沥青混合料级配设计基础.ppt

沥青混合料青混合料级配配设计基基础目 录1 1、沥青混合料矿料级配理论、沥青混合料矿料级配理论2 2、沥青混合料矿料级配设计方法、沥青混合料矿料级配设计方法1 1、沥青混合料矿料级配设计理论、沥青混合料矿料级配设计理论 沥青混合料配合比设计，简单的说就是沥青混合料配合比设计，简单的说就是确定粗确定粗集料、细集料、矿粉和沥青结合料相互配合的比例集料、细集料、矿粉和沥青结合料相互配合的比例，使之既能满足相应的性能要求又符合经济性的最佳使之既能满足相应的性能要求又符合经济性的最佳方案。方案。沥青混合料的配合比设计包括沥青混合料的配合比设计包括矿质混合料的级矿质混合料的级配设计配设计和和最佳沥青含量的确定最佳沥青含量的确定两大部分。两大部分。沥青混合料矿料级配是把各种不同粒径的集料，沥青混合料矿料级配是把各种不同粒径的集料，按照一定的比例搭配起来，以达到较高的密实度或按照一定的比例搭配起来，以达到较高的密实度或强度。强度。1 1、沥青混合料矿料级配设计理论、沥青混合料矿料级配设计理论级配理论级配理论垛积理论垛积理论：理论模型与实际情况存在较大的差异理论模型与实际情况存在较大的差异最大密度曲线理论最大密度曲线理论：描述连续级配的粒径分布：描述连续级配的粒径分布逐级填充理论逐级填充理论粒子干涉理论粒子干涉理论分形理论分形理论：随着材料学的发展，将分形几何理随着材料学的发展，将分形几何理 论应用于路面材料矿料级配研究而出论应用于路面材料矿料级配研究而出 现的一种新方法，目前研究很少现的一种新方法，目前研究很少描述间断、连续级配的粒径分布描述间断、连续级配的粒径分布1 1、沥青混合料矿料级配设计理论、沥青混合料矿料级配设计理论最大密度曲线理论最大密度曲线理论 最大密度曲线是最大密度曲线是W.B富勒富勒(Fuller)通过试验提通过试验提出的一种理想曲线，认为固体颗粒按粒度大小有出的一种理想曲线，认为固体颗粒按粒度大小有规律的排列，粗细搭配，便可以达到规律的排列，粗细搭配，便可以达到密度最大、密度最大、空隙最小空隙最小的混合料。的混合料。该理论认为：该理论认为：“矿质混合料的颗粒级配曲线愈矿质混合料的颗粒级配曲线愈接近抛物线，则其密度愈大接近抛物线，则其密度愈大”。最大密度曲线最大密度曲线泰勒修正泰勒修正公式公式 现有级配算法皆以最大密度曲线理论为现有级配算法皆以最大密度曲线理论为基础发展而来，只强调级配达到最大密实度，基础发展而来，只强调级配达到最大密实度，没有考虑骨架结构的形成与否，由此设计的没有考虑骨架结构的形成与否，由此设计的级配也就难以形成骨架密实结构。级配也就难以形成骨架密实结构。逐级填充理论逐级填充理论1 1、沥青混合料矿料级配设计理论、沥青混合料矿料级配设计理论 相同粒径的颗粒排列时，空隙率与其粒径的大相同粒径的颗粒排列时，空隙率与其粒径的大小无关，仅与排列和填充方式有关；小无关，仅与排列和填充方式有关；间断填充比逐级填充得到的空隙率更小，故间间断填充比逐级填充得到的空隙率更小，故间断级配较连续级配能形成更小的骨架间隙率，具有更断级配较连续级配能形成更小的骨架间隙率，具有更加密实的骨架结构；加密实的骨架结构；利用逐级填充理论设计集料级配，其骨架空隙利用逐级填充理论设计集料级配，其骨架空隙率与填充方式和各级集料的填充比例相关。率与填充方式和各级集料的填充比例相关。然而然而，有些间断级配混合料尽管理论上有许多优点，但施工难度大，受级配和油石比的波动影响比较敏感，极易造成混合料不均匀，致使路面不是泛油就是透水，实际效果并不理想。1 1、沥青混合料矿料级配设计理论、沥青混合料矿料级配设计理论粒子干涉理论粒子干涉理论 该理论认为要达到最大密实度，前一级颗粒之该理论认为要达到最大密实度，前一级颗粒之间的空隙应由次一级颗粒填充，剩余空隙再由更次间的空隙应由次一级颗粒填充，剩余空隙再由更次一级颗粒填充，但填充的颗粒粒径不得大于其间隙一级颗粒填充，但填充的颗粒粒径不得大于其间隙的距离，否则大小颗粒之间势必发生干涉现象。的距离，否则大小颗粒之间势必发生干涉现象。目 录1 1、沥青混合料矿料级配理论、沥青混合料矿料级配理论2 2、沥青混合料矿料级配设计方法、沥青混合料矿料级配设计方法2 2、沥青混合料矿料级配设计方法、沥青混合料矿料级配设计方法混合料混合料类类型型密密级级配配开开级级配配半开半开级级配配公称最大公称最大粒径粒径(mm)连续级连续级配配间间断断级级配配间间断断级级配配沥沥青碎石青碎石沥沥青青混凝土混凝土沥沥青青稳稳定碎石定碎石沥沥青青马马蹄蹄脂碎石脂碎石排水式排水式沥沥青磨耗青磨耗层层排水式排水式沥沥青青碎石基碎石基层层特粗式特粗式ATB-40ATPB-4037.5粗粒式粗粒式ATB-30ATPB-3031.5AC-25ATB-25ATPB-2526.5中粒式中粒式AC-20SMA-20AM-2019.0AC-16SMA-16ODFC-16AM-1616.0细细粒式粒式AC-13SMA-13ODFC-13AM-1313.2AC-10SMA-10ODFC-10AM-109.5砂砂砾砾式式AC-5AM-54.75设计设计空隙率空隙率(%)3536341818612HMA种类种类2 2、沥青混合料矿料级配设计方法、沥青混合料矿料级配设计方法悬浮悬浮密实密实骨架骨架空隙空隙密实密实骨架骨架代表种类：代表种类：AC代表种类：代表种类：AM OGFC ATPB代表种类：代表种类：SMA2 2、沥青混合料矿料级配设计方法、沥青混合料矿料级配设计方法（1 1）沥青混凝土）沥青混凝土(AC)(AC)矿料级配设计方法矿料级配设计方法 沥青混凝土是按沥青混凝土是按密级配原理密级配原理设计组成的各种粒设计组成的各种粒径颗粒的矿料与沥青结合料拌制而成、径颗粒的矿料与沥青结合料拌制而成、设计空隙率设计空隙率较小较小的密实式沥青混凝土混合料。的密实式沥青混凝土混合料。沥青混凝土的矿料级配的确定方法主要有：沥青混凝土的矿料级配的确定方法主要有：数数解法解法和和图解法图解法。2 2、沥青混合料矿料级配设计方法、沥青混合料矿料级配设计方法数解法的原理：设有几种矿质集料，欲配制某种一定级配要求的设有几种矿质集料，欲配制某种一定级配要求的混合料。在决定各组成集料的混合料的比例时，混合料。在决定各组成集料的混合料的比例时，先假先假定混合料中某种粒径的颗粒是由某一种对该粒径占优定混合料中某种粒径的颗粒是由某一种对该粒径占优势的集料所组成，而其他各种集料不含这种粒径势的集料所组成，而其他各种集料不含这种粒径。如。如此根据各个主要粒径去此根据各个主要粒径去试算试算各种集料的混合料中的大各种集料的混合料中的大致比例。如果比例不合适，则稍微调整，这样逐步渐致比例。如果比例不合适，则稍微调整，这样逐步渐进，最终达到符合混合料级配要求的各集料配合比例进，最终达到符合混合料级配要求的各集料配合比例。2 2、沥青混合料矿料级配设计方法、沥青混合料矿料级配设计方法图解法的步骤：2 2、沥青混合料矿料级配设计方法、沥青混合料矿料级配设计方法（2）沥青马蹄脂碎石）沥青马蹄脂碎石(SMA)矿料级配设计方法矿料级配设计方法 骨架密实结构沥青路面相对于传统的沥青路面骨架密实结构沥青路面相对于传统的沥青路面而言，具有优良的路用性能，可延缓或避免产生早而言，具有优良的路用性能，可延缓或避免产生早期破坏，延长路面的使用寿命，然而以期破坏，延长路面的使用寿命，然而以SMA为代表为代表的的骨架密实结构骨架密实结构沥青混合料的集料级配在国际上至沥青混合料的集料级配在国际上至今尚无公认的设计方法。今尚无公认的设计方法。国内有学者以国内有学者以逐级填充理论和粒子干涉理论逐级填充理论和粒子干涉理论为为设计依据，以设计依据，以贝雷法贝雷法为设计和检验标准，以此形成为设计和检验标准，以此形成多级嵌挤骨架密实结构。多级嵌挤骨架密实结构。2 2、沥青混合料矿料级配设计方法、沥青混合料矿料级配设计方法 贝雷法是一种系统的级配组成方法，其贝雷法是一种系统的级配组成方法，其主要思想是以形成的集料骨架作为混合料的主要思想是以形成的集料骨架作为混合料的承重主体，使设计的混合料能提供较高的抗承重主体，使设计的混合料能提供较高的抗车辙性能车辙性能，同时通过调整粗细集料的比例，同时通过调整粗细集料的比例，获得合适的获得合适的VMA（矿料间隙率），以保证设（矿料间隙率），以保证设计混合料具有较好的耐久性。计混合料具有较好的耐久性。贝雷法主要思想：贝雷法主要思想：2 2、沥青混合料矿料级配设计方法、沥青混合料矿料级配设计方法 贝雷法将集料分为粗、细两部分进行级配的设计与评价，贝雷法将集料分为粗、细两部分进行级配的设计与评价，粗、细集料划分是以集料最大公称尺寸粗、细集料划分是以集料最大公称尺寸S的的0.22倍倍所对应的相所对应的相近尺寸筛孔（称为第一控制筛孔）孔径近尺寸筛孔（称为第一控制筛孔）孔径CP作为划分标准。作为划分标准。对细集料级配的评价也同样分为两部分，对细集料的进对细集料级配的评价也同样分为两部分，对细集料的进一步划分以一步划分以CP的的0.22倍作为分界点，称为第二控制筛孔孔径倍作为分界点，称为第二控制筛孔孔径CS。贝雷法要求细集料的用量应根据粗集料形成的空隙来决贝雷法要求细集料的用量应根据粗集料形成的空隙来决定，并依次推广到更细一级的集料。定，并依次推广到更细一级的集料。2 2、沥青混合料矿料级配设计方法、沥青混合料矿料级配设计方法试验步骤：根据逐级填充理论和粒子干涉理论，将较低一根据逐级填充理论和粒子干涉理论，将较低一级粒径为级粒径为D1的集料以不同比例填充到粒径为的集料以不同比例填充到粒径为D0的集的集料中，建立料中，建立填充比例填充比例与与间隙率间隙率的关系曲线，并在关的关系曲线，并在关系曲线上选取系曲线上选取最小间隙率最小间隙率对应的集料比例作为不同对应的集料比例作为不同粒径间形成嵌挤密实结构时的组成比例。粒径间形成嵌挤密实结构时的组成比例。以粒径为以粒径为D0和和D1的集料形成的最密实嵌挤结构为的集料形成的最密实嵌挤结构为基准，将下一级粒径为基准，将下一级粒径为D2的集料再以不同比例填充粒的集料再以不同比例填充粒径为径为D0和和D1的集料形成的骨架间隙，测定并计算不同的集料形成的骨架间隙，测定并计算不同比例关系对应的松方体积、密度及间隙率，建立填充比例关系对应的松方体积、密度及间隙率，建立填充比例与间隙率的关系曲线，以最小间隙率确定比例与间隙率的关系曲线，以最小间隙率确定3级粒级粒径之间形成嵌挤密实结构的最优组成比例关系。径之间形成嵌挤密实结构的最优组成比例关系。参考文献1 严家伋道路建筑材料严家伋道路建筑材料(第三版第三版)M人民交通出版社，人民交通出版社，19962 伍必庆，申爱琴道路建筑材料伍必庆，申爱琴道路建筑材料M人民交通出版社，人民交通出版社，20073 陈忠达，袁万杰，郑东启级配理论应用研究陈忠达，袁万杰，郑东启级配理论应用研究J重庆交通学院学报，重庆交通学院学报，2005,24(4):44484 王立久，刘王立久，刘 慧矿料级配设计理论的研究现状与发展趋势慧矿料级配设计理论的研究现状与发展趋势J公路，公路，2008(1):1701755 刘晏荣，曹梦醒，廖陈林级配理论的应用研究刘晏荣，曹梦醒，廖陈林级配理论的应用研究J山西建筑，山西建筑，2007(33)12:1651676 薛小刚沥青混合料级配优化及配合比设计方法研究薛小刚沥青混合料级配优化及配合比设计方法研究D长安大学硕长安大学硕 士论文，士论文，20057 江慧娟沥青稳定碎石级配设计方法及性能研究江慧娟沥青稳定碎石级配设计方法及性能研究D长安大学硕士论长安大学硕士论 文，文，2006谢 谢！