第! " 卷第#期! $$" 年" $月
西安公路交通大学学报
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文章编号@" $$D A #" " ! B ! $$" E $#A $$! ! A $#
间断密级配沥青混合料配合比设计方法
张宗涛" 刘中林! 郝培文" 张登良" F F F
陕西西安B " ; 长安大学公路学院F
河北石家庄D " $$G #H! ; 河北省交通厅石黄高速公路管理处F
$I $$$" E
摘
要@从沥青混合料的结构形态入手F 利用均匀设计法对骨架密实结构类型沥青混合料的级配进
行了系统的研究F 提出了基于体积法的间断级配沥青混合料配合比设计方法和推荐级配J 经室内路用性能试验验证F 用本方法设计的沥青混合料具有优良的抗滑K 防渗K 抗车辙以及耐低温和疲劳的性能J
关键词@沥青混合料H 间断密级配H 均匀设计法中图分类号@" #; D I 5#
文献标识码@L
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混凝土F 美国的v 0’%以及中国的多碎石沥青混凝土u 这些不同类型的级配F 由于气候条件K 使L v 等F 用条件不同F 会产生不同的使用效果J 甚至会出现问
" F ! -题, 因此针对间断密级配沥青混合料进行系统研J
. 间断密级配的组成特点及设计思路
间断级配F 就是指在矿料组成中F 大小颗粒不是连续存在F 而在某一个或某几个粒径范围内没有或有很少矿料颗粒所组成的一种矿质混合料J 这种混而且有适宜数量的细料填充于骨架间的空隙F 可使混合料有较高的密实度而形成为一种骨架密实结构F 其内摩阻力和粘结力均较高J
根据沥青混合料的结构强度可知F 要得到具有良好路用性能的沥青混合料必须保证两个条件@主骨架充分嵌挤F 形成骨架结构F 以保证良B " E
好的内摩阻力J
沥青胶浆应具有较大的粘结强度且充分填B ! E
充主骨架的空隙F 使混合料密实J
合料不仅有足够数量的粗骨料可以形成空间骨架F
究F 开发适合于中国的新型路面F 对于改善沥青路面的力学性能和使用性能F 具有重大的现实意义J
收稿日期@! $$$A " $A $#
作者简介@张宗涛B 男F 河北保定人F 长安大学硕士生" C D #A E F
第#期张宗涛" 等>间断密级配沥青混合料配合比设计方法
表*沥青结合料的技术性质
试验项目
针入度
) *; ; C " ? N " ; ’; *O D +
值S T U
当量软化点) E ; ; +=P V 当量脆点) *’3+=P V
3? P *? P ? P
37
这样就形成了间断密级配的设计思路! 首先" 确综合考虑设在#其次" 设计定设计空隙率" $最好%
粗骨架" 这包括粗骨架的级配及数量" 既然粗骨料的细集料的数量亦可算出%最后" 确定细集数量已知"
料的断档位置及细集料的级配!
胜利L M *; ; Q *’; ; 3@’; ; R ’; ;
&’(设计方法
) *+实测矿料的表观密度" 包括粗集料的表观密度, -. /细集料的表观密度, -0/矿粉的表观密度, -1
%实测沥青的密度, 2和各项指标! ) 3+
用均匀设计法设计粗集科的级配进行试验" 实测紧装密度, 4. " 以剩余空隙率564为目标确定粗集料级配!
) 7+
根据粗骨架空隙率以及沥青混合料设计空隙率确定细集料用量和沥青用量" 使细集料体积/沥青体积和沥青混合料设计空隙体积的总和等于主骨架的空隙的体积! 根据这一思路可以引出体积法设计粗细集料用量百分数的公式8. 981980
:*; ; ) *+
8. ) 56. 8. 为粗集料用量的百分数%81为矿粉用量的百分数%80为细集料用量的百分数%82为沥青的油石比%56. 为粗集料紧装空隙率百分数%564为沥青混合料设计空隙率百分数!
) #+
根据确定的粗集料级配以逐级填充的原则确定细集料的级配!
) ? +
调整级配成型各种试件" 作对比试验最终确定最优级配!
&’&设计实例3’3’*材料的各项指标
本文中石料采用优质石灰岩" 其各项性能指标均符合规范要求" 矿粉采用石灰岩磨制而成!
实测, -. :3’@73A *; 7B C =D 7" , -0:3
’@#*A *; 7
B C =D 7" , -1
:3’E ; ; A*; 7B C =D 7
! 沥青采用胜利*; ; F
沥青" 其各项指标见表*! 3’3’3确定粗骨架的级配
均匀设计与正交设计相似" 也是通过一套精心设计的表来进行试验设计的! 每一个均匀设计表有
一个代号G H ) 84+或G I H )
84+" 其中J G K 表示均匀设计" J H K 表示要做H 次试验" J 8
K 表示因素有8个水平" J 4
K 表示该表有4列! G 的右上角加与不加J IK 代表两种不同类型的均匀设计表" 通常加J IK 的均匀设计表有更好的均匀性" 应优先选用!
*; P 延度=O D @’? ; 含蜡量=$
? ’#; 薄膜加热试验针入度比=$R ? ’R ; ) *R 7P" ? W +
*; P 延度=O D
3’E ;
根据资料表明" 在沥青混合料中起到嵌挤作用
的是大于#’@? 的粒料" 所以用*7’3; /Q’? ; /#’@?
三档来形成骨架! 根据选用因素的多少和误差的分析" 采用H :**" 4
:7! 经计算得出结果如表3! 表3试验点及试验结果
停留在以下各级筛孔组合) D D +
上的质量百分率空隙率=$项目
=$
*7’3
Q ’? #’@? 振动法马歇尔击实*@E ’@E ’@*3’R ; #*’@R R *7*’Q E 733R 7’*3E ’? E ’#; #3’73*#77’#E ; ; 7? 3’7R ’? #*’3; #; ’; Q ; ; 7; ’R @Q 3##7’R 3E ’33E ’3; #3’*#*E 73’; ; #3? 7R ’*? ? ’3E ’@; #3’*7377*’*Q E #R 3Q ’7*R ’*? #’R ; #; ’**; ; 7; ’#; Q ? @37’3#? ’#7*’#; #; ’; 3; ; 3Q ’R ; ; 7E *@’#@E ’E 7’E ; #3’? ; E ; 7*’#R #; Q *3’*3E ’; ? Q ’Q ; #; ’*; #Q 7*’Q E 73*; @’*R 7’#3Q ’? ; ##’Q 7377; ’Q ##E **
3’7
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77’Q R Q *
压实方法采用两种" 一种是振动法" 一种是马歇尔击实法! 从试验数据上可以看出" 虽然两种压实方法所能达到的最终粗骨架空隙率不相等" 但空隙率随级配变化的规律基本上还是一致的! 这说明在搅拌均匀的情况下" 一种矿料的粗骨架级配一旦确定"
在某一种压实状态下" 它的5X Y 也已经确定了"
马歇尔压实法和振动法之所以最终得到的空隙率不同" 是因为它们对集料的破坏程度不同!
为了验证公式及确定那一种压实方法更接近实际" 做以下试验>确定一种粗集料级配形式" 变换粗集料的百分比" 细集料最大粒径为; ’R D D " 以防撑开骨架" 固定沥青用量" 实测沥青混合料的密度! 得
年
到结果见图!
"
级配
表9对比试验各种级配表
下列各级筛孔’上的筛余7&88(
类型. -%6=-16-$1-. 5-! 0-56-. 66-
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$60$
1%15
5%6.
5! 655
-! ! 5:! -! 5:6
构造深度测定" 这两种试验均是在成型好的沥青混合料板上进行的" 摩擦系数测定采用B C B 公司生产细集料级配
项目
停留在下列筛孔上的质量百分率7&粒径788%-. 56! -! 066-5666-. 666-! 166-6$1数量7&
6
.
5
1
6
为了验证试验结果并找出粗细集料的大小和多少对沥青混合料整体性能的影响#选出如表9的级配做对比试验" 其中:! -! 0细集料的级配采用了表. 中的级配#:6-5细集料的级配是已经经过优化的级配"
; 间断密级配的使用性能
; -
沥青混合料抗滑性能试验包括摩擦系数测定和
的便携式摆式仪#构造深度测定采用手工铺沙法" 试验按D 公路路基路面现场测试规程E ’F G F H 61==1(执行" 试验结果见图%) 图. "
间断密级配沥青混合料配合比设计方法
表! 不同级配的动稳定度
级配类型, -45, 0(65(0/51
次%&&’($" #
. (/0! 32/0(8! . 01/3201
’(
) " $&&%&*+
法中变形所占比重要大于荷载; 所以在改善沥青混提高沥青的品质最为重要
? 0C 混合料的疲劳性能分析
由试验结果可知4试验结果见图3
混合料疲劳性能的影响; 主要在于减小细度可以提高混合料的强度; 从而使疲劳曲线的位置上升
10([1**********]((21101/37
在细集料数量相等的情况下; 细集料的粒径9. :
大小对沥青混合料的高温稳定性的影响非常明显
通过以上试验结果分析; 骨架对高温稳定性的贡献是不容置疑的; 同样; 因为沥青混合料稳定阶段的车辙变形是源于混合料在高温下的剪切流变; 它同混合料的劲度息息相关; 如510/的高温性能要比5(所以要提高沥青混合料的高温0(6的好得多
增多粗集料的含量>9(:
细集料的粒径小一些>9. :
使用标号低一些的沥青; 或使用改性沥青
? 0? 沥青混合料的低温抗裂性能试验
本文从低温下弯拉应变能的大小评价混合料的低温抗裂性
表/各种级配低温弯曲指标
级配类型45, , -0(65(0/51
最大荷载$@A
(071(076(0/! (06(
最大挠度$&&
10. 2110. 6310. 7! 10. 73
应变能$B 10877108/2108! 11
08/2
从试验结果可以发现45, 中的纤维的确起到了增大变形的能力; 使得45, 的低温抗裂性能得这说明在能量到了提高
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要@从沥青混合料的结构形态入手F 利用均匀设计法对骨架密实结构类型沥青混合料的级配进
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关键词@沥青混合料H 间断密级配H 均匀设计法中图分类号@" #; D I 5#
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根据粗骨架空隙率以及沥青混合料设计空隙率确定细集料用量和沥青用量" 使细集料体积/沥青体积和沥青混合料设计空隙体积的总和等于主骨架的空隙的体积! 根据这一思路可以引出体积法设计粗细集料用量百分数的公式8. 981980
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为了验证试验结果并找出粗细集料的大小和多少对沥青混合料整体性能的影响#选出如表9的级配做对比试验" 其中:! -! 0细集料的级配采用了表. 中的级配#:6-5细集料的级配是已经经过优化的级配"
; 间断密级配的使用性能
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沥青混合料抗滑性能试验包括摩擦系数测定和
的便携式摆式仪#构造深度测定采用手工铺沙法" 试验按D 公路路基路面现场测试规程E ’F G F H 61==1(执行" 试验结果见图%) 图. "
间断密级配沥青混合料配合比设计方法
表! 不同级配的动稳定度
级配类型, -45, 0(65(0/51
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法中变形所占比重要大于荷载; 所以在改善沥青混提高沥青的品质最为重要
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由试验结果可知4试验结果见图3
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在细集料数量相等的情况下; 细集料的粒径9. :
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通过以上试验结果分析; 骨架对高温稳定性的贡献是不容置疑的; 同样; 因为沥青混合料稳定阶段的车辙变形是源于混合料在高温下的剪切流变; 它同混合料的劲度息息相关; 如510/的高温性能要比5(所以要提高沥青混合料的高温0(6的好得多
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细集料的粒径小一些>9. :
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本文从低温下弯拉应变能的大小评价混合料的低温抗裂性
表/各种级配低温弯曲指标
级配类型45, , -0(65(0/51
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应变能$B 10877108/2108! 11
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从试验结果可以发现45, 中的纤维的确起到了增大变形的能力; 使得45, 的低温抗裂性能得这说明在能量到了提高