Embed Size (px)
Citation preview
Asphalt Mixture&Mix Design
Contents Courtesy of 1. Roberts et.al 1996 2. Atkins 20033. WSDOT Pavement Guide4. FHWA
1
PRINCIPLES OF ASPHALT MIXTURE
2
HMAperformance
3
Factors influence when preparing AM AGGREGAT
E
• Gradation• Shape
• etc.
BINDER• %AC• Pen grade
TEMPERATURE
• viscosity of binder
COMPACTION • energy
คุณสมบตัขิองAMท่ีผลิต(ผสม+บดอัด)ออกมา ขึ้นกับตวัแปรหลัก 4 ตัวนี้
คุณสมบตัขิองAM:ดานvolumetric: Bulk specific gravity + %Air void
ดานสมรรถนะการใชงาน: Resistance to DeformationResistance to Fatigue CracksDurability + Resistance to MoistureSkid Resistance
4
Volumetric of AM
AIR VOIDS
BINDER
AGGREGATE
Air voids at 4% is the optimal for
1.Water and Air cannot penetrate through voids
2.Sufficient spaces for binder expansion (hot temperature)
Volumetric of AM สงผลตอสมรรถนะดังน้ี:•Durability + Resistance to Moisture
•Lower rate of Aging, Raveling
•Prevent Bleeding problem
ลดความเส่ียงตอการเกดิสภาวะหินลอยอยูในแอสฟลตเมือ่อุณหภูมิสูง(50-60C)
5
Compaction
2ตัวแปร: อุณหภูมิและพลังงานการบดอัด• มีอิทธิพลโดยตรงตอ Gmb และ%AV
• การเตรียมตัวอยางจึงตองควบคุม2ตัวแปรน้ีใหใกลเคียงกับสภาวะในสนาม
– ชวงกอสราง และ ชวงใชงาน (...ป)
• เปาหมายคือใหได 4% AV คําถาม??? มี2locations พลังงานไมเทากัน แตตองการAV4%เทากัน(แนนอนวาอุณหภูมิเทากัน) จะมีอะไรแตกตางกันในสวนผสม(Agg&Binder)
Gmb
%AV
Input Energy Temperature
6
Field Performance
สมรรถนะการใชงานสมรรถนะในสนามที่สําคัญคือ
Resistance to DeformationResistance to Fatigue Cracks
การทดสอบมาแชลในLab ที่สัมพันธกับสมรรถนะคือ
Marshall Stability & Flow Test
Modern Lab tests:
Dynamic Modulus
Repeated load creepBeam Fatigue
FlowStability
Flow
7
13
Asphalt Concrete Mix Design
History
14
Hot Mix Asphalt Concrete (HMA)Mix Designs
• Objective:
–Develop an economical blend of aggregates and asphalt that meet design requirements
• Historical mix design methods
–Marshall
–Hveem
• New
–Superpave gyratory
15
Requirements in Common
• Sufficient asphalt to ensure a durable pavement
• Sufficient stability under traffic loads
• Sufficient air voids
–Upper limit to prevent excessive environmental damage
–Lower limit to allow room for initial densification due to traffic
• Sufficient workability
16
MARSHALL MIX
DESIGN
17
Marshall Mix Design
• Developed by Bruce Marshall for the Mississippi Highway Department in the late 30’s
• WES began to study it in 1943 for WWII
– Evaluated compaction effort
• No. of blows, foot design, etc.
• Decided on 10 lb.. Hammer, 50 blows/side
• 4% voids after traffic
• Initial criteria were established and upgraded for increased tire pressures and loads
18
Automatic Marshall Hammer
19
Marshall Mix Design
• Select and test aggregate
• Select and test asphalt cement
–Establish mixing and compaction temperatures
• Develop trial blends
–Heat and mix asphalt cement and aggregates
–Compact specimen (100 mm diameter)
21
Marshall Mix Design Tests
• Heights
– Used to correct stability measurements
• Bulk specific gravity of compacted sample
• Maximum specific gravity of loose mix
• Stability and flow
– 60oC water bath (30 to 40 minutes)
– 50 mm/min loading rate
– Max. load = uncorrected stability
– Corresponding vertical deformation = flow
22
Marshall Stability and Flow
23
Marshall Design Criteria
Light Traffic Medium Traffic Heavy TrafficESAL < 104 10 4 < ESAL< 10 ESAL > 106
Compaction 35 50 75
Stability N (lb.) 3336 (750) 5338 (1200) 8006 (1800)
Flow, 0.25 mm (0.1 in) 8 to 18 8 to 16 8 to 14
Air Voids, % 3 to 5 3 to 5 3 to 5
Voids in Mineral Agg.(VMA) Varies with aggregate size
24
Minimum VMA Requirements
27
Marshall Design Use of DataNAPA Procedure
Air Voids, %
Asphalt Content, %
Target optimum asphalt content =
the asphalt content at 4% air voids
4%
28
Marshall Design Use of DataNAPA Procedure
Stability
Asphalt Content, %
The target stability is checked
OK
29
Marshall Design Use of DataNAPA Procedure
Flow
Asphalt Content, %
VMA, %
Asphalt Content, %
Use target optimum asphalt content to check if these criteria are met
Lower Limit
Upper limit
Minimum
OKOK
MARSHALL MIX DESIGN LAB PROCEDURE
41
Lab setup
PrepareAggregate
Rice Samples Marshall SamplesSp. Gr. ofAggregate
Bulk Sp.Gr. of Samples
FindGmm, Gse
CalculateWeight-Volume Marshall Stability
43
Marshall Mix Design Method
Step A. Asphalt Cement Evaluation
Step B. Aggregate Evaluation
Step C. Preparation of Marshall Specimens
Step D. Density and Voids Analysis
Step E. Marshall Stability and Flow Test
Step F. Tabulating and Plotting Test ResultsStep G. Optimum Asphalt Content Determination
44
Step A. Asphalt Cement Evaluation
1. เลือกแอสฟลตซีเมนตท่ีจะใชผสม เชน Pen.60-70 for Thailand
2. ตรวจสอบวาคุณสมบัติของตัวอยางแอสฟลตซีเมนตท่ีใชเปนไปตามขอกําหนด เชน penetration, ductility, etc.
3. ทดสอบหา specific gravity ของแอสฟลตซีเมนต
4. หาความสัมพันธระหวาง temperature-viscosity, เพื่อระบุชวงอุณหภูมิท่ีใชผสมและบดอัด1. Viscosity during mixing (170 20centistokes) Temp = ………. C
2. Viscosity during compaction (280 30centistokes) Temp = ……….C
48
.1
.2
.3
.5
1
105
100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200
Temperature, C
Viscosity, Pa s
Compaction Range
Mixing Range
Mixing/Compaction Temps
Step B. Aggregate Evaluation
1. ทดสอบคุณสมบัติทางกายภาพตางๆของมวลรวมเชน LA abrasion, soundness, ฯลฯ ตองผานตามเกณฑท่ีกําหนด เชน ทล.ม.408/2532ของกรมทางหลวง เปนตน
2. ทดสอบหา gradation, bulk specific gravity ของมวลหยาบและมวลละเอียด
3. คํานวณหาสัดสวนผสมของมวลหยาบและมวลละเอียดใหได gradation ท่ีผสมแลวตามท่ีตองการ
4. ทดสอบหา asphalt absorption (Rice specific gravity test) ของมวลรวม
51
1”
½”
¾”
# 4
#10
# 40
# 80
# 200
ตาราง Excel52
ตัวอยางการคํานวนน้ําหนักหินแตละขนาดและbulk sp.gr.
Specification Lab MixMax.aggregate size (mm) 25
Sievesize, d (mm)
d 0̂.45 P maxcontrol line P
low
control line P
upSieve
size, d (mm)
d 0̂.45target
%PassingCumulative %Retained
%Retained on Sieve
Weight for 1,200 g
Weight for 400 g
Bulk Sp.Gr.
1.5 in 37.5 5.109 100.0 1.5 in 37.5 5.109 100 0.0 0.0 0.0 0.0 2.67
1 in 25 4.257 100.0 100 100 1 in 25 4.257 100.0 0.0 0.0 0.0 0.0 2.67
3/4 in 19 3.762 88.4 90 100 3/4 in 19 3.762 92.0 8.0 8.0 96.0 32.0 2.67
1/2 in 12.5 3.116 73.2 1/2 in 12.5 3.116 68.0 32.0 24.0 288.0 96.0 2.67
3/8 in 9.5 2.754 64.7 56 80 # 4 4.75 2.016 38.0 62.0 30.0 360.0 120.0 2.67
# 4 4.75 2.016 47.4 35 65 # 10 2.00 1.366 23.0 77.0 15.0 180.0 60.0 2.67
# 8 2.36 1.472 34.6 23 49 # 40 0.425 0.680 9.0 91.0 14.0 168.0 56.0 2.43
# 16 1.18 1.077 25.3 # 80 0.18 0.462 5.0 95.0 4.0 48.0 16.0 2.43
# 30 0.6 0.795 18.7 # 200 0.075 0.312 3.0 97.0 2.0 24.0 8.0 2.43
# 50 0.3 0.582 13.7 5 19 Pan 0 0 100.0 3.0 36.0 12.0 2.43
# 100 0.15 0.426 10.0 หมายเหตุ: Sum 100.0 1200.0 400.0 2.61
# 200 0.075 0.312 7.3 2 8 1.ถาไมมีวัสดุบนPanซึ่งไดจากการรอนผานตะแกรง#200 ก็อาจใชวัสดุท่ีคางบนตะแกรง#200แทนได
Pan 0 0.0 2.Marshall mix ใชaggregateน้ําหนักรวม 1200g ตอ1sample
3.Max Theoretical Density ใชaggregateน้ําหนักรวม 300g ตอ1sample
53
การคํานวณน้ําหนักหินที่ใชในสวนผสม
Specification Lab MixMax.aggregate size (mm) 25
Sievesize, d (mm)
d 0̂.45 P maxcontrol line P
low
control line P
upSieve
size, d (mm)
d 0̂.45target
%PassingCumulative %Retained
%Retained on Sieve
Weight for 1,200 g
Weight for 400 g
Bulk Sp.Gr.
1.5 in 37.5 5.109 100.0 1.5 in 37.5 5.109 100 0.0 0.0 0.0 0.0 2.67
1 in 25 4.257 100.0 100 100 1 in 25 4.257 100.0 0.0 0.0 0.0 0.0 2.67
3/4 in 19 3.762 88.4 90 100 3/4 in 19 3.762 97.0 3.0 3.0 36.0 12.0 2.67
1/2 in 12.5 3.116 73.2 1/2 in 12.5 3.116 85.0 15.0 12.0 144.0 48.0 2.67
3/8 in 9.5 2.754 64.7 56 80 # 4 4.75 2.016 60.0 40.0 25.0 300.0 100.0 2.67
# 4 4.75 2.016 47.4 35 65 # 10 2.00 1.366 42.0 58.0 18.0 216.0 72.0 2.67
# 8 2.36 1.472 34.6 23 49 # 40 0.425 0.680 20.0 80.0 22.0 264.0 88.0 2.43
# 16 1.18 1.077 25.3 # 80 0.18 0.462 13.0 87.0 7.0 84.0 28.0 2.43
# 30 0.6 0.795 18.7 # 200 0.075 0.312 7.0 93.0 6.0 72.0 24.0 2.43
# 50 0.3 0.582 13.7 5 19 Pan 0 0 100.0 7.0 84.0 28.0 2.43
# 100 0.15 0.426 10.0 หมายเหตุ: Sum 100.0 1200.0 400.0 2.56
# 200 0.075 0.312 7.3 2 8 1.ถาไมมีวัสดุบนPanซึ่งไดจากการรอนผานตะแกรง#200 ก็อาจใชวัสดุท่ีคางบนตะแกรง#200แทนได
Pan 0 0.0 2.Marshall mix ใชaggregateน้ําหนักรวม 1200g ตอ1sample
3.Max Theoretical Density ใชaggregateน้ําหนักรวม 300g ตอ1sample54
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0
Sieve Size 0̂.45 (mm)
% P
ass
ing
# 2
00
# 5
0
# 8
# 4
3/8"
1/2"
3/4" 1.5"1"
# 1
6
# 3
0
¾”nom. max size ( coarse)
¾”nom. max size (fine)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0
Sieve Size 0̂.45 (mm)
% P
ass
ing
# 2
00
# 5
0
# 8
# 4
3/8"
1/2"
3/4" 1.5"1"
# 1
6
# 3
0
55
Step C. Preparation of Marshall Specimens
1. ช่ังนํ้าหนัก aggregateแตละขนาดใหไดนํ้าหนักรวมเทากับ 1200 กรัม ตอ 1กอนตัวอยาง ตองใช 3ตัวอยาง/asphalt conctent ผสม6 asphalt contents = 18
2. + 2 ตัวอยางๆละ 1200 กรัม (for Rice specific gravity)
3. เตรียมแอสฟลตซีเมนตปริมาณใหเพียงพอกับ 6 asphalt contents (4%, 4.5%, 5%, 5.5%, 6%, 6.5%) สําหรับ 18 ตย. และอีก 2 ตย. (5.5%) Rice sp.gr.
4. นําตัวอยางมวลรวมใสในภาชนะ, แอสฟลตซีเมนต รวมทั้งอุปกรณในการผสมไปอบใหไดอุณหภูมิท่ีผสม = ........ C (2-3ช่ัวโมง)
1-2 เตรียมใสถุงไวกอน1วัน
3-4 เตรียมกอน2-3ชม.
58
4. นํามวลรวมที่อบแลววางบนตาช่ัง แลวเทแอสฟลตใหไดนํ้าหนักตาม asphalt content ท่ีคํานวณไว
5. ผสมมวลรวมและแอสฟลตใหเขากันจนเปนสีดาํท้ังหมด ระหวางผสมใหทําบนเตา
6. ตรวจวัดอุณหภูมิตัวอยาง ถาได = อุณหภูมิสําหรับการบดอัด (…… C) ก็เริ่มกรอกตัวอยางใสในแบบหลอไดทันที ถาสูงกวา รอใหลดลงสักครู ถาต่ํากวาใหนําไปอบในเตาเพ่ือเพ่ิมอุณหภูมิตัวอยาง
Heating Plate Mechanical mixer
%AC = asphalt weight / total weight of mix
ระวังอันตราย จากความรอน !!
59
7. วางแผนกระดาษกรองวงกลมลงในฐานของแบบหลอ (Marshall mold) ท่ีไดอบไวจนรอน, แลวเทตัวอยางลงในแบบหลอ วัดอุณหภูมิตัวอยาง
8. แซะตัวอยางดวยเกรียง (spatula) 15ครั้งรอบๆขอบแบบหลอ และ10ครั้งภายในตัวอยาง ใหตรงกลางสูงกวาท่ีขอบเล็กนอย
9. ยึดแบบหลอและช้ินฐานใหเขาในแทนจับ แลวบดอัดดวยคอนมาแชลจนครบจํานวน.......ครั้ง
10. ถอดแบบหลอออกจากช้ินฐาน แลววางกระดาษกรองอีก1แผนบนตัวอยาง พลิกแบบหลอกลับดานแลววางบนช้ินฐาน นําแบบหลอและช้ินฐานเขายึดในแทนแลวบดอัดดานท่ีกลับไวอีกรอบจนครบจํานวน......ครั้ง
60
Step C. Preparation of Marshall Specimens
11. ลอกกระดาษออกจากตัวอยาง รอใหตัวอยางเย็นตัวแลวดันกอนตัวอยางออกจากแบบหลอดวยแมแรง (ระวังอยาใหตัวอยางเสียหาย !!) เขียนรหัสและasphalt content. แลวท้ิวไวขามคืนใหเย็นตัวจนเทาอุณหภูมิหอง
12. ทดสอบหา bulk specific gravity ของกอนตัวอยาง (WS , WSub , WSSD)
13. ทดสอบ Maximum Specific Gravity ของ loose sample (Rice Specific Gravity ASTM D2041).แลวหาคาเฉลี่ย
61
Step D. Density and Voids Analysis
1. Theoretical Maximum Specific Gravity of Loose Mix (ASTM D2041)
• Gmm = Maximum specific gravity of mixture
• Gmm = (Ws+ WAC)/(Total volume of voidless mix)
• Gse = (1-Pb)/(1/Gmm – Pb/Gb)
• Pba = 100 Gb (Gse – Gsb)/(Gsb Gse)
• Gsb = Bulk Sp.Gr. of Blended aggregate (see previous lecture note)
• Gse = Effective sp.gr. of Blended aggregate
• Pba = Asphalt absorption ของ Blended aggregate
ถาสมมุติวา Gse และ Pba มีคาคงท่ี สําหรับทุกๆ asphalt content , ก็จะสามารถคํานวณหา Gmm สําหรับทุกๆ asphalt content ได 62
ตัวอยางการคํานวณ ในการทดลองTheoretical Maximum Density(TMD)
• ขอสังเกต
Gse >Gsb > Gmm > Gmb
63
Theorical Maximum Density of Loose Mix
Project and Location:
Date: Fri 28 Nov. 2008
Asphalt Grade AC60-70
Sp.Gr. of Asphalt 1.055
Maximum aggregate size (mm) 25
Bulk Sp.Gr. of Aggregate, Gsb 2.62
# 1 # 2
wt. of aggregate (g) 301.13 299.29
wt. of asphalt cement (g) 17.38 17.36
wt. of flask (g) 711.72 711.35
wt. of flask + water (g) 2864.74 2855.48
wt. of flask + sample (g) 1021.83 1003.7
wt. of flask + sample + water (g) 3051.33 3031.09
# 1 # 2
%AC (actual) 5.46% 5.48%
Wm 310.11 292.35
Gmm 2.511 2.504
Asphalt Sp.Gr. (from H1&H2) 1.055 1.055
Gse 2.728 2.721
Gsb (from gradation) 2.62 2.62
Pba 1.6% 1.5%
Avg. Effective Sp.Gr., Gse
Avg. asphalt absorption (%)
Calculation
Weight Measurement
2.724
0.015
2. HMA Weight Volume Relationship
2.1 Calculate Gmm for each asphalt content(Pb) 4.5% 5.0% 5.5 % 6.0%
Gmm = 1/( (1-Pb)/Gse + Pb/Gb )
ตัวอยางการคํานวณ Gmm ที่ %binder ตางๆ• จากการทดลอง TMD ไดคา Gse = 2.724
• สูตรคํานวณGmm ท่ี %Pbอื่นๆ --> Gmm = 1/( (1-Pb)/Gse + Pb/Gb )
• จากการทดลองหาถพ.ของasphalt cementไดคา Gb=1.02
• ท่ี Pb = 4.5% Gmm = 1/( (1-0.045)/2.724 + 0.045/1.02 ) = 2.534
• ท่ี Pb = 5.0% Gmm = 1/( (1-0.050)/2.724 + 0.050/1.02 ) = 2.514
• ท่ี Pb = 5.5% Gmm = 2.495 64
2. HMA Weight Volume Relationship
ขอสังเกตุ เม่ือ Pb เพิ่มขึ้น, Gmm ลดลง
2.2Then you can determine the following for each Marshall sample:
Gmb = WD / (WSSD – WSub)
AV = 100 (1 – Gmb/Gmm)
VMA = 100 (1 - Gmb(1-Pb)/Gsb)
VFA = 100 (VMA – AV)/VMA
• Definition see p.199-204 Roberts et.al 199665
Gmm, Gse, Gmb ใชทศนิยม3ตําแหนง%AV, VMA ใชทศนิยม1ตาํแหนง
• Density, M =M/V
• Asphalt content, PB=MB/M
• Effective asphalt content, PBE=MBE/M
• Asphalt absorption, PBA=MBA/MS
• Air void, AV=VA/V
• Voids in mineral aggregate, VMA=(VBE+VA)/V• Voids filled with asphalt, VFA=VBE/(VBE+VA)
Air (A)
Binder (B)
Stone or Aggregate (S)
VBEMBE
MS
MBA VBA
MB
M
VA
VS VSE
VBV
VMM
66
67
Asphalt Mixture Data ReductionProject and Location:Date: Asphalt Grade AC 60-70Sp.Gr. of AC 1.055 Compaction Level 75 blows/sideAvg. Bulk Sp.Gr. of Agg. (Gsb) 2.62 InspectorAvg. Eff. Sp.Gr. (Gse) 2.724
specimen Bulk S.G. Max S.G. Air VMA Peak Deform. Corr. Flow
target actual Agg. AC height in air in water SSD. Gmb Gmm Void Load at peak Ratio measured corrected (0.25mm)
% % g g mm g g g % % N mm N N
1 5 5.02 1203.02 63.6 65.87 1231.4 728.8 1235.1 2.432 2.524 3.6 11.8 8546 0.724 0.91 8,546 7,777 2.9
2 5 5.01 1201.91 63.44 65.85 1244.1 738.4 1246.5 2.449 2.524 3.0 11.2 10085 0.691 0.91 10,085 9,177 2.8
3 5 5.04 1200.76 63.67 66.87 1225.6 723.4 1231.3 2.413 2.523 4.4 12.5 8815 1.003 0.87 8,815 7,669 4.0
AVG. 5.02 2.431 2.524 3.7 11.9 9,149 8,208 3.2
1 5.5 5.49 1200.27 69.7 65.17 1260.5 747.1 1261.4 2.451 2.507 2.2 11.6 7463 0.455 0.93 7,463 6,941 1.8
2 5.5 5.50 1200.67 69.88 63.93 1265.8 751.2 1268 2.449 2.506 2.3 11.7 7192 0.207 0.84 7,192 6,041 0.8
3 5.5 5.50 1203.56 70.08 65.13 1249.3 739.7 1250.6 2.445 2.506 2.4 11.8 7514 0.27 0.93 7,514 6,988 1.1
AVG. 5.50 2.449 2.506 2.3 11.7 7,390 6,657 1.2
1 6 6.14 1201.8 78.55 65.3 1222.3 718.9 1224.43 2.418 2.483 2.6 13.4 5395 0.318 0.92 5,395 4,963 1.3
2 6 6.00 1199.06 76.58 63.1 1235 729.6 1236.26 2.438 2.488 2.0 12.5 7112 0.47 1.01 7,112 7,183 1.9
3 6 6.06 1200.63 77.4 64.2 1222.3 722 1223.7 2.436 2.486 2.0 12.6 7478 0.578 0.95 7,478 7,104 2.3
AVG. 6.06 2.431 2.486 2.2 12.9 6,662 6,417 1.8
1 6.5 6.56 1200.94 84.36 63.3 1221.38 721 1223.9 2.429 2.468 1.6 13.4 8437 0.409 1 8,437 8,437 1.6
2 6.5 6.48 1202.43 83.35 64.2 1238.35 730.2 1240.5 2.427 2.471 1.8 13.4 6406 0.528 0.95 6,406 6,086 2.1
3 6.5 6.48 1200.58 83.23 67.3 1236.3 726.4 1239.5 2.409 2.471 2.5 14.0 9041 0.487 0.86 9,041 7,775 1.9
AVG. 6.51 2.422 2.470 2.0 13.6 7,961 7,433 1.9
Fri 28 Nov. 2008
No.Sample weight Stability%AC Weight
Step E. Marshall Stability and Flow Test
1. วางกอนตัวอยางท้ังหมดแชในอางนํ้าอุน60C เปนเวลา30-40นาที
2. ยกตัวอยางขึ้นจากอางครั้งละ1กอน เช็ดดวยผาอยางรวดเร็วแลวนําวางกอนตัวอยางใสในเฟรมกดมาแชล
3. แทงกดมาสัมผัสกับเฟรมกดตัวอยาง แลวตั้งคาเกจวัดใหเริ่มท่ีศูนย
4. กดแทงบนเฟรมตัวอยางดวยอัตรา 2 น้ิว/นาที จนกระท่ังอานไดคาแรงกดสูงสุด บันทึกคาแรงกดสูงสุด (stability) และเกจคาการยุบตัว (flow) ใหไดความละเอียด 0.01น้ิว (0.25 มม)
68
Step F. Tabulating and Plotting Test Results
1. ใสผลการทดสอบตางๆในตารางสรุป แลวปรับแกคา stability เน่ืองจากความสูงของกอนตัวอยาง และคํานวณคาเฉล่ียผลการทดสอบของแตละ asphalt content
2. นําคาเฉล่ียไปพล็อตกราฟตอไปน้ี:
• Asphalt content vs. density
• Asphalt content vs. Marshall stability
• Asphalt content vs. Flow
• Asphalt content vs. Air voids
• Asphalt content vs. VMA
• Asphalt content vs. VFA
69
70
Step G. Determine Optimum Binder Content (OBC)
ใชวิธีของ NAPA
1. Determine OBC = %AC at 4%AV
2. ใชคา OBC ท่ีได ไปเปดกราฟ5รูปหาคุณสมบัติตอไปนี้ท่ีจุด OBC :• Stability
• Flow
• VMA
• VFA
3. เปรียบเทียบคาตางๆท่ี OBC กับเกณฑมาตรฐาน วาผานตามเกณฑกําหนดรึไม?
73
74
75
Marshall Design Use of DataNAPA Procedure
Sta
bili
ty
Asphalt Content, %
The target stability is checked
OK
OBC
Marshall Design Use of DataAsphalt Institute Procedure
Flow
Asphalt Content, %
VMA, %
Asphalt Content, %
Use target optimum asphalt content to check if these criteria are met
Lower Limit
Upper limit
Minimum
OKOK
76
OBC OBC
Marshall Design Criteria
Light Traffic Medium Traffic Heavy TrafficESAL < 104 10 4 < ESAL< 10 ESAL > 106
Compaction 35 50 75
Stability N (lb.) 3336 (750) 5338 (1200) 8006 (1800)
Flow, 0.25 mm (0.01 in) 8 to 18 8 to 16 8 to 14
Air Voids, % 3 to 5 3 to 5 3 to 5
Voids in Mineral Agg.(VMA) Varies with aggregate size
Marshall Criteria
79
Minimum VMA Requirements
Nom. max. particle size
81
Failure to meet criteria
ถาเปด6กราฟแลวคาตางๆ (VMA, Flow, VFA, Stability, %Air) ไมไดตามท่ีกําหนดในมาตรฐาน
• ตองปรับเปลี่ยน Aggregate gradation แลวทดสอบออกแบบใหม
ขอยกเวน
• จากการสังเกตุในสนาม, สวนผสมท่ีไมผานตามเกณฑอาจสามารถใชงานไดดีภายใตจราจรและสภาวะแวดลอมหน่ึง ซ่ึงในกรณีเชนน้ีเราอาจจะปรับเปลี่ยนเกณฑก็ได
82
Summary: Marshall Mix Design Tests
• Maximum specific gravity of loose mix (Gmm)
• Measure Heights
– Used to correct stability measurements
Correlation Ratio
• Bulk specific gravity of compacted sample
• Stability and flow
– 60oC water bath (30 to 40 minutes)
– 50 mm/min loading rate
– Max. load = uncorrected stability
– Adjusted stability using Correlation Ratio
– Corresponding vertical deformation = flow
84
MARSHALL MIX DESIGN RESULTS & DISCUSSION
86
Asphalt Content (%AC)
• ปริมาณแอสฟลตเปนตัวแปรสําคัญท่ีสงผลตอความทนทานของสวนผสม
• ปริมาณแอสฟลตและ gradation ของ aggregate กําหนดความหนาของฟลมแอสฟลต (asphalt film thickness) ท่ีเคลือบรอบๆ aggregate แตละกอน
• ถา film thickness ไมหนาพอ:– Asphalt cement can be oxidized faster
– Easily penetrated by water
– Tensile strength of mixture is affected
• Film thickness ท่ีเคลือบบนเม็ดหินจะมีความหนานอยลง เม่ือเม็ดหินมีขนาดเล็กลง
87
Voids in Mineral Aggregate (VMA)
• ถาVMA ตํ่าเกินไป, สวนผสมอาจเกิดปญหาดานความทนทาน
• ถา VMA สูงเกินไป, สวนผสมอาจมีปญหาดานstability และอาจมีราคาแพงขึ้น
• VMA ของสวนผสมใดๆ ตองมีคามากเพียงพอเพือ่ใหมีชองวางสําหรับ:– ใหแอสฟลตสามารถเคลือบเม็ดหินดวยความหนาท่ีเพียงพอ
– บวกกับยังเหลือชองวางอากาศที่ตองการหลังจากบดอัดแลว เพ่ือใหแอสฟลตขยายตัวไดในสภาพอากาศรอน.
VMA=(VBE+VA)/V
88
Voids in Mineral Aggregate (VMA) cont.
• ถา Max particle size เล็กลง, แลวminimum VMA จะเพิ่มขึ้น. เพราะวาชองวางรวมระหวางเม็ดขนาดเล็กๆนั้นมากกวาชองวางรวมระหวางเม็ดขนาดใหญๆ.
• ดังนั้น dense-graded mix ที่มีขนาด max aggregate size 2 นิ้วอาจมีคา optimum %AC ตํ่าเพียง 3.0-3.5%, ในขณะที่สวนผสม max aggregate size ขนาด 3/8 นิ้วอาจใช %AC สูงถึง 7.0-7.5%
89
Air Voids
• HMA ท่ี optimum %AC ควรมี %AV อยูระหวาง 3-5 %
• คาสัมประสิทธิ์การซึมผานของอากาศและนํ้า (Air and water permeabilities) ควรมีคาตํ่า
• ชองวางไมเช่ือมตอกัน (Voids are not interconnected)
• Low %AV ลดอัตราการ aging ของแอสฟลต และลดโอกาสที่นํ้าซึมเขาไปในสวนผสมและแทรกผานฟลมแอสฟลตบางๆจนชะลางแอสฟลตืออกจากผิวเม็ดหิน
• ในการกอสราง, the in-place %AV ท่ีหนางาน ควรมีคาเริ่มตนมากกวา3-5% เล็กนอย เพ่ือเผ่ือการอัดตัวเพ่ิมเติมระหวางการใชงานจากนํ้าหนักจราจร.
90
Density
• ขนาดความหนาแนนในการทดลองไมใชส่ิงท่ีสําคัญ
• สําคัญท่ี ความหนาแนนในการทดลองมีคาใกลเคียงกับความหนาแนนในสนามจริงแคไหนหลังจากท่ีผานการใชงานในสภาพจราจร.
• การเพ่ิมความหนาแนนสามารถทําไดโดย– เพ่ิมพลังการบดอัด, สงผลตอการเพ่ิมความตานทานแรงเฉือน (shear resistance)
และทําให performance ของสวนผสมดีขึ้น (สมมุติวา %AC มีมากพอสําหรับเคลือบเม็ดหินและไมมากเกินไปจนเกิดปญหาการเสยีรูปราง permanent deformation).
– เพ่ิม %AC or %filler สงผลให voids ลดลง, แตไมไดแปลวาจะเกิดผลดีตอperformance ของสวนผสม
91
Stability• Marshall stability = maximum load at 60C under Marshall loading• Stability เปนการวัดความหนืดโดยรวม (viscosity) ของสวนผสม
• คา Stability ข้ึนกับ คามุมเสียดทานภายใน (angle of internal friction) ของaggregate และ viscosity ของแอสฟลตท่ี 60C
• การเพ่ิม Stability อาจชวยเพ่ิมความตานทานการเกิด rutting ในสนาม, แตไมเปนจริงเสมอไป เพราะวา rutting ก็เกิดจากสาเหตุปจจัยอื่นๆในสนามดวย
• ถาตองการเพ่ิม Stability:– เปลี่ยนไปใชแอสฟลตท่ีมี viscosity สูงขึ้น
– เลือกaggregate ท่ีมีเหลี่ยมมีมุม (angularity) มากขึ้น
• ถาใสผงฝุนเพิ่มอีกเล็กนอย– อาจทําให สวนผสมระหวางแอสฟลตกับฝุน (asphalt cement-dust mixture) มีพฤติกรรม
เปนกาวท่ีหนืดขึ้น และทําให stability เพ่ิมขึ้น
– แตวา มันก็อาจทําใหดูเหมือนวามีปริมาณแอสฟลตมากขึ้น แลวสงผลให stability ลดลง92
Flow
• Flow = vertical deformation (0.01 inch) at maximum load during Marshall loading
• คา Flow สูงๆ เปนตัวช้ีวา สวนผสมเปนพลาสติก (plastic mix) จะเกิดpermanent deformation จากการใชงานในสภาพจราจร
• คา Flow ท่ีตํ่าๆ อาจแปลวา– สวนผสมมี voids มากกวาปกติและปริมาณแอสฟลตไมเพียงพอสําหรับความ
ทนทาน
– และสวนผสมอาจเกิดปญหาการแตกราวกอนเวลา (premature cracking) เนื่องจากความแข็งเปราะ (brittleness)
93
เทรนโดยทั่วไปของกราฟมาแชล :
1. Stability vs. %AC เปนไปได 2 เทรน1. Stability increases with increasing %AC, reaches a peak, and
then deceases.
2. Stability decreases with increasing %AC and does not show a peak.
2. Flow ควรจะเพิ่มข้ึนตาม %AC ท่ีเพิ่มข้ึน
3. Density เพิ่มข้ึนตาม %AC, จนถึงจุดสูงสุด (peak), แลวจึงลดลง. Peak density มักจะอยูท่ีจุด %AC สุงกวา peak stability
4. %AV ควรจะลดลงเรื่อยๆเม่ือ %AC เพิ่มข้ึน
5. %VMA ลดลงเรื่อยๆเม่ือ %AC เพิ่มข้ึน, จนถึงจุดตํ่าสุด แลวจะกลับมาเพ่ิมข้ึนตาม %AC ท่ีเพิ่มข้ึน
6. %VFA เพิ่มข้ึนตาม %AC ท่ีเพิ่มข้ึน
%AC
Stab
ility
94
Example of Mix Design
• Review: – Example of Mix Design p.255-262 Roberts et.al 1996– Example 6-6 p.235-240 in Atkins 2003
96
97
98
99
100
