CN106934135A - 一种大粒径沥青级配设计方法 - Google Patents

Abstract

一种LSAM集料级配的设计方法，其中主要判断粗集料是否形成骨架结构的基本条件，即形成骨架结构的前提条件是压实状态下沥青混合料中的粗集料骨架间隙率VCA_mix必须等于或小于没有其它集料、结合料存在时的粗集料集合体在捣实状态下的间隙率VCA_DRC。

Description

一种大粒径沥青级配设计方法

技术领域

本发明涉及建筑工程领域，尤其涉及公路工程建筑建设领域，特别涉及高级公路沥青路面中使用的大粒径沥青混合料级配设计方法。

背景技术

沥青混合料是由沥青、粗集料、细集料和矿粉以及外加剂所组成的复合材料，是一种具有空间网络结构的多相分散体系。其力学强度主要由矿质集料颗粒之间的内摩阻力和嵌挤力、沥青胶结料及其与矿料之间的粘结力所构成。

大粒径沥青混合料(Large-Stone Asphalt Mixes，简称LSAM)是沥青混合料的一种类型，一般是指矿料的最大公称粒径大于25mm，最大可达63mm的沥青混合料。与传统的沥青混合料一样，其组成结构也可分为骨架-空隙结构、悬浮-密实结构及骨架-密实结构。

骨架-空隙结构对应的级配是开级配，悬浮-密实结构对应的级配是密级配，但在生产实践中因其抗车辙性能较差，使用受到了限制。骨架-密实结构对应的级配为密级配，也是工程实践中最常用的大粒径沥青混合料结构类型，其常用形式有适用于下面层和上基层的嵌挤骨架-密实型结构(空隙率3％～6％)。

大粒径沥青混合料的设计采用了新的理念，从级配设计角度考虑，大粒径沥青混合料应当是一种新型的沥青混合料，通常由较大粒径(25mm～62mm)的单粒径集料形成骨架，由一定量的细集料形成填充而组成的骨架型沥青混合料。大粒径沥青混合料设计为半开级配或者开级配。由于大粒径沥青混合料有着良好的排水效果，通常为半开级配(空隙率为13～18％)。它不同于一般的沥青处治碎石(ATPB)基层，也不同于密级配大粒径沥青混合料(ATB)。沥青处治碎石粗集料形成了骨架嵌挤，但基本上没有细集料填充，因此空隙率很大，一般大于18％，具有非常好的透水效果，但由于没有细集料填充，其空隙率过大、模量较低而且耐久性较差。密级配大粒径沥青混合料也具有良好的骨架结构，空隙率一般在3～6％，因此其不具有排水性能。大粒径沥青混合料级配经过严格设计，形成了单一粒径骨架嵌挤，并且采用少量细集料进行填充，提高混合料模量与耐久性，在满足排水要求的前提下降低混合料的空隙率，空隙率一般为13～18％，因此其既具有良好的排水性能又具较高模量与耐久性。

最近十几年以来，美国、英国、南非、日本、澳大利亚、加拿大等对大粒径沥青混合料进行了研究，并修筑了许多试验路，但是他们的研究报告却没有公开。我国台湾地区也对LSAM动弹性模量与压实度、温度关系，进行了大量的试验研究。他们采用的LSAM的矿料级配见表3-1。由国内外参考级配可以看出，这些级配设计有的是根据最大密度曲线理论算出的，而有的根据粒子干涉理论，通过反复试验得出的；这些级配设计并没有考虑Superpave设计体系提出的限制区和控制点的概念。美国的NCHRP Report386也认为LSAM级配的设计是没有控制点，也没有限制区的，只要空隙率和粉胶比适当，通过试验证明其具有良好的路用性能，则LSAM的设计级配是适用的。国外和我国台湾地区都着重对骨架-密实结构级配的LSAM进行研究。

目前，由于我国正对大粒径沥青混合料路用性能进行研究，LSAM矿质集料级配设计还没有一个实用的方法，主要根据普通沥青混合料AC集料级配的计算公式如I法、n法或k法来计算LSAM的级配，或根据实践经验和习惯用法进行级配设计。

发明内容

本发明在总结国内外大粒径沥青混合料级配范围和级配设计的方法，提出一种LSAM集料级配的设计方法，其中主要需要判断粗集料是否形成骨架结构的基本条件，即形成骨架结构的前提条件是压实状态下沥青混合料中的粗集料骨架间隙率VCA_mix必须等于或小于没有其它集料、结合料存在时的粗集料集合体在捣实状态下的间隙率VCA_DRC。

具体设计过程如下：

(1)测定粗集料的毛体积相对密度(ρ_c)

(2)(2)测定在捣实状态下粗集料骨架间隙率VCA_DRC

用JTJ058-2000中T-0309的捣实方法测定粗集料的松方相对密度ρ，按下式计算捣实状态下粗集料骨架间隙率VCA_DRC。

式中：ρ_ca-粗集料合成毛体积相对密度(g/cm³)。

3)测定在压实状态下沥青混合料中粗集料骨架间隙率VCA_mix

本发明确定的LSAM的最佳油石比一般在3％～4.5％左右。因此，对不同矿料级配组成选择适当的油石比制作马歇尔试件，测定沥青混合料毛体积相对密度ρ_mb，按下式计算VCA_mix：

式中：P_CA-沥青混合料中大于2.36mm的颗粒含量(％)。

4)VCA_DRC、VCA_mix分析，判断骨架间隙率VCA_mix是否小于或等于没有其他集料、结合料存在时的粗集料集合体在捣实状态下的间隙率VCA_DRC间隙率。

5)根据VCA_DRC、VCA_mix分析，选取VCA_DRC≥VCA_mix的级配。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行详细的描述，但是以下描述的实施例仅仅作为对本发明进行的进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域技术人员根据本发明的内容作出的一些非实质性的改进和调整也属于本发明保护范围。

本发明创造性的提出一种LSAM集料级配的设计方法，其中主要需要判断粗集料是否形成骨架结构的基本条件，即形成骨架结构的前提条件是压实状态下沥青混合料中的粗集料骨架间隙率VCA_mix必须等于或小于没有其它集料、结合料存在时的粗集料集合体在捣实状态下的间隙率VCA_DRC。本发明设计了7种集料的级配，并通过本发明的设计方法确定最佳的LSAM集料级配。具体过程如下：

(1)测定粗集料的毛体积相对密度(ρ_c)

按JTJ058-2000中T-0304的方法测定，试验结果见表1：

表1 粗集料的毛体积相对密度

筛孔尺寸(mm)	37.5	31.5	26.5	19.0	16.0	13.2	9.5	4.75
									ρc(g/cm3)	2.738	2.726	2.696	2.689	2.704	2.701	2.703	2.694

(2)测定在捣实状态下粗集料骨架间隙率VCA_DRC

用JTJ058-2000中T-0309的捣实方法测定粗集料的松方相对密度ρ，按下式计算捣实状态下粗集料骨架间隙率VCA_DRC，结果见表2：

式中：ρ_ca-粗集料合成毛体积相对密度(g/cm³)。

表2 捣实状态下粗集料骨架间隙率VCA_DRC

(3)测定在压实状态下沥青混合料中粗集料骨架间隙率VCA_mix

本发明中，LSAM的最佳油石比一般在3％～4.5％左右。因此，针对不同矿料级配组成选择适当的油石比制作马歇尔试件，测定沥青混合料毛体积相对密度ρ_mb，按下式计算VCA_mix：

式中：P_CA-沥青混合料中大于2.36mm的颗粒含量(％)。

具体油石比的选择和测试结果见表3：

表3 压实状态下粗集料骨架间隙率VCA_mix

(4)VCA_DRC、VCA_mix分析

对配比的几种级配进行VCA_DRC、VCA_mix分析，结果见下表：

表4 VCA_DRC、VCA_mix数值对比

级配类型	1#级配	2#级配	3#级配	4#级配	5#级配	6#级配	AC-16
								VCADRC(％)	36.65	38.63	38.72	41.08	37.50	36.86	40.08
VCAmix(％)	44.62	48.48	43.52	50.47	47.01	30.46	56.82

通过比较可以看出，七种级配类型中只有6#级配的粗集料VCA_mix值小于VCA_DRC值，形成了嵌挤结构，其余几种级配的粗集料则悬浮于细集料之间，没有形成嵌挤结构。通过对轮碾成形板切割的小梁型试件的断面进行观察可以清楚的看出，6#级配中的粗集料互相嵌挤、细集料充填密实，明显地形成了很好的骨架一密实结构；而其它几种级配，虽然结构比较密实、且有相当的粗集料，但被细集料撑开，形成了悬浮一密实结构。

由以上分析可知，具有不同结构组成的沥青混合料其整体强度形成存在很大差异，并将对路用性能产生不同程度的影响，这就需要对不同结构组成的沥青混合料分别进行路用性能分析。

Claims (2)

1.一种大粒径沥青混合料级配范围和级配设计方法，其特征在于包括以下步骤：

a)测定粗集料的毛体积相对密度(ρc)

b)测定在捣实状态下粗集料骨架间隙率VCA_DRC

用JTJ058-2000中T-0309的捣实方法测定粗集料的松方相对密度ρ，按下式计算捣实状态下粗集料骨架间隙率VCA_DRC。

${\mathrm{VCA}}_{DRC}=\[1-\frac{\mathrm{\ρ}}{{\mathrm{\ρ}}_{ca}}\]\×100\%$

式中：ρ_ca-粗集料合成毛体积相对密度(g/cm³)；

c)测定在压实状态下沥青混合料中粗集料骨架间隙率VCA_mix

对不同矿料级配组成选择适当的油石比制作马歇尔试件，测定沥青混合料毛体积相对密度ρ_mb，按下式计算VCA_mix：

${\mathrm{VCA}}_{mix}=(1-\frac{{\mathrm{\ρ}}_{mb}}{{\mathrm{\ρ}}_{ca}}\×P_{CA})\×100$

式中：P_CA-沥青混合料中大于2.36mm的颗粒含量(％)；

d)VCA_DRC、VCA_mix分析，判断骨架间隙率VCA_mix是否小于或等于没有其他集料、结合料存在时的粗集料集合体在捣实状态下的间隙率VCA_DRC间隙率；

e)根据VCA_DRC、VCA_mix分析，选取VCA_DRC≥VCA_mix的级配。

2.如权利要求所述的大粒径沥青混合料级配范围和级配设计方法，其特征在于油石比为3％～4.5％。