国道主干线广州绕城公路东段（珠江黄埔大桥）高速公路
中面层AC-20型沥青混合料
目标配合比设计报告
广州珠江黄埔大桥路面工程技术咨询项目部
二〇〇七年八月
国道主干线广州绕城公路东段（珠江黄埔大桥）高速公路
中面层AC-20型沥青混合料
目标配合比设计报告
试验人员：黄 涛 王 钊 刘煜
曾俊标 关志深
报告编写：黄 涛 王 钊 袁万杰 报告审核：孙长新
广州珠江黄埔大桥路面工程技术咨询项目部
二〇〇七年八月
目 录
说 明 .............................................................................................................. 1 一、原材料试验 ................................................................................................ 3 1. 沥青试验 .................................................................................................. 3 2. 沥青与集料的粘附性试验 ...................................................................... 3 3. 集料试验 .................................................................................................. 3 4. 矿粉试验 .................................................................................................. 5 二、AC-20型沥青混凝土目标配合比设计 .................................................... 6 1、中面层方案Ⅰ——“AC-20设禁区、控制点”................................... 6 2、中面层方案Ⅱ ........................................................................................ 11 3、中面层方案Ⅲ ........................................................................................ 16 三、AC-20型沥青混凝土目标配合比试验结果汇总表 .............................. 23 四、AC-20型沥青混凝土目标配合比推荐方案 .......................................... 24
说 明
一、设计依据
1. 《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2006） 2. 《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004） 3. 《公路工程沥青与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. 广东省交通厅粤交基函[2003]299号《关于加强我省高速公路一级公路沥青路面质量管理的通知》（2003.3）
6. 广东省交通工程质量监督站粤交监督[2002]106号《关于要求进一步加强沥青混凝土路面原材料及配合比质量管理的通知》（2002.5）
7. 国道主干线广州绕城公路东段（珠江黄埔大桥）两阶段施工图设计及修编
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；
2. 按集料的筛分结果，并按《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）中对AC-20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，提出三个设计方案；
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，分别对AC-20型沥青混凝土三个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，分别对AC-20型沥青混凝土三个设计方案进行60℃和70℃的车辙试验；
5. 依据确定的最佳沥青用量，分别对AC-20型沥青混凝土三个设计方案进行水稳定性试验；
6. 依据确定的最佳沥青用量，分别对AC-20型沥青混凝土三个设计方案进行渗水试验。
三、中面层拟采用的设计方案介绍
中面层AC-20型沥青混合料目标配合比采用三个设计方案进行比选：
方案Ⅰ：本方案矿料合成级配按照现行《公路沥青路面施工技术规范》（JTG
1
F40-2004）规定的级配范围并参考Superpave混合料设计方法设置禁区和控制点确定。
方案Ⅱ：本方案矿料合成级配按照现行《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）规定的级配范围确定，并介于方案Ⅰ、Ⅲ之间。
方案Ⅲ：本方案矿料合成级配按照现行《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）规定的级配范围并结合贝雷法对级配进行检验和调整后确定。
四、原材料选用
本项目中面层AC-20型沥青混合料目标配合比设计试验所采用的集料为佛山三水田野石料场生产的石灰岩，集料粒径规格分别为S9（10～20mm）、S11（5～15mm）、S14（3～5mm）和S16（0～3mm）；矿粉由石灰岩磨细制成；沥青为壳牌新粤（佛山）沥青有限公司生产的SBS改性沥青。
2
一、原材料试验
1. 沥青试验
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，沥青性能指标试验结果见表1所列。
壳牌新粤（佛山）SBS改性沥青试验结果 表1 项 目 针入度（25℃，100g， 5s，0.1mm） 针入度指数P.I 延度（5cm/min，5℃，cm） 软化点（℃） 运动粘度（135℃，Pa.s） 闪点（℃） 溶解度（%） 弹性恢复（5cm/min，25℃，%） 贮存稳定性离析，48h软化点差（℃） 密度（15℃，g/cm3） 相对密度（25℃） 试验结果 52 0.7 34.1 85.3 3.244 - 99.5 97.9 - 1.024 1.020 设计要求 40～60 T0604-2000 ≥0.5 ≥25 ≥70 ≯3 ≥230 ≥99.0 ≥80.0 ≯2.5 实测 T0603-1993 实测 T0610-1993 质量损失（%） 残留针入度比（%） 残留延度（5cm/min，5℃，cm） 0.3 87.4 22.4 ≯±0.8 ≥65 ≥20 T0604-2000 T0605-1993 旋转薄膜加热试验（163℃，5h） T0605-1993 T0606-2000 T0625-1993 T0611-1993 T0607-1993 T0662-2000 T0661-2000 试验依据 2. 沥青与集料的粘附性试验
本试验采用T0616-1993中水煮法，沥青与粗集料粘附性试验结果见表2所列：
沥青与集料粘附性试验结果 表2 沥青与集料粘附性 试验后石料表面上沥青膜剥落情况 沥青膜有少部分为水所移动，剥离面积百分率少于10% 备注 所用石料为石灰岩 粘附性等级 4 3. 集料试验
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，
3
粗、细集料试验结果分别见表3、表4所列。
粗集料试验结果 表3
试验项目 洛杉矶磨耗损失 压碎值 粘附性 10～20mm碎石 表观相对密度 5～15mm碎石 3～5mm碎石 10～20mm碎石 吸水率 5～15mm碎石 3～5mm碎石 坚固性 冲击值 软石含量 针片状颗粒含量（混合料） 其中粒径大于9.5mm 其中粒径小于9.5mm 水洗法＜0.075mm颗粒含量 10～20mm碎石 5～15mm碎石 3～5mm碎石 10～20mm碎石 各种集料的毛体 积相对密度 5～15mm碎石 3～5mm碎石 10～20mm碎石 各种集料的松装密度 5～15mm碎石 3～5mm碎石 10～20mm碎石 各种集料的干捣密度 5～15mm碎石 3～5mm碎石 t/cm3 t/cm3 - % % % % % % - 单位 % % 级 试验结果 - 19.8 4 2.745 2.742 2.749 0.30 0.37 0.78 - - - 10.1 9.3 10.9 0.6 0.7 0.2 2.722 2.714 2.689 1.478 1.491 1.554 T0309－2005 1.604 1.628 1.630 - - - T0304－2005 ≯1 T0310－2005 ≯12 ≯28 ≯5 ≯18 ≯15 ≯20 T0312－2005 T0314－2000 T0322－2000 T0320－2000 ≯2.0 T0307－2005 ≮2.50 T0304－2005 规范标准 ≯30 ≯25 ≮4 试验依据 T0317－2005 T0316－2005 T0616－1993
4
细集料试验结果 表4 试验项目 表观相对密度 毛体积相对密度 紧装密度 砂当量 坚固性 亚甲蓝值 棱角性(流动时间) 单位 - - g/cm3 % % g/kg s 试验结果 2.746 2.680 1.888 63 - - - 规范标准 ≮2.50 - - ≮60 ≯12 ≯25 ≮30 试验依据 T0328－2005 T0304－2005 T0331－1994 T0334－2005 T0340－2005 T0349－2005 T0345－2005 注：1)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；
2)石屑的毛体积相对密度是用筛出的2.36～4.75mm部分的毛体积相对密度代替。
4. 矿粉试验
矿粉试验结果见表5所列。 矿粉技术指标 表5
单位 g/cm3 - - - % % - 试验结果 2.768 2.773 无团粒结块 0.87 0.09 2 不变质 100 % 93.5 79.5 规范标准 ≮2.50 T0352-2000 表观相对密度 外观 矿粉亲水系数 含水量 塑性指数 加热安定性 粒度范围＜0.6mm ＜0.15mm ＜0.075mm - 无团粒结块 ＜1 ≯1 ＜4 实测结果 100 90~100 75~100 T0351-2000 - T0353-2000 T0332-2005 T0354-2000 T0355-2000 试验依据 试验项目 表观密度
5
二、AC-20型沥青混凝土目标配合比设计
1、中面层方案Ⅰ——“AC-20设禁区、控制点”
1）原材料筛分及合成级配
AC-20型沥青混凝土合成矿料级配组成（方案Ⅰ） 表6
原材料级配通过百分率(%) 筛孔 尺寸 (mm) 26.5 19.0 16.0 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075 10～20mm 碎石 37.0 100.0 94.9 70.8 23.6 1.0 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.6 0.6 5～15mm 碎石 26.0 100.0 100.0 100.0 99.7 79.0 4.7 0.8 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 3～5mm 碎石 8.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 78.6 0.8 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0～3mm 石屑 29.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 89.2 63.3 42.3 31.2 21.4 16.0 \\ 100.0 98.1 89.2 71.7 57.9 36.8 26.4 18.8 12.7 9.5 6.6 5.1 \\ 100～100 90～100 78～92 62～80 52～72 26～56 16～44 12～33 8～24 5～17 4～13 3～7 \\ 90～100 90 23～49 2～8 \\ 34.6 22.3～28.3 16.7～20.7 13.7 合成级配 (%) 规范推荐 范围(%) 控制点 禁区 2）矿料合成级配曲线
方案Ⅰ矿料合成级配曲线如图1所示。
6
1009080706050403020101.1800.62.3613.21631.50.0750.150.34.75筛孔尺寸(mm)上限控制点中值禁区AC-20目标禁区下限控制点26.537.59.519通过百分率(%) 图1 AC-20型（方案Ⅰ）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 ①AC-20（方案Ⅰ）马歇尔试验结果见表7。
AC-20（方案Ⅰ）马歇尔试验结果 表7 试件 组号 1 2 3 4 5 技术要求 油石比(%) 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 - 试件密度 空隙率(%) 实际 2.432 2.445 2.458 2.471 2.460 - 理论 2.588 2.569 2.551 2.553 2.515 - 6.0 4.8 3.7 2.5 2.2 3～6 矿料间隙率(%) 13.1 13.0 13.0 13.0 13.8 ≥9+设计空隙率 沥青饱和度(%) 54.0 63.0 71.9 81.0 84.0 65～75 稳定度(kN) 11.78 11.40 10.65 11.43 10.80 ≥8.0 流值 (0.1mm) 37.2 34.2 33.1 40.8 43.2 15～40 注：1)沥青加热温度控制在160～165℃；矿料加热温度为190～220℃；混合料拌和温度为175℃，上下浮动±5℃；击实温度为160～165℃；混合料废弃温度195℃；
2)沥青混合料理论最大相对密度是通过计算法算出。
②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2所示。
7
2.4752.46512.5012.00毛体积相对密度2.4552.4452.4352.4253.54.05.04.5油石比（%）5.5稳定度（KN）11.5011.0010.5010.003.54.04.5油石比（%）5.05.5
6.55.5流值（0.1mm）504540353025203.54.04.55.0油石比（%）5.53.54.04.5油石比（%）5.05.5空隙率（%）4.53.52.51.5
85.080.013.813.613.413.213.012.83.54.04.55.0油石比（%）5.53.54.04.5油石比（%）5.05.5饱和度（%）75.070.065.060.055.050.0矿料间隙率（%）
稳定度(KN)空隙率(%)饱和度(%)流值(0.1mm)公共范围3.544.5油石比(%)55.5
图2 AC-20目标配合比（方案Ⅰ）确定沥青用量图
8
根据曲线图，稳定度没有出现峰值，所以采用目标空隙率4.0%对应的油石比作为OAC1，可以得到：
OAC1=4.36%
OAC2＝（4.11%+4.67%）/2＝4.39%
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4.11～4.67%，最佳油石比的初始值OAC1在此范围内。
根据OAC1和OAC2，并结合广东省高速公路建设的实际情况，确定AC-20目标配合比（方案Ⅰ）的最佳油石比为：OAC=4.4%。当OAC=4.4%时，空隙率为3.8%，VMA值为13.0%，满足设计要求。
4）最佳油石比马歇尔试验
AC-20（方案Ⅰ）最佳油石比马歇尔试验结果 表8
试件 组号 1 技术 要求 油石比(%) 4.4 - 试件密度 空隙率(%) 实际 2.467 - 理论 2.554 - 3.4 3～6 矿料间隙率(%) 12.6 ≥9+设计空隙率 沥青饱和度(%) 72.9 65～75 稳定度(kN) 12.36 ≥8.0 流值 (0.1mm) 38.4 15～40 注：1)沥青加热温度控制在160～165℃；矿料加热温度为190～220℃；混合料拌和温度为175℃，上下浮动±5℃；击实温度为160～165℃；混合料废弃温度195℃； 2)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-20（方案Ⅰ）残留稳定度试验结果 表9 油石比 (%) 稳定度(kN) 浸水时间 试验结果 12.63 13.85 30min 10.95 12.00 12.36 4.4 10.52 12.41 48h 11.16 11.43 9.42 10.99 88.9 12.36 平均值 残留稳定度(%)
9
6）冻融劈裂试验
AC-20（方案Ⅰ）冻融劈裂试验结果 表10 油石比(%) 试验条件 稳定度(kN) 10.79 11.60 未经受冻融循环 11.54 10.01 4.4 10.10 9.39 8.18 经受冻融循环 11.18 9.20 9.62 0.952 87.1 1.094 劈裂抗拉强度(MPa) 冻融劈裂强度比(%) 7）车辙试验
AC-20（方案Ⅰ）车辙试验结果 表11
车辙板尺寸：300×300×50mm 拌和温度：170℃ 碾压温度：160℃
行走距离：23±1cm
轮压 (MPa) 试验温度 (℃) 动稳定度 (次/mm) 6923 60 0.7 70 9545 8036 5250 6320 4410 3795 1.0 70 3120 3950 3622 5327 8168 平均值 (次/mm) 试验编号 ① ② ③ ① ② ③ ① ② ③ 8）渗水试验
AC-20（方案Ⅰ）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) 47 48 43 ① ② ③ 0 0 0 100 100 100 180 180 180 240 245 230 10
2、中面层方案Ⅱ
1）原材料筛分及合成级配
AC-20型沥青混凝土合成矿料级配组成（方案Ⅱ） 表13
原材料级配通过百分率(%) 筛孔 尺寸(mm) 10～20mm 碎石 31.0 26.5 19.0 16.0 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075 100.0 94.9 70.8 23.6 1.0 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.6 0.6 5～15mm 碎石 35.0 100.0 100.0 100.0 99.7 79.0 4.7 0.8 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 3～5mm 碎石 7.5 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 78.6 0.8 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0～3mm 石屑 26.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 89.2 63.3 42.3 31.2 21.4 16.0 合成级配(%) 矿粉 0.5 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 99.2 93.5 79.5 \\ 100.0 98.4 90.9 76.2 62.0 34.3 24.2 17.4 12.0 9.1 6.5 5.0 规范推荐范围(%) \\ 100～100 90～100 78～92 62～80 52～72 26～56 16～44 12～33 8～24 5～17 4～13 3～7 2）方案Ⅱ矿料合成级配曲线如图3所示。
100908060504030201007013.226.50.0750.150.30.61.182.364.75筛孔尺寸(mm)上限中值AC-20目标下限31.537.59.51619通过百分率(%) 图3 AC-20型（方案Ⅱ）矿料合成级配曲线图
11
3）马歇尔试验结果及最佳沥青用量确定 ①AC-20（方案Ⅱ）马歇尔试验结果见表14。
AC-20（方案Ⅱ）马歇尔试验结果 表14
试件 组号 1 2 3 4 5 技术要求 油石比(%) 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 - 试件密度 空隙率(%) 实际 2.422 2.439 2.459 2.465 2.463 - 理论 2.588 2.569 2.551 2.533 2.515 - 6.4 5.1 3.6 2.7 2.1 3～6 矿料间隙率(%) 13.4 13.3 13.0 13.2 13.7 ≥9+设计空隙率 沥青饱和度(%) 52.4 61.9 72.2 79.7 84.9 65～75 稳定度(kN) 11.17 11.99 11.33 11.19 11.66 ≥8.0 流值 (0.1mm) 34.2 38.5 37.5 39.7 50.3 15～40 注：1)沥青加热温度控制在160～165℃；矿料加热温度为190～220℃；混合料拌和温度为175℃，上下浮动±5℃；击实温度为160～165℃；混合料废弃温度195℃； 2)沥青混合料理论最大相对密度是通过计算法算出。
②最佳沥青用量确定
由表14得出的油石比与各项测定指标的关系曲线如图4所示。
12
2.4702.46012.5012.10毛体积相对密度稳定度（KN）2.4502.4402.4302.4203.54.04.55.0油石比（%）5.511.7011.3010.9010.503.54.04.5油石比（%）5.05.5
7.06.05.04.03.02.01.03.54.04.55.0油石比（%）5.5流值（0.1mm）5550454035303.54.04.5油石比（%）5.05.5空隙率（%）
90.085.075.070.065.060.055.050.03.54.04.55.0油石比（%）5.5矿料间隙率（%）13.713.613.513.413.313.213.113.012.93.54.04.5油石比（%）5.05.580.0饱和度（%）
稳定度(KN)空隙率(%)饱和度(%)流值(0.1mm)公共范围3.544.5油石比(%)55.5
图4 AC-20目标配合比（方案Ⅱ）确定沥青用量图
13
根据曲线图，由于稳定度没有严格出现峰值，所以采用目标空隙率4.0%对应的油石比作为OAC1，可以得到：
OAC1=4.35%
OAC2＝（4.12%+4.66%）/2＝4.39%
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4.12～4.66%，最佳油石比的初始值OAC1在此范围内。
根据OAC1和OAC2，并结合广东省高速公路建设的实际情况，确定AC-20目标配合比（方案Ⅱ）的最佳油石比为：OAC=4.3%。当OAC=4.3%时，空隙率为4.1%，VMA值为13.1%，满足设计要求。
4）最佳油石比马歇尔试验
AC-20（方案Ⅱ）最佳油石比马歇尔试验结果 表15
试件 组号 1 技术要求 油石比(%) 4.3 - 试件密度 空隙率(%) 实际 2.462 - 理论 2.558 - 3.7 3～6 矿料间隙率(%) 12.7 ≥9+设计空隙率 沥青饱和度(%) 70.5 65～75 稳定度(kN) 10.64 ≥8.0 流值 (0.1mm) 37.6 15～40 注：1)沥青加热温度控制在160～165℃；矿料加热温度为190～220℃；混合料拌和温度为175℃，上下浮动±5℃；击实温度为160～165℃；混合料废弃温度195℃； 2)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-20（方案Ⅱ）残留稳定度试验结果 表16 油石比 (%) 稳定度(kN) 浸水时间 试验结果 9.95 11.37 30min 10.80 10.20 10.88 4.3 9.90 11.24 48h 10.36 11.58 9.22 10.46 98.3 10.64 平均值 残留稳定度(%)
14
6）冻融劈裂试验
AC-20（方案Ⅱ）冻融劈裂试验结果 表17 油石比(%) 试验条件 稳定度(kN) 9.28 未经受冻融循环 8.76 9.46 9.77 8.66 经受冻融循环 8.67 9.20 8.63 0.708 0.721 劈裂抗拉强度(MPa) 冻融劈裂强度比(%) 4.3 98.2 7）车辙试验
AC-20（方案Ⅱ）车辙试验结果 表18 车辙板尺寸：300×300×50mm 拌和温度：170℃ 碾压温度：160℃
行走距离：23±1cm
轮压 (MPa) 试验温度 (℃) 动稳定度 (次/mm) 8120 60 0.7 70 7856 8243 4667 3986 3769 3663 1.0 70 3214 3864 3580 4140 8073 平均值 (次/mm) 试验编号 ① ② ③ ① ② ③ ① ② ③ 8）渗水试验
AC-20（方案Ⅱ）渗水试验结果 表19
试验编号 ① ② ③ 初始读数时间(s) 0 0 0 初始读数(ml) 100 100 100 终读数时间(s) 180 180 180 终读数(ml) 270 260 275 渗水系数(ml/min) 57 53 58
15
3、中面层方案Ⅲ
1）原材料筛分及合成级配
AC-20型沥青混凝土合成矿料级配组成（方案Ⅲ） 表20
原材料级配通过百分率(%) 筛孔 尺寸(mm) 26.5 19 16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075 10～20mm 碎石 34.0 100.0 94.9 70.8 23.6 1.0 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.6 0.6 5～15mm 碎石 32.5 100.0 100.0 100.0 99.7 79.0 4.7 0.8 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 3～5mm 碎石 6.5 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 78.6 0.8 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0～3mm 石屑 26.5 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 89.2 63.3 42.3 31.2 21.4 16.0 矿粉 0.5 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 99.2 93.5 79.5 合成级配(%) \\ 100.0 98.3 90.1 73.9 59.5 33.9 24.7 17.8 12.2 9.2 6.6 5.1 规范推荐范围(%) \\ 100～100 90～100 78～92 62～80 52～72 26～56 16～44 12～33 8～24 5～17 4～13 3～7 2）方案Ⅲ矿料合成级配曲线如图5所示。
100908060504030201007013.226.50.0750.150.30.61.182.364.75筛孔尺寸(mm)上限中值AC-20目标下限31.537.59.51619通过百分率(%) 图5 AC-20型（方案Ⅲ）矿料合成级配曲线图
16
3）贝雷法验证过程
根据中面层设计方案Ⅲ确定的配合比，通过贝雷法对其进行验证和调整。 ①初步计算粗细集料组成比例
国内外经验表明，当设计密度为松装密度95%～105%之间时，设计出的沥青混合料粗集料骨架结构稳定，现场变异较小，且施工压实容易。因此，本设计密度取为松装密度的105%，根据中面层设计方案Ⅲ确定的各集料的比例和表3、表4中的各集料的密度，得出每cm3体积内各粗集料量为：
10～20mm碎石为0.794g； 5～15mm碎石为0.765g； 粗集料间隙率VCR为0.427。 因此，每cm3体积内所需细集料： 3～5mm碎石量为0.155g； 0～3mm碎石量为0.630g； 粗细集料总量为2.343g。
粗细集料初步组成为：10～20mm碎石：5～15mm碎石：3～5mm碎石：0～3mm碎石=33.9：32.6：6.6：26.9。
②考虑粗集料中含细料和细料中含粗料对组成比例进行调整
本配合比设计中，公称最大粒径为19mm，则粗细集料划分界限（PCS）为4.75mm，根据各集料筛分结果，可以得出：
10～20mm碎石所含细料为0.2%； 5～15mm碎石所含细料为1.6%； 粗集料所含细集料总量为1.8%。 细集料3～5mm碎石所含粗料为1.1%。 对粗料调整为：
10～20mm碎石为33.5%； 5～15mm碎石为33.6%； 对细料调整为： 3～5mm碎石为6.1%； 0～3mm碎石为26.3%
17
③考虑0.075mm通过率对集料比例进行调整 合成集料中含0.075mm以下料为： 10～20mm碎石为0.2%； 5～15mm碎石为0.2%； 3～5mm碎石为0.1%； 0～3mm碎石为4.6%； 所需填料矿粉为0.2%。
因矿粉中不含2.36mm以上部分，所以对粗料不进行调整，对0～3mm碎石调整为26.1%。
最后各档集料比例为：10～20mm碎石：5～15mm碎石：3～5mm碎石：0～3mm碎石：矿粉=33.5：33.6：6.1：26.1：0.7。合成级配见表21所列。
AC-20型沥青混凝土合成矿料级配组成（贝雷法） 表21
原材料级配通过百分率(%) 筛孔 尺寸(mm) 26.5 19 16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075 10～20mm 碎石 33.5 100.0 94.9 70.8 23.6 1.0 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.6 0.6 5～15mm 碎石 33.6 100.0 100.0 100.0 99.7 79.0 4.7 0.8 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 3～5mm 碎石 6.1 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 78.6 0.8 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0～3mm 石屑 26.1 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 89.2 63.3 42.3 31.2 21.4 16.0 矿粉 0.7 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 99.2 93.5 79.5 合成级配(%) \\ 100.0 98.3 90.2 74.3 59.8 33.4 24.5 17.7 12.2 9.3 6.7 5.2 规范推荐范围(%) \\ 100～100 90～100 78～92 62～80 52～72 26～56 16～44 12～33 8～24 5～17 4～13 3～7 由表20和表21可以看出，中面层方案Ⅲ级配组成及曲线与经过贝雷法验证后的级配组成和曲线相差不大，因此，直接以方案Ⅲ级配组成进行马歇尔试验，求出最佳沥青用量。
4）马歇尔试验结果及最佳沥青用量确定
18
①AC-20（方案Ⅲ）马歇尔试验结果见表22。
AC-20（方案Ⅲ）马歇尔试验结果 表22
试件 组号 1 2 3 4 5 技术要求 油石比(%) 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 - 试件密度 空隙率(%) 实际 2.429 2.442 2.455 2.464 2.457 - 理论 2.589 2.570 2.551 2.533 2.515 - 6.2 5.0 3.8 2.6 2.3 3～6 矿料间隙率(%) 13.2 13.2 13.1 13.2 13.9 ≥9+设计空隙率 沥青饱和度(%) 53.3 62.2 71.3 80.2 83.3 65～75 稳定度(kN) 11.22 10.32 10.39 10.86 9.73 ≥8.0 流值 (0.1mm) 39.9 38.4 35.6 35.7 39.5 15～40 注：1)沥青加热温度控制在160～165℃；矿料加热温度为190～220℃；混合料拌和温度为175℃，上下浮动±5℃；击实温度为160～165℃；混合料废弃温度195℃；
2)沥青混合料理论最大相对密度是通过计算法算出。
②最佳沥青用量确定
由表22得出的油石比与各项测定指标的关系曲线图如图6所示。
19
2.4702.46011.5011.00毛体积相对密度稳定度（KN）2.4502.4402.4302.4203.54.04.55.0油石比（%）5.510.5010.009.509.003.54.04.5油石比（%）5.05.5
4240流值（0.1mm）
7.06.0空隙率（%）5.04.03.02.03.54.04.55.0油石比（%）5.5383634323.54.04.5油石比（%）5.05.5
85.080.014.013.8矿料间隙率（%）
饱和度（%）75.070.065.060.055.050.03.54.04.55.0油石比（%）5.513.613.413.213.012.83.54.04.5油石比（%）5.05.5
稳定度(KN)空隙率(%)饱和度(%)流值(0.1mm)公共范围3.544.5油石比(%)55.5
AC-20目标配合比（方案Ⅲ）确定沥青用量图 图6
20
根据曲线图，由于稳定度没有出现峰值，所以采用目标空隙率4.0%对应的油石比作为OAC1，可以得到：
OAC1=4.41%
OAC2＝（4.16%+4.70%）/2＝4.43%
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4.16～4.70%，最佳油石比的初始值OAC1在此范围内。
根据OAC1和OAC2，结合广东省高速公路建设的实际情况，确定AC-20目标配合比（方案Ⅲ）的最佳油石比为：OAC=4.4%。当OAC=4.4%时，空隙率为4.0%，VMA值为13.2%，满足设计要求。
6）最佳油石比马歇尔试验
AC-20（方案Ⅲ）最佳油石比马歇尔试验结果 表23
试件 组号 1 技术要求 油石比(%) 4.4 - 试件密度 空隙率(%) 实际 2.459 - 理论 2.555 - 3.8 3～6 矿料间隙率(%) 12.9 ≥9+设计空隙率 沥青饱和度(%) 70.4 65～75 稳定度(kN) 11.49 ≥8.0 流值 (0.1mm) 35.9 15～40 注：1)沥青加热温度控制在160～165℃；矿料加热温度为190～220℃；混合料拌和温度为175℃，上下浮动±5℃；击实温度为160～165℃；混合料废弃温度195℃；
2)沥青混合料理论最大相对密度是通过计算法算出。
7）浸水马歇尔试验
AC-20（方案Ⅲ）残留稳定度试验结果 表24 油石比 (%) 浸水时间 稳定度(kN) 试验结果 10.46 10.24 30min 12.23 12.22 12.29 4.4 11.57 10.57 10.53 48h 9.42 9.9 11.57 10.40 90.5 11.49 平均值 残留稳定度(%)
21
8）冻融劈裂试验
AC-20（方案Ⅲ）冻融劈裂试验结果 表25 油石比(%) 试验条件 稳定度(kN) 9.26 9.77 未经受冻融循环 8.53 9.86 4.4 9.56 8.28 8.90 经受冻融循环 8.33 9.56 9.05 0.900 96.4 0.934 劈裂抗拉强度(MPa) 冻融劈裂强度比(%) 9）车辙试验
AC-20（方案Ⅲ）车辙试验结果 表26 车辙板尺寸：300×300×50mm 拌和温度：170℃ 碾压温度：160℃
行走距离：23±1cm
轮压 (MPa) 试验温度 (℃) 动稳定度 (次/mm) 8630 60 0.7 70 6429 7362 4032 3986 4216 3532 1.0 70 3186 2416 3045 4078 7474 平均值 (次/mm) 试验编号 ① ② ③ ① ② ③ ① ② ③ 10）渗水试验
AC-20（方案Ⅲ）渗水试验结果 表27 试验编号 ① ② ③ 初始读数时间(s) 0 0 0 初始读数(ml) 100 100 100 终读数时间(s) 180 180 180 终读数(ml) 285 250 260 渗水系数(ml/min) 62 50 53 22
三、AC-20型沥青混凝土目标配合比试验结果汇总表
AC-20型沥青混凝目标配合比试验结果 表28
结构类型AC-20 油石比(%) 试件密度(g/cm3) 实际 理论 动稳定度 空隙率 (%) 间隙率 (%) 饱和度(%) 稳定度(KN) 流值 (0.1mm) 60℃ 0.7MPa (次/mm) 70℃ 0.7MPa 70℃ 1.0MPa 残留稳定度MS0(%) 冻融劈裂比TSR(%) 渗水系数(ml/min) 方案Ⅰ 4.4 2.467 2.554 3.4 12.6 72.9 12.36 38.4 8168 5326 3621 88.9 87.1 46 方案Ⅱ 4.3 2.462 2.558 3.7 12.7 70.5 10.64 37.6 8073 4140 3580 98.3 98.2 56 方案Ⅲ 4.4 2.459 2.555 3.8 12.9 70.4 11.49 35.9 7474 4078 3045 90.5 96.4 55 AC-20型 规范推荐值 - - - 3～6 ≥9+设计空隙率 65～75 ≥8.0 15～40 ≥3000 - - ≥85 ≥80 ≯120 注：1)沥青加热温度控制在160～165℃；矿料加热温度为190～220℃；混合料拌和温度为175℃，上下浮动±5℃；击实温度为160～165℃；混合料废弃温度195℃；
2)沥青混合料理论最大相对密度是通过计算法算出。
23
四、AC-20型沥青混凝土目标配合比推荐方案
根据《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）的规定与国道主干线广州绕城公路东段（珠江黄埔大桥）两阶段施工图设计及修编中对AC-20型沥青混合料性能指标的技术要求，分别对以上三个设计方案的沥青混合料进行了高温稳定性检验（车辙试验）、水稳定性检验（浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验）、渗水系数检验，各试验数据见表28所列。同时根据贝雷法检验三个设计方案的CA比，FAc比和FAf比，结果见表29所列。
三个方案集料比指标要求范围 表29 公称最大粒径（mm） AC-20（方案Ⅰ） 19 AC-20（方案Ⅱ） AC-20（方案Ⅲ） CA比 0.50 0.73 0.63 FAc比 0.51 0.51 0.52 FAf比 0.51 0.52 0.52 因为本项目设计级配均为“S”型曲线，而贝雷法认为Superpave中的“S”型级配曲线应具有更大的CA比和FA比。CA比增大，中间粒径（如9.5mm～4.75mm）颗粒含量增多，粗集料颗粒相互之间产生干涉而形成骨架结构。但CA比过大，也会使该结构由于粗集料的相互干涉，易产生推移，施工过程中压实相对比较困难。鉴于此，针对本项目设计的“S”型曲线，及综合各级配试验结果，最终推荐方案Ⅱ为下面层目标配合比设计方案。其矿料级配组成见表30所列：
AC-20型沥青混凝土目标配合比级配组成 表30
集料规格 配比(%) 10～20mm 31 5～15mm 35 3～5mm 7.5 0～3mm 26 矿粉 0.5 最佳油石比 4.3
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