大碎石瀝青混合料基層
目標配合比設計報告
山東大學
2023年7月
報告編寫人：劉樹棠
報告審核： 商慶森
山東大學土建與水利學院
道路與橋梁工程研究所蓋章
山東大學土建與水利學院
道路與橋梁工程研究所所長簽字
大碎石瀝青混合料基層
目標配合比設計報告
目前我國高速公路瀝青路面普遍採用半剛性基層結構，半剛性基層結構具有「足夠的強度、適宜的剛度、較小的變形、良好的抗裂性」等優點，採用半剛性的基層結構可以很好地解決瀝青路面的車轍問題，但其缺點也同樣突出，因水硬性材料收縮變形(溫縮、乾縮)，使基層容易開裂，進而造成較多的路面反射裂縫，這種裂縫已成為我國高等級公路瀝青路面的主要破壞型式，大大縮短了瀝青路面的使用壽命。
大碎石或大粒徑瀝青碎石混合料碎石基層作為路面柔性結構層，具有很強的柔性和變形能力。一方面，作為應力消散層，可以有效地減少路面結構中的應力集中現象，大大延緩路面反射裂縫的發生；另一方面，瀝青碎石基層可以與瀝青混凝土面層牢固粘結，並且由於其模量接近，使得路面結構受力更均勻。因此，柔性基層有更長的使用壽命。
柔性基層瀝青穩定碎石目標配合比的確定是關係到道路使用壽命的決定性因素。
大碎石或大粒徑瀝青碎石混合料是指集料最大粒徑為25～63㎜的瀝青混合料。大碎石瀝青混合料不同於我國傳統意義上的瀝青碎石，在我國路面基層中的應用尚處於剛剛試用階段。參考現行《瀝青路面施工及驗收規範》（gb 50092-96），並查閱一些國內外的一些相關資料進行了瀝青穩定碎石的目標配合比設計工作。
1 原材料試驗
1．1瀝青結合料效能試驗
試驗所用瀝青結合料為泰普克瀝青（ah-70），其試驗指標如下表1所示。
表1 泰普克瀝青效能檢測結果
可見，改性後的瀝青指標滿足規範要求，可以用作瀝青混合料的設計。
1．2 集料密度及篩分試驗
1.2.1 密度試驗
集料的密度試驗按現行試驗規程進行，表2列出了粗集料的試驗結果。
表2 石灰岩粗集料密度試驗
對於細集料及礦粉的結果見集料密度資料彙總表3。
表3 石灰岩集料密度試驗結果彙總
1.2.2 篩分試驗
對試驗用的各種集料進行篩分試驗，結果見表7。
1.3集料的力學性質測試
由於大碎石瀝青基層對集料的要求尚無成熟的規範要求可以參照，採用《公路瀝青路面施工技術規範》（修改稿）中面層的集料規範指標要求，作為基層集料要求標準。同時需要說明的是，目標配合比試驗所用集料為山東大學道路結構實驗室自備的材料。
1.3.1 粗集料
為了充分發揮瀝青穩定碎石中粗集料的骨架作用，粗集料必須使用堅韌、粗糙、有稜角的優質石料。為此對石灰岩粗集料進行了主要力學指標的測試，結果見表4。
表4 石灰岩集料力學指標
由上表可見，粗集料的各項指標均符合規範要求，可以在濰萊高速瀝青穩定碎石目標配合比設計中使用。
1.3.2 細集料
瀝青穩定碎石採用的細集料應繫乾淨、堅硬、堅韌、堅固並略帶有稜角性的顆粒，無粘土或混有泥土、粉土或其它有害物質的鬆散顆粒材料，而且應與瀝青有較好的粘結能力。為此，對石屑按要求進行了技術指標測試，試驗結果見表5。
表5 細集料技術性質
1.3.3填料
用於工程的礦粉作為填料應是乾燥、鬆散而且無泥土雜質和成團。礦粉的技術指標見表6。
表6 礦粉的技術性質
該礦粉的粒度範圍指標稍有不達標，但對混合料的級配設計並不會有影響，可以在濰萊高速瀝青穩定碎石基層目標配合比設計中使用。
2 材料配合比設計
2.1 礦料級配設計
大碎石瀝青混合料組成設計的乙個十分關鍵的環節是確定礦料級配範圍，若按招標檔案提供的級配範圍進行設計，則馬歇爾擊實試驗過程中粗集料擊碎現象嚴重，變換若干級配曲線，均是如此，因此不得已改變級配範圍。參考《公路瀝青路面施工技術規範》（修改稿），同時仍然考慮招標檔案的要求，選用級配範圍atb-30。按照《公路工程集料試驗規程》（jtj 058-2000）對提供的適合配atb-30的集料進行了篩分、合成級配及各組成用量百分比情況，見表5。
按照規範提供的馬歇爾試驗設計方法，級配設計時，設計1～3條級配曲線，做瀝青混合料效能試驗，只有當混合料試件的體積指標和混合料的高溫效能、水穩效能都滿足要求時，混合料的設計才告結束。按照此方法，本研究先初步設計了3條曲線。為減少試驗工作量，首先從一條級配曲線開始進行相關試驗，考慮到級配宜粗些，因此選用第3條曲線，其各篩孔的通過率見表7，級配曲線見圖1。
從該級配曲線來看，混合料的級配在atb-30範圍中值偏下，混合料較粗，有利於形成嵌擠骨架結構，具體的情況有待於試驗檢驗。在級配設計的過程中，充分考慮了集料的骨架性與密實性的關係，通過方案比選和試驗驗證，選擇了一條嵌擠性好、空隙率小的級配曲線。
表7 石灰岩礦料篩分與合成級配表
圖1 大碎石瀝青混合料礦料級配曲線圖
2.2 最佳瀝青用量的確定
根據各種材料配合比例，結合料採用泰普克瀝青,參考規範要求的瀝青範圍，按0.5％的間隔變化，取4個不同的瀝青用量，進行馬歇爾試驗。
瀝青混合料的拌和及壓實溫度是馬歇爾製件過程中非常關鍵的要素。適宜的拌和及碾壓溫度應根據粘溫曲線決定，根據已有工程經驗，瀝青結合料為泰普克瀝青時混合料拌和溫度為160℃-170℃，壓實溫度為140℃-150℃。據此本試驗拌和溫度採用165℃，擊實溫度採用145℃。
馬歇爾試驗的結果見表8，相應的曲線見圖2。
表8 試驗結果
圖 2 瀝青混合料各指標與瀝青用量關係
最佳瀝青用量的確定依據《公路瀝青路面施工技術規範》（修訂版）確定的方法進行，則最佳瀝青用量oac1=（3%+3%+3.3%+4%）/4=3.3%。
在確定最佳瀝青用量oac2時，需要確定滿足各指標標準。通過查閱相關文獻和資料，可參照表9進行。
表9 大碎石瀝青混合料馬歇爾試驗技術指標
從圖2看出，3%瀝青用量的密度最大，結合圖3，可以得到最佳瀝青用量oac2=（3%+4.3%）/2=3.65%。
圖 3 滿足各技術標準的瀝青用量範圍
最佳瀝青用量oac=（oac1+ oac2）/2=（3.3%+3.65%）/2=3.
5%，換算為油石比是3.6%。對應的瀝青混合料的馬歇爾密度為2.
463g/cm，空隙率為4.7%。
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