CN112612994A - 沥青稳定碎石2倍标准差确定级配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种沥青稳定碎石2倍标准差确定级配方法，属于公路建设技术领域。本发明的方法，在矿料级配选择上，给出了更实用的计算方法，所使用“2倍标准差法”计算方法能绘制出更加适宜实际情况的级配范围，方便了对矿料级配的选用。在实际施工效果上，因对集料的变化波动范围做出了设计，使得变化波动范围较小，提高了级配材料的稳定性，极大的减少了沥青稳定碎石材料在生产施工过程中的吐料、离析等问题，提高了施工质量。在路面使用性能上，能有效减少沥青稳定碎石路面反射裂缝的产生，降低裂缝宽度。其级配较为合适，车辙、翻浆等常见病害出现频率大大降低。尤其在季冻区域，其使用效果较传统方法有了较大提升。

Description

沥青稳定碎石2倍标准差确定级配方法

技术领域

本发明属于公路建设技术领域，具体涉及一种沥青稳定碎石2倍标准差确定级配方法。

背景技术

近年来，我国高速公路建设飞速发展，沥青路面出现的反射裂缝、车辙等诸多早期病害问题得到更多关注。沥青稳定碎石作为沥青路面的材料类型之一，越来越多的应用于高速公路中，但是各地区的沥青稳定碎石材料和施工技术水平差异较大，严重影响了其使用性能。

针对相关配合比设计，现有技术方法如下：

(1)传统有机结合料施工中配合比设计方法：

沥青稳定碎石路面施工时，传统方法为按照《公路沥青路面施工技术规范》中相关要求进行设计。其中相关要求总结如下：

①沥青混合料必须在对同类公路配合比设计和使用情况调查研究的基础上，充分借鉴成功的经验，选用符合要求的材料，进行配合比设计。

②沥青混合料的矿料级配应符合工程设计规定的级配范围。宜根据公路等级、气候及交通条件按所给表格确定级配范围，通常不宜超过其级配范围要求。

③采用马歇尔试验配合比设计方法，沥青混合料技术要求符合所给表格规定，并具有良好的施工性能。

④采用上述配合比设计方法(即传统方法)，各种类型的沥青稳定碎石材料均需通过所给表格进行选用，各档矿料级配均已经给出，使用时选用范围内的数值，制作相应试件检验即可。

⑤图1即为传统沥青材料目标配合比曲线图，即从规范给出的各种数据中根据经验选择编号1～3的三种级配曲线，在设计给出的上限、下限范围内即可，然后通过试验验证后选择一个最终应用的级配曲线。这条级配曲线对应的配合比就是目标配合比。

应用传统有机结合料的配合比设计方法存在的缺陷如下：

①在矿料级配选择上，需选用多种数据组合，并加以试验，直至符合设计及施工技术要求，过程繁琐且浪费时间。

②在实际施工效果上，由于配合比不协调不适宜，会产生大量离析、吐料等情况，造成施工质量控制困难及成本增加。

③在路面使用性能上，出现了大量的反射裂缝、车辙、翻浆等现象，尤其是在季冻区域，季节交替温差变化较大地区，此种方法设计的路面耐久性较差，易损坏，增加了全生命周期的养护成本。(主要病害裂缝频率约为30～50m一道，裂缝宽度约为10～20mm)。

(2)传统无机结合料施工中配合比设计方法：

无机结合料路面施工时，传统方法为按照《公路路面基层施工技术细则》中相关要求进行设计。其中相关要求总结如下：

①混合料目标配合比设计包括：选择级配范围、确定结合料类型及掺配比例、验证混合料相关的设计及施工技术指标。

②应根据当地材料特点和混合料设计要求，通过配合比设计选择最优的工程级配。

③对于无机结合料稳定级配碎石或砾石材料，应根据当地材料特点和技术要求，优化设计混合料级配，确定目标级配曲线和合理的变化范围。试验级配曲线可按该规范推荐级配范围和以往工程经验构造。

④选定目标级配曲线后，应对各档材料进行筛分，确定其平均筛分曲线及相应变异系数，并按2倍标准差计算出各档材料筛分级配的波动范围。

传统无机结合料施工中配合比设计方法，适用于公路路面基层，主要内容为无机结合料稳定材料的目标配合比设计，并未涉及有机材料或沥青稳定碎石等相关内容。

发明内容

本发明要解决现有技术中的技术问题，提供一种沥青稳定碎石2倍标准差确定级配方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

本发明提供一种沥青稳定碎石2倍标准差确定级配方法，包括以下步骤：

步骤1、依据《公路沥青路面施工技术规范》及设计文件，关于沥青稳定碎石混合料矿料级配范围要求确定各档矿料比例及合成级配通过率，确定多组，依据规范进行相关实验，最终确定一组级配作为最佳级配曲线；

步骤2、依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》及设计文件，选择多个油石比，依据规范进行相关实验，最终确定油石比；

其特征在于，还包括以下步骤：

步骤3、取根据步骤1和2确定的进场原材料进行试验，取样时间段为备料时间段的初期、中期、后期，取样次数不低于10次，并进行筛分，统计结果，计算通过率平均值、标准差、变异系数、及波动；

步骤4、对步骤3得到的每档数据结果分析，确定混合料最佳级配中值，确定级配上下波动曲线，波动上限为(s+2σ)，波动下限为(s-2σ)，其中s为通过率平均值，σ为标准差，形成新的级配范围；绘制级配图，调整各档级配比例，使上下波动范围更加贴合最佳级配中值线，且不超出规范上下波动范围，可获得各档材料比例即为配合比；

步骤5、关键筛孔：针对控制性指标，提出针对沥青稳定碎石混合料的关键筛孔通过率。

在上述技术方案中，步骤4中绘制级配曲线：为各档材料通过率平均值与其所占比例之和，具体计算公式为：合成级配曲线＝∑(第n档通过率平均值×第n档比例)。

在上述技术方案中，步骤4中绘制上波动级配曲线：为各档材料波动范围上限与其所占比例之和，具体计算公式为：合成上波动级配曲线＝∑(第n档波动范围上限×第n档比例)。

在上述技术方案中，步骤4中绘制下波动级配曲线：为各档材料波动范围下限与其所占比例之和，具体计算公式为：合成下波动级配曲线＝∑(第n档波动范围下限×第n档比例)。

在上述技术方案中，上述方法的适用对象为密集配沥青稳定碎石混合料，尤其适用于ATB-25型沥青稳定碎石混合料。

在上述技术方案中，上述方法适用于ATB-25型沥青稳定碎石混合料时，步骤5中关键筛孔通过率为：4.75mm筛孔通过率＜30％，19mm筛孔通过率＞70％。

本发明的有益效果是：

与应用传统方法相比，本发明具有以下优点：

本发明的方法，在矿料级配选择上，给出了更实用的计算方法，所使用“2倍标准差法”计算方法能绘制出更加适宜实际情况的级配范围，方便了对矿料级配的选用。

本发明的方法，在实际施工效果上，因对集料的变化波动范围做出了设计，使得变化波动范围较小，提高了级配材料的稳定性，极大的减少了沥青稳定碎石材料在生产施工过程中的吐料、离析等问题，提高了施工质量。

本发明的方法，在路面使用性能上，能有效减少沥青稳定碎石路面反射裂缝的产生，降低裂缝宽度。其级配较为合适，车辙、翻浆等常见病害出现频率大大降低。尤其在季冻区域，其使用效果较传统方法有了较大提升。(主要病害裂缝频率约为80～120m一道，裂缝宽度约为3～5mm)。

本发明通过“沥青稳定碎石2倍标准差确定级配方法”得到的结果更加接近最佳级配，密度、稳定度、饱和度、矿料间隙率等都比传统方法设计值好，增强了沥青稳定碎石的性能，为进场原材提供了有效的控制指标。

尤其是对于沥青稳定碎石的动稳定度、高温稳定性和水稳定性有明显提高。针对作为例子的ATB-25型沥青稳定碎石材料，在东北季冻区域，针对上波动而言，由于级配偏上限，本身流数也在接近上限，在相关规范中对流值的技术要求(1.5～4mm)在寒冷地区的ATB-25配合比设计中是可以放宽或取消的，配合比设计可以设计到偏中细型，既可以达到规范规定的车辙要求，又可以有效的防止离析、吐料等问题，减少施工难度。

通过本发明设计的沥青稳定碎石混合料配合比，在裂缝控制方面有较大的提高，传统方法设计的沥青稳定碎石路面，裂缝频率约为30～50m一道，裂缝宽度约为10～20mm，本发明方法一般可以控制在裂缝频率约为80～120m一道，裂缝宽度约为3～5mm。降低了全生命周期的养护成本。

在渗水性方面，本发明提出的方法对水稳定性有很大的提高，可以做到基本不渗水，有效的延长了路面的使用寿命。

在平整度、压实度方面，应用本发明提出的方法对平整度、压实度也有很大提高，增强了行车的舒适度，也保证了施工质量。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为传统沥青材料目标配合比曲线图。

图2为ATB-25沥青稳定碎石目标级配曲线图。

图3为根据原材料合成级配波动上限合成的试件从横向(左图)和纵向(右图)切开的结构示意图。

图4为根据原材料选定的合成级配合成的试件从横向(左图)和纵向(右图)切开的结构示意图。

图5为根据原材料合成级配波动下限合成的试件从横向(左图)和纵向(右图)切开的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供一种沥青稳定碎石2倍标准差确定级配方法，包括以下步骤：

(1)依据《公路沥青路面施工技术规范》及设计文件，关于沥青稳定碎石混合料矿料级配范围要求确定各档矿料比例及合成级配通过率，确定多组，依据规范进行相关实验，最终确定一组级配作为最佳级配曲线；

(2)依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》及设计文件，选择多个油石比，依据规范进行相关实验，最终确定油石比；

其特征在于，还包括以下步骤：

(3)取根据步骤1和2确定的进场原材料进行试验，取样时间段为备料时间段的初期、中期、后期。取样次数不低于10次，并进行筛分，统计结果，计算通过率平均值、标准差、变异系数、波动；

注：波动范围：波动上限为(s+2σ)，波动下限为(s-2σ)；其中s为通过率平均值，σ为标准差；

(4)对步骤3得到的每档数据结果分析，确定混合料最佳级配中值。确定级配上下波动曲线，波动上限为(s+2σ)，波动下限为(s-2σ)，其中s为通过率平均值，σ为标准差，形成新的级配范围；绘制级配曲线图，调整各档级配比例，使上下波动范围更加贴合最佳级配中值线，且不超出规范上下波动范围；此时的各档材料比例即为配合比；

绘制级配曲线：为各档材料通过率平均值与其所占比例之和，具体计算公式为：合成级配曲线＝∑(第n档通过率平均值×第n档比例)；

绘制上波动级配曲线：为各档材料波动范围上限与其所占比例之和，具体计算公式为：合成上波动级配曲线＝∑(第n档波动范围上限×第n档比例)；

绘制下波动级配曲线：为各档材料波动范围下限与其所占比例之和，具体计算公式为：合成下波动级配曲线＝∑(第n档波动范围下限×第n档比例)；

(5)关键筛孔：针对控制性指标，提出针对沥青稳定碎石混合料的关键筛孔通过率；

上述方法适用对象为密集配沥青稳定碎石混合料，尤其适用于ATB-25型沥青稳定碎石混合料。当上述方法适用于ATB-25型沥青稳定碎石混合料时，步骤(5)中关键筛孔通过率为：4.75mm筛孔通过率＜30％，19mm筛孔通过率＞70％。

实施例

1、以ATB-25型沥青稳定碎石材料为例说明：

使用材料及器具：

(1)材料：

施工时所用的各档碎石材料。此次设计各档如下：

矿粉：0～2.36mm，2.36～4.75mm，4.75～9.5mm，9.5～19mm，19～26.5mm。

各档位可按照实际情况进行调整。

(2)工具及设备：

摇筛机、标准方孔筛、电子秤及毛刷等辅助工具。

具体方法如下：

(1)依据《公路沥青路面施工技术规范》及设计文件，关于ATB-25型沥青稳定碎石混合料矿料级配范围要求确定各档矿料比例及合成级配通过率，确定多组，依据规范进行相关实验，最终确定一组级配作为最佳级配曲线。

(2)依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》及设计文件，选择多个油石比，依据规范进行相关实验，最终确定油石比。

(3)取进场原材料进行试验，取样时间段为备料时间段的初期、中期、后期。取样次数不低于10次，并进行筛分，统计结果如下：

注：波动范围：波动上限为(s+2σ)，波动下限为(s-2σ)，其中s为通过率平均值，σ为标准差；

具体筛分及计算结果如下：

(4)对每档数据结果分析，确定混合料最佳级配中值。确定级配上下波动曲线，形成新的级配范围：

注：①合成级配曲线：为各档材料通过率平均值与其所占比例之和，具体计算公式为：合成级配曲线＝∑(第n档通过率平均值×第n档比例)。

②合成上波动级配曲线：为各档材料波动范围上限与其所占比例之和，具体计算公式为：合成上波动级配曲线＝∑(第n档波动范围上限×第n档比例)。合成下波动级配曲线同理。

③规范中值、规范上下限：为规范中要求的中值曲线与上下限。

④比例：此处的比例即为配合比，需要逐步调整，观察级配图，让上下波动曲线更加贴合最佳级配中值线。

当以上数据计算完成时，绘制级配图2，根据图2即可确定此时的各档材料比例即最终混合料级配比例。

(5)关键筛孔：针对控制性指标，提出针对ATB-25型沥青稳定碎石混合料的关键筛孔通过率：4.75mm筛孔通过率＜30％，19mm筛孔通过率＞70％。

2、以下为针对上述内容的验证试验，所用试验仪器均为常规道路工程试验检测仪器，无特殊仪器。

(1)上下波动及合成级配马歇尔试验结果

(2)纵横试件剖析

对上下波动及合成级配的试件从横向和纵向切开分析其结构类型是否满足ATB-25型沥青稳定碎石混合料的要求，图片参见图3-5：

由图3可知：原材料的波动上限，从结构类型看，符合ATB-25型沥青稳定碎石的结构类型要求，但是从流值要求看，快要超出规范要求。

由图4可知：选定的合成级配剖面是非常密实的，大料之间镶嵌在一起，分布均匀，是比较理想的级配。

由图5可知：下波动剖面也是也符合ATB-25级配的结构类型，明显大料增加了一部分。

(3)验证高温稳定性、水稳定性等技术指标

动稳定度对比表

高温稳定性和水稳定性试验数据对比

(4)后期技术检测

检测项目(单位)	设计值	实测值
			平整度(mm)	1.8	0.8、0.9、0.8
渗水性(ml/min)	≤300	180、185、190
			构造深度(mm)	0.8～1.6	1.1、1.0、1.1
压实度(％)	≥98	99.5、99.3、99.2

本发明的方法通过“沥青稳定碎石2倍标准差确定级配方法”得到的结果更加接近最佳级配，密度、稳定度、饱和度、矿料间隙率等都比传统方法设计值好，增强了沥青稳定碎石的性能，为进场原材提供了有效的控制指标。尤其是对于沥青稳定碎石的动稳定度、高温稳定性和水稳定性有明显提高。针对作为例子的ATB-25型沥青稳定碎石材料，在东北季冻区域，针对上波动而言，由于级配偏上限，本身流数也在接近上限，在相关规范中对流值的技术要求(1.5～4mm)在寒冷地区的ATB-25配合比设计中是可以放宽或取消的，配合比设计可以设计到偏中细型，既可以达到规范规定的车辙要求，又可以有效的防止离析、吐料等问题，减少施工难度。通过本发明设计的配合比，在裂缝控制方面有较大的提高，传统方法设计的沥青稳定碎石路面，裂缝频率约为30～50m一道，裂缝宽度约为10～20mm，本发明方法一般可以控制在裂缝频率约为80～120m一道，裂缝宽度约为3～5mm。降低了全生命周期的养护成本。在渗水性方面，本发明提出的方法对水稳定性有很大的提高，可以做到基本不渗水，有效的延长了路面的使用寿命。在平整度、压实度方面，应用本发明提出的方法对平整度、压实度也有很大提高，增强了行车的舒适度，也保证了施工质量。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种沥青稳定碎石2倍标准差确定级配方法，包括以下步骤：

步骤1、依据《公路沥青路面施工技术规范》及设计文件，关于沥青稳定碎石混合料矿料级配范围要求确定各档矿料比例及合成级配通过率，确定多组，依据规范进行相关实验，最终确定一组级配作为最佳级配曲线；

步骤2、依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》及设计文件，选择多个油石比，依据规范进行相关实验，最终确定油石比；

其特征在于，还包括以下步骤：

步骤3、取根据步骤1和2确定的进场原材料进行试验，取样时间段为备料时间段的初期、中期、后期，取样次数不低于10次，并进行筛分，统计结果，计算通过率平均值、标准差、变异系数、及波动；

步骤4、对步骤3得到的每档数据结果分析，确定混合料最佳级配中值，确定级配上下波动曲线，波动上限为(s+2σ)，波动下限为(s-2σ)，其中s为通过率平均值，σ为标准差，形成新的级配范围；绘制级配曲线图，调整各档级配比例，使上下波动范围更加贴合最佳级配中值线，且不超出规范上下波动范围，可获得各档材料比例即为配合比；

步骤5、关键筛孔：针对控制性指标，提出针对沥青稳定碎石混合料的关键筛孔通过率。

2.根据权利要求1所述的沥青稳定碎石2倍标准差确定级配方法，其特征在于，步骤4中绘制级配曲线：为各档材料通过率平均值与其所占比例之和，具体计算公式为：合成级配曲线＝∑(第n档通过率平均值×第n档比例)。

3.根据权利要求1所述的沥青稳定碎石2倍标准差确定级配方法，其特征在于，步骤4中绘制上波动级配曲线：为各档材料波动范围上限与其所占比例之和，具体计算公式为：合成上波动级配曲线＝∑(第n档波动范围上限×第n档比例)。

4.根据权利要求1所述的沥青稳定碎石2倍标准差确定级配方法，其特征在于，步骤4中绘制下波动级配曲线：为各档材料波动范围下限与其所占比例之和，具体计算公式为：合成下波动级配曲线＝∑(第n档波动范围下限×第n档比例)。

5.根据权利要求1所述的沥青稳定碎石2倍标准差确定级配方法，其特征在于，所述方法的适用对象为密集配沥青稳定碎石混合料。

6.根据权利要求5所述的沥青稳定碎石2倍标准差确定级配方法，其特征在于，所述方法的适用对象为ATB-25型沥青稳定碎石混合料。

7.根据权利要求6所述的沥青稳定碎石2倍标准差确定级配方法，其特征在于，步骤5中关键筛孔通过率为：4.75mm筛孔通过率＜30％，19mm筛孔通过率＞70％。

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