑性指数-24T0354-2000粒度范围0.6mm0.15mm0.075mm100(100)93.5(100)79.5(99.5)1009010075100T0351-2000 注：括号内数值为水泥粒度范围。注：括号内数值为水泥粒度范围。4、沥青与集料的粘附性试验本试验采用 T0616-1993 中水煮法，在两种情况下对改性沥青与粗集料的粘附性进行试验，一种为常规试验，另一种是先用粗集料与水泥进行裹覆后再与沥青进行粘附性试验，试验结果见表 5 所列。试验结果表明，集料与沥青的粘附性等级满足设计要求。尽管通过试验不采取抗剥落措施时，集料与沥青的粘附性仍能满足设计要求，但为了增强集料与沥青的粘附能力，提高上面层的抗水损害能力，建议上面层改性沥青混合料生产时添加 1.52.0水泥代替部分矿粉，同时通过添加水泥提高沥青胶浆的劲度模量，亦可改善上面层的抗永久变形能力和承载能力。 改性沥青与集料粘附性试验结果 表 5改性沥青与集料粘附性试验条件试验前未用水泥裹覆试验前用水泥裹覆试验后石料表面上沥青膜剥落情况集料棱角处沥青膜有轻微剥离，但少于 10沥青膜无剥离粘附性等级55备注所用石料为角闪岩，沥青为 SBS 改性沥青注：该集料与注：该集料与 SBSSBS 改性沥青的粘附性能满足规范及本项目相关文件要求。改性沥青的粘附性能满足规范及本项目相关文件要求。 7二、二、AC-16AC-16 型沥青混凝土配合比设计型沥青混凝土配合比设计1）原材料筛分及合成级配AC-16 型沥青混凝土合成矿料级配组成 表 6原材料级配通过百分率()筛孔尺寸(mm)1015mm碎石510mm碎石35mm碎石03mm石屑矿粉水泥合成级配()规范推荐范围()26.5100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 10010019100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 1001001699.6 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 99.9 10010013.287.8 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 97.6 901009.510.7 98.5 100.0 100.0 100.0 100.0 81.6 68854.750.7 0.5 94.3 100.0 100.0 100.0 46.0 38682.360.4 0.3 27.2 88.5 100.0 100.0 32.9 24501.180.4 0.3 11.1 64.7 100.0 100.0 24.1 15380.60.4 0.3 4.3 41.3 100.0 100.0 16.6 10280.30.4 0.3 2.3 28.7 99.2 100.0 12.9 7200.150.4 0.3 1.5 17.4 93.5 100.0 9.5 5150.0750.4 0.3 0.0 6.6 79.5 99.5 6.0 48掺配比例()20.033.514.527.52.52.02）矿料合成级配曲线如图 5 所示。图 5 AC-16 型矿料合成级配曲线图 3）马歇尔试验结果及最佳沥青用量确定8AC-16 马歇尔试验结果见表 7。 AC-16 马歇尔试验结果 表 7试件密度试件组号油石比()实测理论空隙率()矿料间隙率()沥青饱和度()稳定度(KN)流值(0.1mm)13.52.4612.7059.016.645.514.9725.524.02.5072.6846.615.457.216.2428.634.52.5162.6645.515.564.320.8036.345.02.5392.6444.015.273.818.1732.455.52.5482.6242.915.380.916.5739.0技术要求-4610+设计空隙率65758.01540注：注：1)1)沥青加热温度控制在沥青加热温度控制在 160160165165；矿料加热温度为；矿料加热温度为 190190200200；混合料拌和温度为；混合料拌和温度为 170170，上下浮动，上下浮动55；击实温度为击实温度为 160160165165；混合料废弃温度；混合料废弃温度 195195；2)2)沥青混合料理论最大相对密度是通过计算法算出。沥青混合料理论最大相对密度是通过计算法算出。最佳沥青用量确定由表 7 得出的油石比与各项测定指标的关系曲线如图 6 所示。2.4502.4602.4702.4802.4902.5002.5102.5202.5302.5402.5503.54.04.55.05.5油石比（%）毛体积相对密度12.0013.0014.0015.0016.0017.0018.0019.0020.0021.0022.003.54.04.55.05.5油石比（%）稳定度（KN）2.02.53.03.54.04.55.05.56.06.57.07.58.08.59.09.510.03.54.04.55.05.5油石比（%）空隙率（%） 1520253035404550556065703.54.04.55.05.5油石比（%）流值（0.1mm）940.045.050.055.060.065.070.075.080.085.03.54.04.55.05.5油石比（%）饱和度（%）14.614.815.015.215.415.615.816.016.216.416.616.817.03.54.04.55.05.5油石比（%）矿料间隙率（%）3.54.04.55.05.5油石比(%)稳定度(KN)空隙率(%)饱和度(%)流值(0.1mm)公共范围图 6 AC-16 目标配合比确定沥青用量图 根据曲线图，由于密度没有严格出现峰值，所以采用目标空隙率 4.5对应的油石比作为 OAC1，可以得到：OAC14.84 OAC2（4.49+5.08）/24.79各项指标均符合沥青混合料技术要求的沥青油石比范围为 4.495.08，最佳油石比的初始值 OAC1在此范围内。根据 OAC1和 OAC2，并结合湖南省高速公路建设的实际情况，确定 AC-16 目标配合比的最佳油石比为：OAC=4.8。当 OAC=4.8时，空隙率为 4.6，VMA 值为15.19，满足设计要求。4）最佳油石比马歇尔试验 10 AC-16 最佳油石比马歇尔试验结果 表 8试件密度试件组号油石比()实测理论空隙率()矿料间隙率()沥青饱和度()稳定度(KN)流值(0.1mm)14.82.5302.6524.615.3069.920.931.5技术要求-4610+设计空隙率65758.01540注：注：1)1)沥青加热温度控制在沥青加热温度控制在 160160165165；矿料加热温度为；矿料加热温度为 190190200200；混合料拌和温度为；混合料拌和温度为 170170，上下浮动，上下浮动55；击实温度为击实温度为 160160165165；混合料废弃温度；混合料废弃温度 195195；2)2)沥青混合料理论最大相对密度是通过计算法算出。沥青混合料理论最大相对密度是通过计算法算出。5）浸水马歇尔试验 AC-16 残留稳定度试验结果 表 9稳定度(KN)油石比()浸水时间试验结果平均值残留稳定度()19.2020.7722.4230min21.1920.9019.9118.1720.994.848h19.5019.64 94.0结论浸水马歇尔残留稳定度试验结果满足规范及本项目项目技术文件要求。6）冻融劈裂试验AC-16 冻融劈裂试验结果 表 10油石比()试验条件稳定度(KN)劈裂抗拉强度(MPa)冻融劈裂强度比()13.5913.8313.65未经受冻融循环15.311.39813.7413.7013.124.8经受冻融循环14.951.38198.8结论冻融劈裂试验结果满足规范及本项目项目技术文件要求。117）车辙试验 AC-16 车辙试验结果 表 11 车辙板尺寸：30030050mm 拌和温度：170 碾压温度：160行走距离：231cm 试验编号轮压(MPa)试验温度()动稳定度(次/mm)平均值(次/mm)108629545601016110190605875000.77057806446结论车辙试验结果满足规范及本项目项目技术文件要求。8）渗水试验 AC-16 渗水试验结果 表 12试验编号初始读数时间(s)初始读数(ml)终读数时间(s)终读数(ml)渗水系数(ml/min)平均值(ml/min)010018031070.0010018019030.0010018024046.748.9结论渗水试验结果满足规范及本项目项目技术文件要求。9）抗滑试验 AC-16 构造深度试验结果 表 13摊砂直径(mm)构造深度(cm) 2/31831 DTD 次数D1D2平均直径D(mm)测定值平均值185175180.00.98 180175177.51.01 175170172.51.07 1.02结论构造深度试验结果满足规范及本项目项目技术文件要求。12 AC-16 抗滑值试验结果 表 14温度 T()15温度修正值F-1温度 T 时测得的摆值(BPN)BTF12345平均标准温度 20时的摆值(BPN)20BF平均585758585857.856.8 575758585857.656.6 56.710）车辙板压实度试验对轮碾成型的车辙板进行抽取芯样，检测压实度，试验结果如下： AC-16 试件压实度试验结果 表 15以试验室试件密度作标准密度以理论最大相对密度作标准密度空中质量ma(g)水中质量mw(g)表干质量mf(g)试件毛体积相对密度标准密度压实度(%)平均(%)标准密度压实度(%)平均(%)1025.9615.61027.42.4912.53098.52.65293.91491.1892.31495.22.4732.53097.898.12.65293.393.61311）沥青膜有效厚度根据国外资料介绍，通常情况下连续密级配沥青混合料的沥青膜有效厚度宜不小于 6；国内有研究表明，沥青混合料中沥青膜厚度一般为 615，而且其在沥青混合料mm中的分布是不均匀的，如在不同的粒径集料中，细集料的沥青膜较粗集料厚，粗糙集料表面的沥青膜较光滑表面厚。按规范所列公式对本项目四个设计方案的沥青膜厚度进行计算，检验其是否满足不小于 6的要求，计算公式如下：m集料的比表面积： （1）iiFAPSA沥青膜有效厚度： （2）10SAPDAbbe沥青混合料中被集料吸收的沥青结合料比例： （3）100bsbsebsebaP沥青混合料中的有效沥青用量： （4）sbabbePPPP100式中：矿料的有效相对密度，无量纲；se 沥青的相对密度，无量纲；sb 沥青含量，；bP 各种矿料占沥青混合料总质量的百分率之和，即，。sPbsPP100计算结果见表 16、17 所列。14集料的比表面积 表 16筛孔尺寸(mm)191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075方案表面积系数FAi0.00410.00410.00820.01640.02870.06140.12290.3277集料比表面积总和SA(m2/kg)通过率(%)10099.997.681.64632.924.116.612.99.56.0 方案比表面积0.410.19 0.27 0.40 0.48 0.79 1.17 1.97 5.67 各方案沥青膜有效厚度计算结果 表 17根据说明中提到的本次上面层沥青混合料目标配合比设计思路，以满足高温稳定性、水稳定性和抗滑性能等为主要目的，综合考虑各方案沥青混合料性能指标。其矿料级配组成见表 18 所列。 AC-16 型沥青混凝土目标配合比级配组成 表 18集料规格1015mm510mm35mm03mm矿粉水泥最佳油石比配比()20.033.514.527.52.52.04.8方案方案 矿料的有效相对密度se2.868 沥青的相对密度b1.031材料的合成毛体积密度sb2.850 沥青混合料中被集料吸收的沥青结合料比例baP23.17沥青含量bP4.58各种矿料占沥青混合料总质量的百分率之和sP95.42沥青混合料中的有效沥青用量beP4.36集料的比表面积SA5.67沥青膜有效厚度DA7.4615三、结论毕业设计是本科学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次比较完整的给沥青路面设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际工程问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，抗压能力及耐力也都得到了不同程度的提升。这是我们都希望看到的也正是我们进行毕业设计的目的所在。虽然毕业设计内容繁多，过程繁琐但我的收获却更加丰富。我都是随着设计的不断深入而不断熟悉并学会应用的。和老师的沟通交流更使我从经济的角度对设计有了新的认识也对自己提出了新的要求。提高是有限的但提高也是全面的，正是这一次设计让我积累了无数实际经验，使我的头脑更好的被知识武装了起来，也必然会让我在未来的工作学习中表现出更高的应变能力，更强的沟通力和理解力。顺利如期的完成本次毕业设计给了我很大的信心，让我了解专业知识的同时也对本专业的发展前景充满信心。16四、参考文献1.公路自然区划标准 （JTJ 003-86）2.公路沥青路面设计规范 （JTG D50-2006）3.公路沥青路面施工技术规范 （JTG F40-2004）4.公路工程沥青与沥青混合料试验规程 （JTJ052-2000）5.公路工程集料试验规程 （JTG E42-2005）