CN102680391A

CN102680391A - 一种沥青混合料骨架结构的判别方法

Info

Publication number: CN102680391A
Application number: CN2012101642124A
Authority: CN
Inventors: 陈俊
Original assignee: Hohai University HHU
Current assignee: Hohai University HHU
Priority date: 2012-05-25
Filing date: 2012-05-25
Publication date: 2012-09-19

Abstract

本发明公开一种沥青混合料骨架结构是否构成的判别方法，要解决的技术问题是在骨架型沥青混合料设计过程中，如何判定粗集料构成骨架结构。本发明利用贯入试验中粗集料与细集料具有完全不同的贯入特征，提出采用贯入试验测定粗集料的骨架结构，测定方法包括以下步骤：对粗集料混合物进行贯入试验，获取其贯入阻力与贯入深度的关系曲线；在粗集料混合物中加入细集料，在相同试验条件下进行贯入试验，比较最大贯入阻力与粗集料混合物的最大贯入阻力的大小，判定粗集料是否构成骨架结构。本发明以贯入试验作为评定手段，更符合沥青混合料在路面结构中的受力状态，相比于现有技术，能够更科学的判定沥青混合料中粗集料是否形成骨架结构。

Description

一种沥青混合料骨架结构的判别方法

技术领域

本发明属于骨架型沥青混合料级配设计领域，具体涉及一种集料骨架构成的测定方法。

背景技术

骨架密实型沥青混合料因具有优良的高温抗车辙性能、低温抗裂性能和抗疲劳性能，在世界多个国家得到了广泛的应用，其中典型的骨架密实型沥青混合料是沥青马蹄脂混合料（简称SMA）。大量使用经验表明，骨架密实型沥青混合料优良的使用性能，不仅因为其使用了高品质集料、改性沥青和纤维等，更得益于粗集料构成了骨架结构。因此，粗集料构成稳定的骨架结构是保证骨架密实型混合料优良使用性能的关键。

为了设计出骨架型沥青混合料，需要在其级配设计过程中，判定骨架结构构成与否。目前，常用的骨架结构设计或判定方法主要有两种，分别是贝雷法和矿料间隙率判定法。贝雷法认为粗集料构成骨架，粗集料骨架结构内部间隙由细集料填充，并以0.22倍的公称最大粒径作为粗细集料的界限。细集料含量确定的基本原则是：细集料的体积≤粗集料空隙率的体积。第二种方法是美国联邦公路局（FHWA）和美国国家沥青路面协会（NAPA）技术工作集体于1994年共同提出的“SMA混合料配合比设计方法”，在该设计方法中明确提出了粗集料间隙率VCA的概念，并规定以VCA_mix小于VCA_DRC作为判断粗集料形成骨架状态的判断依据，其中VCA_DRC为干捣粗集料的方法测定粗集料间隙率，VCA_mix为沥青混合料中粗细集料构成的集料混合物中粗集料的间隙率。目前，这种方法已被世界多个国家所采用，我国的《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)也是采用这种方法判定骨架型沥青混合料中粗集料骨架是否构成。

但是，在设计骨架型沥青混合料级配时，人们逐渐发现上述两种方法存在一定的缺陷，表现为：（1）“贝雷法”设计有一个非常复杂的计算和修订的过程，需要计算每一种原材料在混合料中可能形成的状态，以及根据原材料级配的不均匀性修正骨料的分布和数量，整个过程需要有相应的试验规程和计算机设计程序完成。（2）骨架形成判断标准VCA_mix<VCA_DRC中，VCA_DRC参数变化范围不大，集料级配对其影响并不显著。VCA_mix在所用集料性质相同和油石比不变的情况下，主要取决于粗集料的含量。粗集料含量越大，VCA_mix往往越小。因此，当粗集料含量较大时，VCA_mix<VCA_DRC很容易满足，故该判定标准并未考虑细集料和填充料对粗集料的干涉作用，并不能有效判定粗集料骨架的构成与否。（3）粗集料的骨架结构主要表现为集料与集料之间的点接触，外部压缩荷载通过骨架内部的接触点传递，因此骨架结构构成的关键表现为抵抗外部荷载的能力。但是，无论是贝雷法还是矿料间隙率判定法，都是体积角度的设计方法，没有充分考虑骨架结构对外部荷载的抵抗作用。

由上述介绍可见，现有粗集料骨架结构的判定方法或多或少地存在不足，设计一种沥青混合料骨架结构的判定方法已经成为道路科技工作者亟待解决的问题。

发明内容

发明目的：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，在充分认识粗集料骨架是以低抗外部压缩荷载为目的的基础上，设计一种沥青混合料骨架结构的判别方法。

技术方案：

1、技术方案拟定的依据

分别对13.2~16mm、9.5~13.2mm、4.75~9.5mm、2.36~4.75mm、1.18~2.36mm5档单一粒径的集料进行相同条件的贯入试验，荷载施加速度为1mm/min，分别采集5组集料贯入深度和贯入阻力的关系曲线，如图1所示。从图中曲线可以看出，集料粒径越大，相同贯入深度的阻力越大。这表明不同粒径的集料表现为不同的贯入特征。

当13.2~16mm集料形成骨架结构后，在其中分别加入10%、20%、30%、40%、50%的1.18~2.36mm集料，拌合成13.2~16mm与1.18~2.36mm的集料混合物，分别取3000g进行贯入试验，获得5组贯入深度和贯入阻力的关系曲线，如图2所示。从图中曲线可以看出，当13.2~16mm集料形成骨架后，在其中加入20%以下的1.18~2.36mm集料后，贯入曲线与13.2~16mm集料贯入曲线相当；当加入的1.18~2.36mm细集料大于20%后，相同贯入深度下的贯入阻力小于13.2~16mm集料的贯入阻力，加入的细集料越多贯入阻力越小。这表明当粗集料构成骨架后，较少的细集料加入后，骨架结构没有破坏；若细集料过多，粗集料构成的骨架结构被细集料撑开。从这个意义上来说，可以采用贯入试验评价骨架结构的构成状态，当粗集料骨架结构的贯入曲线与粗细集料混合物的贯入曲线相当，说明细集料没有影响粗集料的骨架，细集料只是填充于粗集料构成的骨架内部；当相同贯入深度下，粗细集料混合物的贯入阻力小于粗集料的贯入阻力，说明细集料撑开了粗集料骨架，混合物中没有形成骨架结构。这是本发明技术方案拟定的依据与原理。

2、具体技术方案

本发明所述的一种沥青混合料骨架结构的判别方法，具体包括如下步骤：

步骤一：根据需要测定的集料级配，配置3000g的粗细集料混合物，把粗细集料混合物分三层放入钢制试模内；所述的粗细集料混合物中粗集料是粒径大于4.75mm的集料颗粒，细集料是粒径小于4.75mm的集料颗粒；

步骤二：在压力机上对钢制试模内集料混合物施加10kN的压力，保证混合物内部集料相互接触；

步骤三：把装有集料混合物的试模放置到压力试验机上，在1mm/min的速度下进行贯入试验。试验时间为10min，在试验过程中采集圆柱体压头受到的贯入阻力与压头的贯入深度，并以贯入深度为横坐标、贯入阻力为纵坐标，绘制贯入曲线；

步骤四：按照步骤一待测定的集料级配中的粗集料级配，配制粒径大于4.75mm的粗集料混合物3000g，把粗集料分三层放入试模内，形成具有骨架结构的粗集料混合物，重复步骤二和步骤三，测试粗集料骨架的贯入阻力与贯入深度，获取其贯入曲线；

步骤五：比较粗集料骨架贯入曲线与粗细集料的贯入曲线，若待测定级配的最大贯入阻力不小于粗集料混合物的最大贯入阻力，待测定的集料级配可以构成骨架结构，否则，不能构成骨架结构。

本发明与现有技术相比，其有益效果是：（1）本发明的贯入试验充分体现了骨架结构的本质特征，即粗集料骨架主要以抵抗压缩荷载为目的。而现有技术主要以体积参数表征骨架构成状态，没有体现骨架结构的本质；（2）本发明测定骨架结构的贯入试验，模拟了车辆荷载作用下路面材料的受力状态。而现有技术不可能考虑到材料的受力特点；（3）本发明以贯入试验为基础，试验方法简单、试验步骤简洁、便于操作。

附图说明

图1为单一粒径集料贯入阻力与贯入深度的关系曲线；

图2为在13.2~16mm粗集料中加入不同比例1.18~2.36mm细集料后的贯入阻力与贯入深度关系曲线；

图3为某级配下粗集料骨架与粗细集料混合物的贯入曲线。

具体实施方式

本发明所述的一种沥青混合料骨架结构的判别方法，具体实施方式包括如下步骤：

1、粗细集料混合物的贯入试验

按照待测试的集料级配，配置粗细集料混合物，取3000g用于贯入试验。把粗细集料的混合物分三层放入内径为152mm、高度170mm的钢制试模内，每1000g为一层，每层倒入后用捣棒均匀捣实25次。在压力机上，对试模内集料混合物施加10kN的压缩荷载，以确保集料处于紧密接触状态。把试模放入压力试验机上，设置贯入速度为1mm/min，进行贯入试验，贯入试验的压头为直径为50mm、高度大于20mm的钢制圆柱体，贯入10min后停止试验，采集贯入深度和贯入阻力，以贯入阻力为纵坐标、贯入深度为横坐标绘制贯入曲线。

2、粗集料骨架的贯入试验

按照待测试集料级配中粒径大于4.75mm粗集料的级配，配置粗集料混合物，粗集料应与已经测试完毕的粗细集料混合物中粗集料属于同一批次，取3000g粗集料用于贯入试验。把粗集料按照上述粗细集料混合物相同的方法，放入试模内，形成粗集料骨架。采用与粗细集料混合料相同的贯入方法，对粗集料骨架进行贯入试验，绘制粗集料骨架的贯入曲线。

3、骨架结构的判定

综合比较粗细集料混合物与粗集料骨架的贯入曲线，若粗细集料混合物的最大贯入阻力不小于粗集料骨架的最大贯入阻力，说明粗细集料混合物中粗集料构成了骨架结构，细集料填充于骨架结构的集料间隙内；若粗细集料混合物的最大贯入阻力小于粗集料骨架的最大贯入阻力，则表明细集料撑开了粗集料骨架，粗细集料混合物没有构成骨架结构。

下面结合附图，通过实施例对本发明所述的粗集料骨架结构测定方法进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例：一种沥青混合料骨架结构的判别方法，包括如下步骤：

（1）粗细集料混合物的贯入试验

待测定的级配如表1所示，按照表1的级配，配置3000g集料混合物，其中各档集料的质量按照表1计算，结果如表2所示。

表1 待测定的集料级配

粒径尺寸/mm	通过率/%
		16	100
13.2	94
		9.5	63
4.75	26
		2.36	20
1.18	18
		0.6	15
0.3	13

表2 各档集料的质量

粒径	13.2~16mm	9.5~13.2mm	4.75~9.5mm	2.36~4.75mm	1.18~2.36mm	0.6~1.18mm	0.3~0.6mm	<0.3mm
									质量(g)	180	930	1110	180	60	90	60	390

把3000g粗细集料的混合物，分三层放入内径为152mm、高度170mm的钢制试模内，每层放入1000g集料。对试模内集料施加10kN的压缩荷载。在贯入试验机上对集料混合物施加1mm/min的贯入荷载，贯入压头为直径为50mm、高度不小于20mm的钢制圆柱体，记录10min内贯入阻力与贯入深度，并绘制两者的关系曲线，如图3所示。

（2）粗集料骨架的贯入试验

按照表1所示的级配，配制粒径大于4.75mm的粗集料混合物3000g，各档集料质量如表3所示。需要注意的是，所使用的粗集料应与上述粗细集料混合物中的粗集料料源相同、同一次购入、购入后在相同的条件下存放。

表3 各档粗集料的质量

粒径	13.2~16mm	9.5~13.2mm	4.75~9.5mm
				质量(g)	243	1257	1500

把3000g的粗集料混合物，分三层放入钢制试模内，每层放入1000g集料。采用与粗细集料混合物相同的方法，进行10kN荷载的预压和贯入试验，获取贯入阻力与贯入深度的关系曲线，如图3所示。

（3）骨架结构的判定

比较图3中的贯入曲线，粗集料骨架的最大贯入阻力大于粗细集料混合物的最大贯入阻力，说明表1所示的待测级配中细集料撑开了粗集料构成的骨架，待测级配不能构成骨架结构。

Claims

1.一种沥青混合料骨架结构的判别方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

1）按照待测定的集料级配，配置3000g粗集料和细集料的混合物，分三层放入钢制试模中，对试模内集料混合物预先施加10kN的压力；

2）将装有集料的钢试模放入压力试验机，以钢制圆柱体压头，在加载速度1mm/min下进行贯入试验，试验时间为10min，并同时记录贯入深度和贯入阻力；

3）按照步骤1）中粗集料级配，配置3000g粗集料混合物，其中粗集料应与1）中粗集料属于同一批次，按照步骤1）和2）进行粗集料混合物的贯入试验，并获得贯入深度和贯入阻力；

4）分别绘制粗集料、粗细集料混合物的贯入深度与贯入阻力关系曲线，若待粗细集料混合物的最大贯入阻力不小于粗集料混合物的最大贯入阻力，则判定粗细集料的混合物中，粗集料能够形成骨架结构，不受细集料的干涉影响，否则粗集料形成的骨架被细集料撑开，不构成骨架结构。

2.根据权利要求1所述的一种沥青混合料骨架结构的判别方法，其特征在于：所述步骤1）中粗集料是粒径大于4.75mm的集料颗粒；细集料是粒径小于4.75mm的集料颗粒。