1、土木工程专业毕业设计范本前 言1 设计方案的确定1.1 油石界面对沥青混合料的影响油石界面是沥青混凝土结构组成的决定性素,它直接影响到沥青混凝土高温稳定性、水稳定性和结构强度等一系列重要性能。由于石料的表面官能团和结构缺陷,使得石料表面更容易与空气中的氧、水分子作用,而沥青属于复杂的有机高分子混合物,极性低且具有憎水性,故二者的相容性差,难以形成良好的界面黏结。沥青路面的病害多与油石界面黏结不佳有着密切的关系。1.2 花岗岩的工程性能与应用现状花岗岩的主要成分是石英（20-30）、长石（60-70）、云母与角闪石（5-10），呈全晶质等粒结构，质地坚硬性质均一，岩块抗压强度高（120-200M
2、Pa），但因长石和云母具有节理，使花岗岩多具有原生节理，而且由于石英和长石的膨胀系数相差近一倍，在热胀冷缩的过程中，花岗岩表面易产生裂缝，因此花岗岩易风化，尤其是粗粒结构花岗岩易风化。总体来说花岗岩具有以下特点：具有良好的装饰的性能、良好的加工性能、耐磨性能好、热膨胀系数小，不易变形、路用性能差。花岗岩与花岗岩相比较：花岗岩是一种酸性材料，石质坚硬、致密、耐磨性强能充分发挥集料之间的嵌挤作用，但它与沥青的粘附性能却不好，容易在水分的作用下造成沥青膜的剥落。花岗岩碱性石料与沥青的粘附性很好，但耐磨性能很差，不能适应沥青路面表面层抗滑与耐磨耗的需要。花岗岩产地分布广泛，储量相对集中于华东、华北两区
3、，优质高档花岗岩产地较分散截至1996年底，保有储量的花岗岩产地广泛分布于我国六大区的26个省、自治区、直辖市（省未统计）。华东区最多（占47.4%）、华北区次之（占27.6%）。但是华东区主要产出中低档浅色花岗岩；优质高中档花岗岩矿床规模一般较小且较分散，在华北、西南、西北各区均有分布。在我省花岗岩的储量也很大，特别是沿海省市。为了沿海地区就地取材，合理利用花岗岩进行沥青路面建设降低规程造价。目前, 大多数高等级沥青路面为了保证具有足够的抗滑性能, 在表面层的矿料选择上常采用耐磨性好、强度高的花岗岩石料, 甚至有的地方因石料原因在沥青路面的中、下面层也采用花岗岩石料。但是如何改善花岗岩在使用
4、过程中的不良性能成为当前学术界门研究的热话题。1.4 设计方案因为威海地区产有大量花岗岩，考虑到施工方便，经济选择，本设计方案中，矿料的粗集料采用花岗岩碎石试验所用粗集料（16mm、13.2mm、9.5mm、4.75mm）为单粒级，后期为使矿质混合料级配曲线接近中线，加入了2.36mm粒级的花岗岩。细集料采用石屑和黄砂，矿粉为花岗岩质，沥青采用70#改性道路石油沥青，矿料级配确定为AC-16。本设计采用单一变量原则，沥青改性剂添加量为0.3%，分别控制击实温度12.5和135，击实次数75次和50次进行方案设计。通过马歇尔稳定度试验、冻融循环劈裂强度试验等方法，对比分析击实温度和击实次数对沥青
5、混合料性能的影响，从而确定最佳击实温度。2 试验用原材料与相关的指标检测2.1 粗集料试验2.1.1 粗集料的选择沥青混合料用粗集料,可以采用碎石、破碎砾石和矿渣等。粗集料应用无风化、微风化的石料轧制而成，不含土和杂质，石料坚硬、表面粗糙、洁净，轧成碎石形状方正此外碎石应与沥青材料具有良好的粘附性，应优先选用同沥青材料有良好粘结性的碱性碎石。在力学性质方面，压碎值和洛杉矶磨耗值应符合相应道路等级的要求。表2.1 沥青混合料用粗集料技术要求指 标高速公路、一级公路一般公路集料压碎值 不大于（%）2830洛杉矶磨耗损失 不大于（%）3040视密度 不小于（tm）2.452.45吸水率 不大于（%）
6、2.03.0对沥青的粘附性 不小于4级3级坚固性 不大于（%）12细长扁平颗粒含量 不大于（%）1520泥土含量(0.075mm)不大于（%）11软石含量 不大于（%）55石料磨光值（PSV） 不小于（%）4235道瑞磨耗值（AAV） 不大于（%）1416冲击值（LSV） 不大于（%）28302.1.2 粗集料密度与吸水率试验（网篮法）试验目的：测定粗集料的密度，用以评定集料的工程性质。（1）仪器设备吊篮、溢流水槽、烘箱、标准筛、盛水仪器（如搪瓷盘）、其他：刷子、毛巾和温度计等。以花岗岩3-5mm为例：（2）方法与步骤 将取来的试样用4.75mm（方孔筛）标准筛过筛，用四分法缩分至要求的最小质
7、量为500g，见下表2.2。分两份备用。应对不同规格的集料分别测定，不得混杂，所取得每一份集料试样应基本上保持原有的集配。表2.2 定粗集料密度所需要的试样最小质量公称最大粒径（mm）圆孔筛1016202531.5406380方孔筛9.5161926.531.537.56375每一份试样的最小质量（kg）1111.51.5233将每一份花岗岩试样分别浸泡在水中，仔细洗去附在集料表面的尘土和石粉，经多次漂洗干净至水清澈为止。清洗过程中不得散失集料颗粒。取一份装入干净的搪瓷盘中，注入洁净的水，水面至少应该高出试样20mm，轻轻搅动石料，使附着石料上的气泡逸出。在室温下浸水24h。将吊篮挂在天平的吊
8、钩上，浸入溢流水槽中，向溢流水槽中注水，水面高度之水槽的溢流孔为止，将天平调零。调节水温在1525的围。将试样移入吊篮中，溢流水槽中的水面高度由水槽的溢流孔控制，维持不变。称取集料的水中质量。提起吊篮，稍稍滴水后，将试样倒入浅搪瓷盘中，或直接将粗集料倒在拧干的湿毛巾上。注意不得有颗粒丢失，或有小颗粒附在吊篮上。稍稍倾倒搪瓷盘，用毛巾吸走漏出的自由水。用拧干的毛巾轻轻擦干颗粒的表面水，至表面看不到发亮的水迹，即为饱和面干状态。注意拧湿毛巾时不要太用劲，防止拧得太干。擦颗粒表面水时，既要将表面水擦掉，又不能将颗粒部的水吸出。整个过程不得有集料丢失。立即在保持表干状态下，称取集料的表干质量。将花岗岩
9、置于浅盘中，放入1055的烘箱中烘干至恒量。取出浅盘，放在带盖的容器中冷却至室温，称取集料的烘干质量。（3）实验结果见表2.3表2.3 粗集料密度与吸水率汇总表粒径/mm试验次数/g/g/g/%16mm1641.91027.31020.32.6962.6662.6450.692644.41031.41023.82.6982.6652.6470.74平均值/2.6972.6662.6460.7213.2mm1662.11061.41053.22.6932.6582.6380.782645.31033.61025.82.6962.6622.6420.76平均值/2.6942.6602.6400.7
10、79.5mm1581.0935.9925.42.6872.6372.6071.132585.2946.3932.12.6872.6332.6011.23平均值/2.6872.6352.6041.184.75mm1510.5832.1814.72.6782.5872.5332.142507.3827.4809.62.6782.5852.5292.20平均值/2.6782.5862.5312.172.36mm1506.8831.6812.02.6612.5612.5002.412507.9832.8814.02.6592.5632.5052.31平均值/2.6602.5622.5202.36结论：
11、由表2.3可以看出几种集料的是密度均大于2.45满足规中的要求，并且吸水率均小于3.0%也满足规要求。2.1.3 粗集料压碎值试验实验目的：集料压碎值用于衡量石料在逐渐增加的荷载下抵抗压碎的能力，是衡量石料力学性质的指标，以评定其在公路工程中的适用性。（1）主要实验步骤采用风干石料用13.2mm和9.5mm标准筛过筛，取9.5mm13.2mm的试样两组各3000g。将试样分三次均匀装入试模中，将试样整平并用金属棒的半球面均匀插捣25次最后用金属棒作为刮刀将表面仔细整平。称取筒中试样质量。将装有试样的试模放到压力机上，同时将压头放入试筒石料面上，开动压力机均匀的施加荷载，在10min左右达到40
12、0KN,稳压5s，然后卸载。将试模卸下取出试样用2.36mm标准筛筛分压碎后的全部试样，均需筛到在1min无明显的筛出物为止。称取通过2.36mm筛的全部质量，准确至1g。计算压碎值按式 计算，精确至0.1%。 （2.1）式中：石料压碎值（%）实验前试样质量（g）试验后通过2.36mm筛孔的细料质量。（2）实验结果处理与分析表2.4 压碎值数据记录表试验组数试样总质量/g压碎的细料质量/g石料压碎值/%压碎值均值/%12500452.518.118.722778536.219.3结论：公路沥青路面施工技术规（JTG-2004）中规定：用于高速公路与一级公路的其他层次的沥青混合料用粗集料的压碎值
13、28%，实际测得的压碎值为18.7%，符合规的要求，因此适合于作为该沥青混合料的原材料用。2.2 细集料试验2.2.1 细集料的选择用于拌制沥青混合料的细集料，可以采用天然砂、人工砂或石屑。用于热拌沥青混合料的细集料宜采用优质的天然砂或人工砂，在缺砂地区也可使用石屑，但用于高速公路、一级公路、城市快速路、主干路的沥青混凝土面层与抗滑表层的石屑用量宜不超过砂的用量。 细集料应洁净、干燥、无风化、无杂质，并由适当的颗粒级配，细集料的洁净程度，天然砂以小于0.075mm含量的百分数表示，石屑和机制砂以砂当量（适用于04.75mm）或亚甲蓝值（适用于02.36mm或00.15mm）表示。热拌密级配沥青
14、混合料中天然砂的用量通常不宜超过集料总量的20%。石屑是采石场破碎石料时通过4.75mm或2.36mm的筛下部分，其规格应符合规要求。2.2.2 细集料的筛分试验将来样通过4.75mm（方孔筛）筛，并算出其筛余百分率。然后在潮湿状态下充分拌匀，用四分法缩分至每份不少于550g的试样两份，在1055的烘箱中烘干至恒重，冷却至室温后备用。(1)试验方法与步骤：准确称取烘干试样约500g准确至0.5g。洗净小于0.075mm的粉料烘干后分别过孔径为4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm、0.075mm的方孔筛。充分筛分称量并记录每筛的筛余质量。精确至0.5g。
15、(2)试验结果见表2.5、表2.6。表2.5 砂筛分数据处理表干燥试样总量m0（g）第一组第二组平均593594593.5筛孔尺寸mm筛上重（g）分计筛余（）累计筛余（）通过率（）筛上重（g）分计筛余（）累计筛余（）通过率（）通过率平均值（%）123412344.750001000001001002.367011.811.888.28915.015.085.079.51.181482536.863.215626.341.358.761.00.620033.770.529.518030.371.628.429.00.312320.791.28.811819.991.58.58.60.15264.
16、495.64.4254.295.74.34.40.07571.296.83.240.796.43.63.4筛底m底（g50.897.630.596.9筛分后总量mi（g）579549.7损耗m5（g）1444.3损耗率（%）2.47.5表2.6 石屑筛分数据处理表干燥试样总量m0（g）第一组第二组平均602605603筛孔尺寸mm筛上重（g）分计筛余（）累计筛余（）通过率（）筛上重（g）分计筛余（）累计筛余（）通过率（）通过率平均值（%）123412344.750001000001001002.36204.634.034.066.0203.433.633.666.466.21.18134.52
17、2.356.343.7136.522.656.243.843.80.6113.018.875.124.9115.019.075.224.824.80.369.011.586.613.469.011.486.613.413.40.1530.05.091.68.431.05.191.78.38.40.07525.44.295.84.227.24.596.23.84.0筛底m底（g23.9.4.099.821.33.599.7筛分后总量mi（g）600.4603.4损耗m5（g）1.61.6损耗率（%）0.30.3结论分析：由以上两个表可以看出，砂和石屑的颗粒级配分别符合规中规定的级配要求，级配合格
18、，可以用于沥青混合料的矿料所用。2.2.3 细集料的表观密度试验此试验适用于测定细集料(天然砂、人工砂、石屑等)的表观密度以砂为例。（1）试验方法与步骤：取大约650g的砂在温度为1055的烘箱中烘干至恒重，并在干燥器中冷却至室温，分成两分备用。称取烘干的砂约300g(m0)，装入盛有半瓶蒸馏水的容量瓶中。摇转容量瓶，使砂在水中充分搅动以排除气泡，塞紧瓶塞，静置24h 左右，然后用滴管添水，使水面与瓶颈刻度线平齐，再塞紧瓶塞，擦干瓶外水分，称其总质量(m1)。倒出瓶中的水和试样，将瓶的外表面洗净，再向瓶注入与上水温相差不超过2的蒸馏水至瓶颈刻度线，塞紧瓶塞，擦干瓶外水分，称其总质量(m2)。注
19、：在砂的表观密度试验过程中应测量并控制水的湿度，试验的各项称量可以在1525 摄氏度的温度围进行。但从试样加水静置的最后2h 起直至试验结束，其温度相差不应超过2。(2)结果整理见表2.7、表2.8。表2.7 砂的表观相对密度试验次数砂的烘干质量/g水与容量瓶的总质量/g砂、水和容量瓶的总质量/g表观相对密度表观相对密度平均值1300.2674.2860.02.6242.6182300.5639.3824.72.611表 2.8 石屑的表观相对密度试验次数石屑的烘干质量/g水与容量瓶的总质量/g石屑、水和容量瓶的总质量/g表观相对密度表观相对密度平均值1300.0630.2822.22.778
20、2.7552300.0639.4829.62.732结论分析：公路沥青路面施工技术规（JTG-2004）中规定，用于高速公路和一级公路的沥青混合料用细集料的表观相对密度不小于2.50，由以上两个表可以看出砂和石屑的表观相对密度都满足规要求，因此可以用于该次设计之中。2.2.4 细集料含泥量试验（筛洗法）表2.9 砂的含泥量结果汇总表试验次数试验前的烘干试样质量/g试验后的烘干试样质量/g砂的含泥量/%平均值/%1416.0411.71.00.82418.0416.00.5结论：公路沥青路面施工技术规（JTG-2004）中规定，用于高速公路和一级公路的沥青混合料用细集料的含泥量不大于3%，该天然
21、砂的含泥量满足规要求，同时两次结果的差没有超过0.5，因此取算术平均值0.8%作为最后的结果。2.3 填料试验2.3.1 矿粉的选择沥青混合料的矿粉根据实验室所提供的采用花岗岩，原石料中的泥土杂质应除净，矿粉应干燥、洁净、无结团现象。并且应当具有良好的级配。表观密度和含水量都应符合规的要求，具体技术指标如下表2.10。表2.10 沥青混合料用矿粉质量要求项目单位高速公路、一级公路其它等级公路表观密度，不小于t/m32.502.45含水量，不大于%11粒度围0.6mm0.15mm0.075mm10090100751001009010070100外观无团粒结块2.3.2 矿粉的筛分试验（水洗法）矿
22、粉的筛分采用水洗法，用来测定矿粉的级配情况，将检测得到的级配与规进行比对来确定矿粉是否合格并为配合比设计提供数据。（1）试验方法与步骤：将矿粉试样放入1055烘箱中烘干至恒重，冷却，称取100g，准确至0.1g。有矿粉团粒存在，用橡皮头研杵轻轻研磨粉碎。将0.075mm 筛装在筛底上，仔细倒入矿粉，盖上筛盖。手工轻轻筛分，至大体上筛不下去为止。存留在筛底上的小于0.075mm 部分可弃去。除去筛盖和筛底，按筛孔大小顺序套成套筛。将存留在0.075mm 筛上的矿粉倒回0.6mm 筛上，在来水下方接一胶管，打开自来水，用胶管的水轻轻冲洗矿粉过筛0.075mm 筛下部分任其流失，直至流出的水色清液为
23、止。水洗过程中，自来水的水量不可太大太急，防止损坏筛面或将矿粉冲出，可以适当用手扰动试样，加速矿粉过筛，待上层筛冲干净后，取去0.6mm 筛，接着从0.3mm 筛或0.15mm 筛上冲洗，但不得直接冲洗0.075mm 筛。分别将各筛上的筛余反过来用小水流仔细冲洗入各个搪瓷盘中，待筛余沉淀后，稍稍倾斜，仔细除去清水，放入105 烘箱中烘干至恒重。称取各号筛上的筛余量，准确至0.1g。（2）结果整理精密度或允许差以两次平行试验结果的平均值作为试验结果。各号筛的通过率相差不大于2%。见表2.11。表2.11 矿粉筛分数据记录表干燥试样总量m0（g）第一组第二组平均115112113.5筛孔尺寸mm筛
24、上重（g）分计筛余（）累计筛余（）通过率（）筛上重（g）分计筛余（）累计筛余（）通过率（）通过率平均值（%）123412340.60001000001001000.397.87.892.276.26.293.893.00.1597.815.684.41210.716.983.183.80.0752219.134.765.31412.529.470.768.0筛底m底（g6455.690.35246.475.8筛分后总量mi（g）10485损耗m5（g）1127损耗率（%）9.624.1结论：通过筛分可以看出，矿粉0.15mm和0.075mm的通过率并没有达到90%和70%，似乎不满足规要求，但
25、是由于相差不大，总体来看，矿粉的颗粒级配满足表2.9中的规定。2.3.3 矿粉的密度试验矿粉的密度试验需要用氏比重瓶来检测，操作的规性要求很高，稍有疏忽就会导致试验失败。在称量时应选用感量小于0.01g的天平，以确保结果的准确性。（1）试验方法与步骤：将矿粉试样置瓷皿中，在105烘箱中烘干（6h）至恒重，放入干燥器中冷却后，连同小牛角匙、漏斗一起准确称量（m1），准确至0.01g，矿粉数量应不少于200g。向比重瓶中注入蒸馏水，至刻度01mL之间，将比重瓶放入20的恒温水槽中，静放至比重瓶中的水温不再变化为止（一般不少于2h），读取比重瓶中水面的刻度（V1）至0.02mL。用小匙将矿粉试样通过
26、漏斗徐徐加入比重瓶中，待比重瓶中水的液面上升至接近比重瓶的最大读数时为止，轻轻摇晃比重瓶，使瓶中的空气充分逸出。再次将比重瓶放入恒温水槽中，待温度不再变化时，读取比重瓶的读数（V2），至0.02mL。整个试验过程中，比重瓶中的水温变化不得超过1。准确称取牛角匙、瓷皿、漏斗与剩余矿粉的总质量（m2），至0.01g。（2）结果整理见表2.12。表2.12 矿粉的表观密度和表观相对密度组数试验前干燥质量（g）试验后干燥质量（g）初读数（ml）加矿粉后的读数（ml）矿粉密度平均第1组365.4305.90.322.62.668 2.672 第2组359.23000.3822.52.676 偏差：两次结果的差值不超过0.010.008 结论：矿粉表观密度为2.672，满足公路沥青路面施工技术规（JTG-2004）中关于高速公路和一级公路沥青混合料所用矿粉的表观密度不小于2.50的规定。2.4 沥青的选择与检验2.4.1 沥青的选择沥青应根据使用地区所处的气候分区以与交通量等级综合考虑选用，对于夏季比较炎热的地区应选用软化点稍高的沥青，而对于冬季温度较低的地区为提高其低温抗开裂性能应选用软化点稍低的沥青。在考虑到交通量方面，对于重交通路段应选用针入度稍低、延展性较好的沥青。
