CN115368045B - 一种超大粒径lsam-50沥青混合料级配设计方法 - Google Patents

一种超大粒径lsam-50沥青混合料级配设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种超大粒径LSAM‑50沥青混合料级配设计方法，涉及交通土建工程应用技术领域，包括如下步骤：首先筛分试样，将集料分为五档，其中D5档为细集料。然后将一定质量的粗集料D1装入试模，按一定比例将D2填入D1中，测定出试模中集料的空隙率；按一定比例将D3填入D1和D2的混合集料中，测定出集料的空隙率，根据空隙率最小原则确定粗集料比例；采用i值法进行细集料级配设计；将D5和D4的混合集料填充于D1、D2和D3的混合集料中，并成型试件，测试不同粗细集料比例下试件的强度，以强度最优原则选取最佳粗细集料比例。本发明可以快速、简捷的确定超大粒径LSAM‑50沥青混合料级配范围，以保证结果可靠且混合料的力学性能好。

Description

一种超大粒径LSAM-50沥青混合料级配设计方法
技术领域
本发明涉及交通土建工程应用技术领域，特别是涉及一种超大粒径LSAM-50沥青混合料级配设计方法。
背景技术
沥青混合料是由集料、沥青、填料等不同性质材料组成的多相复合材料。其强度主要由两部分组成，一部分是粗集料颗粒相互嵌挤构成的骨架强度，通常由集料颗粒间形成的嵌挤力或摩擦力提供；另一部分是沥青砂浆形成的胶结强度，包括粘结力、抗拉力等，一般采用粘聚力表示。因而，粗集料设计时应确保颗粒堆积形成致密堆积体系，沥青砂浆应能充分填充和裹覆粗集料颗粒表面，使混合料形成骨架密实结构。
经过大量研究与工程实践，常规粒径沥青混合料已经形成各自性能优良的矿料级配并纳入相关规范，为提高骨架嵌挤力，通常采用体积法进行级配设计。而常规体积设计方法采用马歇尔击实方法确定粗集料的紧装密度，局限性在于通过重锤双面击实成型试件，施工现场沥青混凝土是通过压路机碾压成型，室内试验与施工现场差异较大。马歇尔击实法无法代表车轮对路面的碾压作用。马歇尔法以控制击实次数来控制试件压实度，击实次数增加使得粗集料更容易被压碎，这样会导致沥青混合料矿料级配的变化，进而影响混合料的路用性能，并导致马歇尔法成型的试件与现场道路的相关性进一步降低。
大粒径沥青混合料的强度原理在于采用更大公称最大粒径的集料形成骨架结构，因此级配设计时需最大程度提高骨架嵌挤力。目前，LSAM-50沥青混合料包括矿料级配在内的相关研究与工程应用并未涉及。
发明内容
本发明的目的是提供一种超大粒径LSAM-50沥青混合料级配设计方法，以解决上述现有技术存在的问题，结果可靠且混合料的力学性能好。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种超大粒径LSAM-50沥青混合料级配设计方法，包括：
步骤1、取碎石试样进行筛分，对筛分后的碎石试样进行分档，分档情况如下：D1档粒径范围为37.5mm～53mm、D2档粒径范围为19mm～37.5mm、D3档粒径范围为9.5mm～19mm、D4档粒径范围为4.75mm～9.5mm、D5档粒径范围为0～4.75mm。其中，D5档碎石为细集料，其余档碎石为粗集料；
步骤2、在试模中装填D1档碎石，然后将部分D2档碎石填入到试模中的D1档碎石的间隙内，此时，测定出试模中集料的间隙率；
步骤3、再次向试模中填入质量为x的D2档碎石并测定出集料的间隙率，重复上述步骤并建立填充D2档碎石的质量与间隙率的关系曲线。记间隙率最小时的D1档碎石质量：D2档碎石质量＝A:(100-A)；
步骤4、在D1档和D2档碎石间隙中填入D3档碎石，此时，测定出试模中集料的间隙率；
步骤5、再次向试模中填入质量为y的D3档碎石并测定出集料的间隙率，重复上述步骤并建立填充D3档碎石的质量与间隙率的关系曲线；记间隙率最小时的(D1档碎石质量+D2档碎石质量)：D3档碎石质量＝B:(100-B)；由此根据步骤2～步骤5得到粗集料级配比例为：
Figure BDA0003546553870000021
步骤6、采用i值法进行细集料级配设计，取用不同的i值制备掺有沥青及D5档碎石的沥青砂浆试件；
步骤7、测定步骤6中沥青砂浆试件的抗压强度和劈裂强度，取试件强度达到最大时的i值作为D5档碎石的级配，并测试此时沥青砂浆的密度；
步骤8、将步骤7确定的沥青砂浆+D4档碎石填充于试模中的D1、D2和D3档碎石中，改变沥青砂浆与D4档碎石的质量比，进而成型出多个含不同质量的D5和D4档碎石的沥青混合料试件；
步骤9、测试步骤8所得到试件的7d抗压强度和7d劈裂强度，取试件强度达到最大时的粗细集料比例作为最佳粗细集料比例。
优选的，步骤1中筛分前要预先将碎石试样放置于105℃±5℃的烘箱中烘干至恒重，筛分时筛孔尺寸分别为53mm、37.5mm、19mm、9.5mm和4.75mm。
优选的，步骤2中，试模为圆柱壳体，试模内腔尺寸为Φ200mm×h230mm，试模内配备一个与所述试模尺寸相匹配的垫块，垫块尺寸为Φ200mm×h30mm。
优选的，步骤3中，每次向D1档碎石中添加的D2档碎石的质量可以根据工程经验确定，也可以将每次D2档碎石的用量以D1档碎石用量的4％～8％为步长依次掺入到D1档碎石中，每次掺入后即测量一次间隙率，具体步长根据石料用量与间隙率关系图灵活选用；
或步骤3中每次向D1档碎石中添加的D2档碎石的质量分别按D1：D2＝64:36、67:33、70:30、73:27、76:24的比例掺入，每次掺入后即测量一次间隙率；
所述步骤5中每次向D1和D2档碎石中添加的D3档碎石的质量可以根据工程经验确定，也可以将每次D3档碎石的用量以D1和D2档碎石的总用量的4％～8％为步长依次掺入到D1和D2档碎石中，每次掺入后即测量一次间隙率，具体步长根据石料用量与间隙率关系图灵活选用；
或所述步骤5中每次向D1和D2档碎石中添加的D3档碎石的质量分别按(D1+D2)：D3＝90:10、85:15、80:20、75:25、72:28、70:30、68:32、65:35的比例掺入，每次掺入后即测量一次间隙率。
优选的，步骤2～步骤5中，每次掺入集料后，需将试模放至垂直振动压实仪上振动击实，然后测定参数计算其间隙率，计算间隙率所采用的公式为：
Figure BDA0003546553870000031
式中：ρd为填充后集料的密度，g/cm3；ρi为Di档集料的密度，g/cm3；ωi为Di档集料的质量分数，％。
优选的，所述步骤6中不同i值的D5档细集料的级配采用i法。其中，i值取0.55、0.65、0.75、0.85，按下式求得：
px＝(i)x×100％
Figure BDA0003546553870000032
式中：px为某级集料的通过百分率；i为通过百分率的递减系数；dx为某级集料粒径，mm；D为集料的最大粒径，mm。
优选的，所述步骤6中，i值为0.55、0.65、0.75、0.85对应的最佳油石比分别为7.5％、7.5％、8.5％及10％。
优选的，所述步骤6和步骤8中成型试件时，采用垂直振动法成型试件，成型试件前需将混合料均匀拌合，装入试模的过程中要用插捣棒插捣均匀；垂直振动仪工作频率为40Hz，上车质量为122kg、下车质量为180kg，偏心角为0°，振动时间为90s；试模为圆柱壳体，试模内部尺寸为Φ200mm×h200mm，试模内配备一个与所述试模尺寸相匹配的垫块，垫块尺寸为Φ200mm×h40mm；振动结束后测量试件高度，高度应在160mm±3mm范围内，超出误差范围则作废，重新制备试件。
优选的，所述步骤8中，D5档碎石的用量以D4档碎石用量的25％～50％为步长，每次掺入后即测量一次间隙率；具体步长根据石料用量与间隙率关系图灵活选用；
或参考规范级配，直接拟定D5档碎石质量与D4档碎石的质量比为2:1、3:1、4:1；
所述步骤8中，实际沥青砂浆用量计算方法为：①沥青砂浆应密实填充于各推荐粗集料级配空隙，故将各粗集料级配的目标间隙率视为理论砂浆体积；②根据实测沥青砂浆密度及理论砂浆体积换算成Φ200mm×h160mm试件尺寸下的理论砂浆质量，将该砂浆质量除以试件总质量即得到理论砂浆占比，试件总质量一般为13000g；③考虑到需有额外的沥青砂浆充分包裹粗集料颗粒表面，实际沥青砂浆占比应+3％；④各级配油石比根据砂浆最佳油石比及砂浆质量换算得到。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明提供的超大粒径LSAM-50沥青混合料级配设计方法以强嵌挤骨架密实级配为设计原理，采用室内填充试验，以间隙率最小原则确定了粗集料的合理级配；以i法计算细集料级配，根据不同i值确定的细集料级配成型试件，根据强度最优原则确定细集料的最佳级配；将不同比例的粗细集料相互填充成型试件，以强度最优原则确定粗细集料最佳比例，由此得到了LSAM-50沥青混合料强嵌挤骨架密实级配范围，为超大粒径LSAM-50沥青混合料级配设计提供了一种思路和参考；且本发明提供的方法的可操作性强，发明人已根据实际操作情况对方法进行了调整，比如在设计粗集料级配时，D4档集料虽然为粗集料，但是在填充试验过程中发现，D4与D1、D2、D3档碎石集料填充时会漏到试模的底部，得不到有效的填充数据，故在选取最佳粗细集料比例时将D4档碎石集料与D5档碎石集料混合后共同填充到D1、D2、D3档碎石集料的空隙内。由此可以更快速准确的确定超大粒径LSAM-50沥青混合料矿料级配的合理范围，有效指导道路工程施工，缩短施工期限；根据本方法的级配设计，可以得到强嵌挤骨架密实型级配LSAM-50沥青混合料，经过试验论证表明，由该方法设计的超大粒径LSAM-50沥青混合料具有优良的路用性能，且强度更高，施工时不易离析。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为D1与D2填充粗集料间隙率趋势图；
图2为D1和D2档集料混合集料与D3档集料填充的堆积密度与间隙率趋势图；
图3为不同i值对应级配D5档集料7d力学强度；
图4为本发明提供的方法所使用的垂直振动击实验仪的结构示意图；
图中：1-机架、2-偏心轮、3-振动轴、4-下车系统、5-振动锤、6-试模、7-升降系统、8-上车系统、9-转动轴、10-电机、11-控制系统。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种超大粒径LSAM-50沥青混合料级配设计方法，以解决现有技术存在的问题，结果可靠且混合料的力学性能好。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供一种超大粒径LSAM-50沥青混合料级配设计方法，包括：
步骤1、取碎石试样进行筛分，对筛分后的碎石试样进行分档，分档情况如下：D1档粒径范围为37.5mm～53mm、D2档粒径范围为19mm～37.5mm、D3档粒径范围为9.5mm～19mm、D4档粒径范围为4.75mm～9.5mm、D5档粒径范围为0～4.75mm。其中，D5档碎石为细集料，其余档碎石为粗集料；
步骤2、在试模中装填D1档碎石，然后将部分D2档碎石填入到试模中的D1档碎石的间隙内，此时，测定出试模中集料的间隙率；
步骤3、再次向试模中填入质量为x的D2档碎石并测定出集料的间隙率，重复上述步骤并建立填充D2档碎石的质量与间隙率的关系曲线。记间隙率最小时的D1档碎石质量：D2档碎石质量＝A:(100-A)；
步骤4、在D1档和D2档碎石间隙中填入D3档碎石，此时，测定出试模中集料的间隙率；
步骤5、再次向试模中填入质量为y的D3档碎石并测定出集料的间隙率，重复上述步骤并建立填充D3档碎石的质量与间隙率的关系曲线；记间隙率最小时的(D1档碎石质量+D2档碎石质量)：D3档碎石质量＝B:(100-B)；由此根据步骤2～步骤5得到粗集料级配比例为：
Figure BDA0003546553870000061
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步骤6、采用i值法进行细集料级配设计，取用不同的i值制备掺有沥青及D5档碎石的沥青砂浆试件；
步骤7、测定步骤6中沥青砂浆试件的抗压强度和劈裂强度，取试件强度达到最大时的i值作为D5档碎石的级配，并测试此时沥青砂浆的密度；
步骤8、将步骤7确定的沥青砂浆+D4档碎石填充于试模中的D1、D2和D3档碎石中，改变沥青砂浆与D4档碎石的质量比，进而成型出多个含不同质量的D5和D4档碎石的沥青混合料试件；
步骤9、测试步骤8所得到试件的7d抗压强度和7d劈裂强度，取试件强度达到最大时的粗细集料比例作为最佳粗细集料比例。
本发明提供的超大粒径LSAM-50沥青混合料级配设计方法以强嵌挤骨架密实级配为设计原理，采用室内填充试验，以间隙率最小原则确定了粗集料的合理级配；以i法计算细集料级配，根据不同i值确定的细集料级配成型试件，根据强度最优原则确定细集料的最佳级配；将不同比例的粗细集料相互填充成型试件，以强度最优原则确定粗细集料最佳比例，由此得到了LSAM-50沥青混合料强嵌挤骨架密实级配范围，为超大粒径LSAM-50沥青混合料级配设计提供了一种思路和参考；且本发明提供的方法的可操作性强，发明人已根据实际操作情况对方法进行了调整，比如在设计粗集料级配时，D4档集料虽然为粗集料，但是在填充试验过程中发现，D4与D1、D2、D3档碎石集料填充时会漏到试模的底部，得不到有效的填充数据，故在选取最佳粗细集料比例时将D4档碎石集料与D5档碎石集料混合后共同填充到D1、D2、D3档碎石集料的空隙内。由此可以更快速准确的确定超大粒径LSAM-50沥青混合料矿料级配的合理范围，有效指导道路工程施工，缩短施工期限；根据本方法的级配设计，可以得到强嵌挤骨架密实型级配LSAM-50沥青混合料，经过试验论证表明，由该方法设计的超大粒径LSAM-50沥青混合料具有优良的路用性能，且强度更高，施工时不易离析。
进一步的，步骤1中筛分前要预先将碎石试样放置于105℃±5℃的烘箱中烘干至恒重，筛分时筛孔尺寸分别为53mm、37.5mm、19mm、9.5mm和4.75mm。
进一步的，步骤2中，试模为圆柱壳体，试模内腔尺寸为Φ200mm×h230mm，试模内配备一个与试模尺寸相匹配的垫块，垫块尺寸为Φ200mm×h30mm。
进一步的，步骤3中，每次向D1档碎石中添加的D2档碎石的质量可以根据工程经验确定，也可以将每次D2档碎石的用量以D1档碎石用量的4％～8％为步长依次掺入到D1档碎石中，每次掺入后即测量一次间隙率，具体步长根据石料用量与间隙率关系图灵活选用；
或步骤3中每次向D1档碎石中添加的D2档碎石的质量分别按D1：D2＝64:36、67:33、70:30、73:27、76:24的比例掺入，每次掺入后即测量一次间隙率；
步骤5中每次向D1和D2档碎石中添加的D3档碎石的质量可以根据工程经验确定，也可以将每次D3档碎石的用量以D1和D2档碎石的总用量的4％～8％为步长依次掺入到D1和D2档碎石中，每次掺入后即测量一次间隙率，具体步长根据石料用量与间隙率关系图灵活选用；
或步骤5中每次向D1和D2档碎石中添加的D3档碎石的质量分别按(D1+D2)：D3＝90:10、85:15、80:20、75:25、72:28、70:30、68:32、65:35的比例掺入，每次掺入后即测量一次间隙率。
进一步的，步骤2～步骤5中，每次掺入集料后，需将试模放至垂直振动压实仪上振动击实，然后测定参数计算其间隙率，计算间隙率所采用的公式为：
Figure BDA0003546553870000081
式中：ρd为填充后集料的密度，g/cm3；ρi为Di档集料的密度，g/cm3；ωi为Di档集料的质量分数，％。
进一步的，步骤6中不同i值的D5档细集料的级配采用i法。其中，i值取0.55、0.65、0.75、0.85，按下式求得：
px＝(i)x×100％
Figure BDA0003546553870000082
式中：px为某级集料的通过百分率；i为通过百分率的递减系数；dx为某级集料粒径，mm；D为集料的最大粒径，mm。
进一步的，步骤6中，i值为0.55、0.65、0.75、0.85对应的最佳油石比分别为7.5％、7.5％、8.5％及10％。
进一步的，步骤6和步骤8中成型试件时，采用垂直振动法成型试件，成型试件前需将混合料均匀拌合，装入试模的过程中要用插捣棒插捣均匀；垂直振动仪工作频率为40Hz，上车质量为122kg、下车质量为180kg，偏心角为0°，振动时间为90s；试模为圆柱壳体，试模内部尺寸为Φ200mm×h200mm，试模内配备一个与试模尺寸相匹配的垫块，垫块尺寸为Φ200mm×h40mm；振动结束后测量试件高度，高度应在160mm±3mm范围内，超出误差范围则作废，重新制备试件。
进一步的，步骤8中，D5档碎石的用量以D4档碎石用量的25％～50％为步长，每次掺入后即测量一次间隙率；具体步长根据石料用量与间隙率关系图灵活选用；
或参考规范级配，直接拟定D5档碎石质量与D4档碎石的质量比为2:1、3:1、4:1；
步骤8中，实际沥青砂浆用量计算方法为：①沥青砂浆应密实填充于各推荐粗集料级配空隙，故将各粗集料级配的目标间隙率视为理论砂浆体积；②根据实测沥青砂浆密度及理论砂浆体积换算成Φ200mm×h160mm试件尺寸下的理论砂浆质量，将该砂浆质量除以试件总质量即得到理论砂浆占比，试件总质量一般为13000g；③考虑到需有额外的沥青砂浆充分包裹粗集料颗粒表面，实际沥青砂浆占比应+3％；④各级配油石比根据砂浆最佳油石比及砂浆质量换算得到。
垂直振动击实验仪包括机架1、偏心轮2、振动轴3、下车系统4、振动锤5、试模6、升降系统7、上车系统8、转动轴9、电机10、控制系统11。
具体实施方式：
1.原材料
(1)沥青
沥青为镇海重交通70#道路石油沥青，技术指标见表1。
表1重交通70#道路石油沥青技术性质
Figure BDA0003546553870000091
/>
Figure BDA0003546553870000101
(2)粗集料
各档粗集料均为石灰岩碎石，技术指标见表2。
表2粗集料技术性质
Figure BDA0003546553870000102
(3)细集料
细集料为石灰岩机制砂，技术指标见表3。
表3细集料技术性质
Figure BDA0003546553870000111
(4)矿粉
矿粉为石灰岩矿粉，技术指标见表4。
表4矿粉技术性质
Figure BDA0003546553870000112
2.以下为确定其矿料级配的具体方法：
步骤1：取试样一份进行筛分试验，然后将粗集料分档，分档情况见表5，其中D5档为细集料，其余为粗集料。然后进行逐档填充试验。
表5粗集料分档情况
Figure BDA0003546553870000121
步骤2：将一定质量的粗集料D1装入尺寸为Φ200mm×h230mm的试模中(试模下部放置有一块Φ200mm×h30mm的垫块)，在D1基础上，以D1：D2＝64:36、67:33、70:30、73:27、76:24的比例将D2填入D1中，每次掺入集料后，需将试模放至VVTM(垂直振动仪)上振动击实，然后运用公式
Figure BDA0003546553870000122
(式中VCA为间隙率，ρd为填充后集料的密度，ρi为Di档集料的密度，Xi为Di档集料的质量分数)分别测定出集料的间隙率。
D1与D2填充粗集料间隙率试验结果见表6，其变化趋势图见图1。由表6和图1可知，随着D1与D2的质量比增大，间隙率呈现先减小后增大的趋势，并在D1：D2＝70：30时达到最小值。
表6D1与D2填充粗集料骨架间隙率
Figure BDA0003546553870000123
步骤3：在D1+D2基础上，以D1+D2：D3＝90:10、85:15、80:20、75:25、72:28、70:30、68:32、65:35的比例将D3填入D1+D2中，每次掺入集料后，需将试模放至VVTE(垂直振动压实仪)上振动击实，然后分别测定出集料的间隙率，计算间隙率公式同步骤2。
其中，D4档集料虽然为粗集料，但是在填充试验过程中发现，D4与D1、D2、D3档集料填充时会漏到试模的底部，得不到有效的填充数据，故在选取最佳粗细集料比例时考虑D4档集料的用量。(D1+D2)与D3填充的堆积密度与间隙率均值试验结果见表7，其变化趋势图见图2。
表7(D1+D2)与D3填充的堆积密度与间隙率
Figure BDA0003546553870000131
由表6和图2可知，堆积密度随着(D1+D2)与D3比例的下降先增加后减小，在(D1+D2)：D3＝70：30时达到最大值；间隙率均值随着(D1+D2)与D3比例的下降先减小后增大，在(D1+D2)：D3＝70：30时达到最小值。由此根据步骤3与步骤4得到粗集料级配比例为D1：D2：D3＝5:2:3。
步骤4：采用i法进行细集料级配优选，选取的i值为0.55、0.65、075、0.85，对应的最佳油石比分别为7.5％、7.5％、8.5％及10％。以垂直振动法成型不同油石比下的VVTM试件。不同i值的D5档细集料的级配按下式计算：
px＝(i)x×100％
Figure BDA0003546553870000132
式中：px为某级集料的通过百分率；i为通过百分率的递减系数；dx为某级集料粒径，mm；D为集料的最大粒径，mm。
不同i值的D5档细集料的级配见表8。
表8不同i值对应的细集料级配
Figure BDA0003546553870000133
Figure BDA0003546553870000141
步骤5：将步骤4得到的VVTM试件脱模养生后，测定试件7d抗压强度和7d劈裂强度，取试件强度达到最大时的i值作为D5档矿料(细集料)级配。
不同i值对应级配D5档集料7d抗压强度试验结果见表9，其变化趋势图见图3。
表9不同i值对应沥青砂浆力学强度
Figure BDA0003546553870000142
由表9和图3可知，沥青砂浆的7d力学强度峰值均出现在0.75左右，此时的细集料级配见表10。沥青砂浆的密度测得为2.410g/cm3。
表10细集料级配
Figure BDA0003546553870000143
步骤6：D1档碎石：D2档碎石：D3档碎石＝5:2:3，不考虑D4档碎石时，Φ200mm×h200mm试件的间隙率为44.3％，即此时理论砂浆体积为：试件体积×间隙率＝π×102×20×11.3/100＝2783cm3，Φ200mm×h160mm试件的理论砂浆体积为：2783×16/20＝2227cm3；Φ200mm×h160mm试件的理论砂浆质量为：砂浆密度×理论砂浆体积＝2.410×2227＝5366g；1个LSAM-50沥青混合料质量约为13000g，故Φ200mm×h160mm试件的理论砂浆占比为：5366/13000×100＝41％，Φ200mm×h160mm试件的实际砂浆占比为：41％+3％＝44％。
沥青砂浆与D4联合填充(D1+D2+D3)时，D4与沥青砂浆的质量比分别取1：2、1：3、1：4，在最佳油石比下成型VVTM试件。
表11不同D4:沥青砂浆下的沥青砂浆占比
Figure BDA0003546553870000151
/>
步骤7：将步骤6得到的VVTM试件进行脱模养生，测试不同粗细集料比例下试件的7d抗压强度和7d劈裂强度，以强度最优原则选取最佳粗细集料比例。
不同粗细集料比例下试件的7d力学强度试验结果见表12。
表12不同粗细集料比例下试件的7d力学强度
Figure BDA0003546553870000152
由表12可知，当且(D4:沥青砂浆)为1：3时，试件的7d力学强度均达到最大，故基于强度最大原则，(D1+D2+D3):(D4+D5)取70：30，D4:D5取1：3。
确定了粗细集料级配，进而得到LSAM-50沥青混合料强嵌挤骨架密实级配范围，级配范围见表13。
表13LSAM-50沥青混合料强嵌挤骨架密实级配范围
Figure BDA0003546553870000153
Figure BDA0003546553870000161
LSAM-50沥青混合料强嵌挤骨架密实级配范围是根据前文的研究，并综合考虑了工程应用经验提出。
上述设计方法以强嵌挤骨架密实级配为设计原理，采用室内填充试验，以间隙率最小原则确定了粗集料的合理级配；以i法计算细集料级配，根据不同i值确定的细集料级配成型试件，根据强度最优原则确定细集料的最佳级配；将不同比例的粗细集料相互填充成型试件，以强度最优原则确定粗细集料最佳比例，由此得到了LSAM-50沥青混合料强嵌挤骨架密实级配范围，为超大粒径LSAM-50沥青混合料级配设计提供了一种思路和参考；且本发明提供的方法的可操作性强，发明人已根据实际操作情况对方法进行了调整，比如在设计粗集料级配时，D4档集料虽然为粗集料，但是在填充试验过程中发现，D4与D1、D2、D3档碎石集料填充时会漏到试模的底部，得不到有效的填充数据，故在选取最佳粗细集料比例时将D4档碎石集料与D5档碎石集料混合后共同填充到D1、D2、D3档碎石集料的空隙内。由此可以更快速准确的确定超大粒径LSAM-50沥青混合料矿料级配的合理范围，有效指导道路工程施工，缩短施工期限；根据本方法的级配设计，可以得到强嵌挤骨架密实型级配LSAM-50沥青混合料，经过试验论证表明，由该方法设计的超大粒径LSAM-50沥青混合料具有优良的路用性能，且强度更高，施工时不易离析。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种超大粒径LSAM-50沥青混合料级配设计方法，其特征在于：包括：
步骤1、取碎石试样进行筛分，对筛分后的碎石试样进行分档，分档情况如下：D1档粒径范围为37.5mm～53mm、D2档粒径范围为19mm～37.5mm、D3档粒径范围为9.5mm～19mm、D4档粒径范围为4.75mm～9.5mm、D5档粒径范围为0～4.75mm；其中，D5档碎石为细集料，其余档碎石为粗集料；
步骤2、在试模中装填D1档碎石，然后将部分D2档碎石填入到试模中的D1档碎石的间隙内，此时，测定出试模中集料的间隙率；
步骤3、再次向试模中填入质量为x的D2档碎石并测定出集料的间隙率，重复上述步骤并建立填充D2档碎石的质量与间隙率的关系曲线；记间隙率最小时的D1档碎石质量：D2档碎石质量＝A:(100-A)；
步骤4、在D1档和D2档碎石间隙中填入D3档碎石，此时，测定出试模中集料的间隙率；
步骤5、再次向试模中填入质量为y的D3档碎石并测定出集料的间隙率，重复上述步骤并建立填充D3档碎石的质量与间隙率的关系曲线；记间隙率最小时的(D1档碎石质量+D2档碎石质量)：D3档碎石质量＝B:(100-B)；由此根据步骤2～步骤5得到粗集料级配比例为：
Figure FDA0004218216170000011
步骤6、采用i值法进行细集料级配设计，取用不同的i值制备掺有沥青及D5档碎石的沥青砂浆试件；
步骤7、测定步骤6中沥青砂浆试件的抗压强度和劈裂强度，取试件强度达到最大时的i值作为D5档碎石的级配，并测试此时沥青砂浆的密度；
步骤8、将步骤7确定的D5档碎石+D4档碎石填充于试模中的D1、D2和D3档碎石中，改变D5档碎石与D4档碎石的质量比，进而成型出多个含不同质量的D5和D4档碎石的沥青混合料试件；
步骤9、测试步骤8所得到试件的7d抗压强度和7d劈裂强度，取试件强度达到最大时的粗细集料比例作为最佳粗细集料比例；
步骤1中筛分前要预先将碎石试样放置于105℃±5℃的烘箱中烘干至恒重，筛分时筛孔尺寸分别为53mm、37.5mm、19mm、9.5mm和4.75mm。
2.根据权利要求1所述的超大粒径LSAM-50沥青混合料级配设计方法，其特征在于：步骤2中，试模为圆柱壳体，试模内腔尺寸为Φ200mm×h230mm，试模内配备一个与所述试模尺寸相匹配的垫块，垫块尺寸为Φ200mm×h30mm。
3.根据权利要求1所述的超大粒径LSAM-50沥青混合料级配设计方法，其特征在于：步骤3中，每次向D1档碎石中添加的D2档碎石的质量根据工程经验确定，或将每次D2档碎石的用量以D1档碎石用量的4％～8％为步长依次掺入到D1档碎石中，每次掺入后即测量一次间隙率，具体步长根据石料用量与间隙率关系图灵活选用；
或步骤3中每次向D1档碎石中添加的D2档碎石的质量分别按D1：D2＝64:36、67:33、70:30、73:27、76:24的比例掺入，每次掺入后即测量一次间隙率；
所述步骤5中每次向D1和D2档碎石中添加的D3档碎石的质量根据工程经验确定，或将每次D3档碎石的用量以D1和D2档碎石的总用量的4％～8％为步长依次掺入到D1和D2档碎石中，每次掺入后即测量一次间隙率，具体步长根据石料用量与间隙率关系图灵活选用；
或所述步骤5中每次向D1和D2档碎石中添加的D3档碎石的质量分别按(D1+D2)：D3＝90:10、85:15、80:20、75:25、72:28、70:30、68:32、65:35的比例掺入，每次掺入后即测量一次间隙率。
4.根据权利要求1所述的超大粒径LSAM-50沥青混合料级配设计方法，其特征在于：步骤2～步骤5中，每次掺入集料后，需将试模放至垂直振动压实仪上振动击实，然后测定参数计算其间隙率，计算间隙率所采用的公式为：
Figure FDA0004218216170000021
式中：ρd为填充后集料的密度，g/cm3；ρi为Di档集料的密度，g/cm3；ωi为Di档集料的质量分数，％。
5.根据权利要求1所述的超大粒径LSAM-50沥青混合料级配设计方法，其特征在于：所述步骤6中不同i值的D5档细集料的级配采用i法；其中，i值取0.55、0.65、0.75、0.85，按下式求得：
px＝(i)x×100％
Figure FDA0004218216170000022
式中：px为某级集料的通过百分率；i为通过百分率的递减系数；dx为某级集料粒径，mm；D为集料的最大粒径，mm。
6.根据权利要求1所述的超大粒径LSAM-50沥青混合料级配设计方法，其特征在于：所述步骤6中，i值为0.55、0.65、0.75、0.85对应的最佳油石比分别为7.5％、7.5％、8.5％及10％。
7.根据权利要求1所述的超大粒径LSAM-50沥青混合料级配设计方法，其特征在于：所述步骤6和步骤8中成型试件时，采用垂直振动法成型试件，成型试件前需将混合料均匀拌合，装入试模的过程中要用插捣棒插捣均匀；垂直振动仪工作频率为40Hz，上车质量为122kg、下车质量为180kg，偏心角为0°，振动时间为90s；试模为圆柱壳体，试模内部尺寸为Φ200mm×h200mm，试模内配备一个与所述试模尺寸相匹配的垫块，垫块尺寸为Φ200mm×h40mm；振动结束后测量试件高度，高度应在160mm±3mm范围内，超出误差范围则作废，重新制备试件。
8.根据权利要求1所述的超大粒径LSAM-50沥青混合料级配设计方法，其特征在于：所述步骤8中，D5档碎石的用量以D4档碎石用量的25％～50％为步长，每次掺入后即测量一次间隙率；具体步长根据石料用量与间隙率关系图灵活选用；
或参考规范级配，直接拟定D5档碎石质量与D4档碎石的质量比为2:1、3:1、4:1；
所述步骤6中，实际沥青砂浆用量计算方法为：①沥青砂浆应密实填充于各推荐粗集料级配空隙，故将各粗集料级配的目标间隙率视为理论砂浆体积；②根据实测沥青砂浆密度及理论砂浆体积换算成Φ200mm×h160mm试件尺寸下的理论砂浆质量，将该砂浆质量除以试件总质量即得到理论砂浆占比，试件总质量一般为13000g；③考虑到需有额外的沥青砂浆充分包裹粗集料颗粒表面，实际沥青砂浆占比应+3％；④各级配油石比根据砂浆最佳油石比及砂浆质量换算得到。
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