沥青混合料配合比设计

1、沥青混合料配合比设计 长 安 大 学 陈 忠 达,内 容,1、级配设计理论 2、沥青路面功能与层位力学分工 3、 沥青面层技术性能 4、沥青混合料及其组成材料技术性能要求 5、沥青混合料配合比设计方法 6、AC-16型沥青混合料组成设计 7、AC-20型沥青混合料组成设计 8、AC-25型沥青混合料组成设计 9、ATB-30型沥青混合料组成设计 10、配合比设计中的若干问题的探讨,第一节 级配设计理论,一、混合料组成结构 沥青混合料是一种具有空间网络结构的多相分散体系，它有三种典型结构， 如图1-1所示。,（a）悬浮密实结构； （b）骨架空隙结构； （c）骨架密实结构 图1-1 三种典型沥青混

2、合料结构组成示意图,二、矿料级配理论 由各种粒径大小不等的集料按照一定的比例搭配起来，使其具有较高的密实度或较大的摩阻力，且具有一定的空隙率，这种矿料组合称为矿料级配。矿料级配基本上分为连续级配和间断级配两大类，如图1-2所示。,图1-2 连续级配与间断级配曲线,级配理论主要有两种：最大密度曲线理论和粒子干涉理论。 1最大密度曲线理论 该理论认为固体颗粒按颗粒大小有规律的组合排列可以得到密度最大、空隙率最小的混合料。矿料的颗粒级配曲线越接近抛物线，则密度越大。最大密度曲线可用颗粒粒径d与通过率P的关系来表示： P=100(d/D)0.5 （1-1） 式中：D矿料最大粒径。 在实际运用中应该允许

3、级配曲线在一定范围内波动，所以推荐采用n次幂的通式表达： P=100(d/D)n （1-2）,2粒子干涉理论 粒子干涉理论认为为达到最大密度，前一级颗粒之间的空隙应由次一级的颗粒所填充，其空隙又有再次级颗粒所填充，但填隙的颗粒粒径不得大于其间隙的距离，否则大小颗粒之间将发生干涉现象。为了避免干涉，大小集料颗粒之间应按一定的数量分配，并从临界干涉情况下导出前一级颗粒间距应为：,式中：D前粒级的粒径； 0次粒级的理论实积率（实积率即为堆积密度与表观密度之比）； s次粒级的实积率。,三、沥青混合料强度形成机理 沥青混合料强度形成机理有两种：表面理论、胶浆理论。 1表面理论（Surface theor

4、y） 该理论认为，沥青混合料是由粗集料、细集料和填料经人工组配成密实的级配矿质骨架，此骨架由稠度较稀的沥青分布其表面，而将它们胶结成一个具有强度的整体。这种理论图解如图1-3所示。 图1-3 表面理论,2胶浆理论（Mortar theory） 该理论认为沥青混合料是一种多级空间网状结构的分散系。第一级粗分散系，以粗集料为分散相分散在沥青砂浆介质中；第二级细分散系，以细集料为分散相而分散在沥青胶浆介质中；第三级微分散系，以填料为分散相而分散在高稠度沥青介质中。,四、级配设计方法 1n法（式1-2） P=100(d/D)n 2K法 为使沥青混合料级配与使用性能建立关系，许多学者对实用级配进行了大量

5、研究，前苏联的伊万诺夫提出的控制筛余量递减系数的K法比较成熟。,其中：x级数，x3.3219lg（D/dx）,3i 法 对以上两种理论公式的改进和完善，同济大学林绣贤教授提出了i 法 。 PxP0 ix 100 4变 i 法 所谓变i法就是对于粗、细集料部分，参数i值分别选用不同的值，混合料中粗集料部分i接近高限取值，细集料部分i接近低限取值。减小接近公称最大粒径处粗集料的用量及细集料的用量，使级配曲线形成S型曲线，借此达到骨架密实结构。,5Superpave设计法 Superpave是采用0.45次方作为级配组成的最大密实曲线，同时在0.45次方图上提出了两类级配控制点：控制点和限制区（禁区

6、）。控制点为级配曲线必须通过的几个特点尺寸范围，限制区为最大密度线附近的0.32.36mm范围不希望级配通过的区域。设立限制区的目的主要是避免级配曲线出现“驼峰曲线”，驼峰曲线表明细集料特别是天然砂的含量过高。而限制区则保证集料具有适宜的矿料间隙率(VMA)，VMA过小表明 级配对沥青含量极为敏感，沥青的少量变化易使沥青混合料成塑性。 Superpave设计法受控制点和禁区制约。不同公称最大尺寸集料有不同的控制点和禁区。公称最大尺寸为25mm、19mm、12.5mm的级配控制点范围如表1-1表1-3所示，集料级配禁区边界如表1-4所示。,集料公称最大尺寸25mm 表1-1,集料公称最大尺寸19

7、mm 表1-2,集料公称最大尺寸12.5mm 表1-3,集料禁区边界 表1-4,AC-20型级配,AC-20型级配禁区,AC-25型级配禁区,6贝雷法 （1）粗细集料的划分 第一控制筛孔PCS、第二控制筛孔SCS和第三控制筛孔TCS 。,（2）级配的评价参数 CA比 CA比为粗集料比（Coarse Aggregate Ration)，这个参数用于评价矿料中粗集料的含量和分析空隙特征。计算公式为：,FAC比（细集料的粗料率） 同整个混合料级配一样，可以把细集料重新视为一混合料，并将其分成粗、细两个部分，细集料中粗料部分形成的空隙由细料部分进行填充。FAc比（Coarse Portion of F

8、ine Aggregate）就是用来反映细集料中粗料部分与细料部分的嵌挤填充情况，计算公式为：,FAf比（细集料的细料率） FAf比（Fine Portion of Fine Aggregate）反映了合成级配中最细一级的嵌挤情况：,贝雷法各参数建议范围 表1-6,第二节 沥青路面功能与层位力学分工,沥青路面损坏类型,1沉陷 2车辙 3推移 4疲劳开裂 5反射裂缝和低温开裂 6松散和坑槽 从结构和材料方面等考虑，影响疲劳、车辙、低温开裂的因素可简要地归纳于表2-1。,影响破坏类型的因素 表2-1,沥青路面使用性能,一、结构性使用性能 1车辙结构性车辙 、失稳性车辙和磨损性车辙。 压密性车辙 2

9、疲劳开裂 3低温开裂 二、功能性使用性能 1平整度 2抗滑能力,沥青路面面层在车轮下的受力状态,沥青路面结构层功能分工,沥青面层力学分工,第三节 沥青面层技术性能,（1）足够的强度和刚度； （2）足够的高温稳定性； （3）良好的低温抗裂性； （4）良好的水稳定性； （5）良好的抗滑性能； （6）良好的防渗水能力； （7）足够的耐久性； （8）良好的施工和易性。,沥青面层的技术要求,第四节 沥青混合料及其组成材料技术性能要求,以规范为基础，结合商界高速公路的情况对集料、沥青及混合料提出了具体的技术要求。 一、粗集料技术性能要求 石料高温压碎值、石料浸水压碎值 二、细集料技术性能要求 三、填料技术

10、性能要求 四、沥青技术性能要求 1基质沥青 2改性沥青 抗剥离措施 PG指标 五、沥青混合料技术性能要求,沥青混合料及其组成材料技术性能要求,综合对沥青混合料及组成材料技术性能要求的分析，表中给出了沥青、集料和沥青混合料技术性能与沥青路面路用性能的关系。不过，表中沥青结合料不仅是指沥青自身，更确切地说，沥青结合料是指沥青（或改性沥青）与矿粉等填料的混合物。 沥青混合料及组成材料与沥青路面性能的关系,机制砂或石屑规格,集料规格,第五节 沥青混合料配合比设计方法,沥青混合料配合比设计包括：目标配合比设计（试验室配合比设计）、生产配合比设计和生产配合比验证（试拌试铺配合比调整）等三个阶段 。 1.

11、试验室配合比设计 试验室配合比设计可分为矿质混合料组成设计和沥青用量确定两部分。它是沥青混合料配合比设计的重点。 （1）矿质混合料的配合组成设计 （2）确定沥青混合料的最佳沥青用量 马歇尔方法 求取相应于密度最大值、稳定度最大值、目标空隙率（或中值）、沥青饱和度范围的中值的沥青用量a1，a2、a3、a4，求取四者平均值作为最佳沥青用量的初始值OAC1。 符合沥青混合料技术标准的沥青用量范围OACminOACmax，其中值为OAC2 稳定性检验高温稳定性 、水稳定性、低温抗裂性能和渗水性 。,AC-16型沥青混合料优化,设计级配,最佳油石比下的骨架密实度和骨架稳定度,最佳油石比下沥青混合料性能检

12、验,第六节 AC-16型沥青混合料组成设计,马歇尔试件剖面图,马歇尔试件剖面图,AC-16型建议级配,AC-20型沥青混合料设计,马歇尔试件剖面图,第七节 AC-20型沥青混合料组成设计,AC-20型沥青混合料设计,矿料级配组成,马歇尔试验结果,路用性能试验结果 （级配E）,AC-20型沥青混合料设计,最佳油石比下马歇尔试验结果（级配E）,级配E的各项路用性能指标均能满足规范要求。其中高温稳定性最优，动稳定度指标明显优于规范的要求；水稳定性检验的结果亦优；其低温性能也能满足规范要求。,AC-20型建议级配,AC-25型沥青混合料组成设计,AC-25型初拟级配,马歇尔试验结果,第八节 AC-25型沥青混合料组成设计,AC-25型沥青混合料组成设计,路用性能试验结果,级配B的路用性能优于级配A。,第八节