混合料级配（精选八篇）
混合料级配 篇1
沥青混合料是由沥青、集料和矿粉混合而成, 在沥青混合料中矿料一般占90%左右, 因此矿料级配对沥青混合料的高温稳定性、压实特性、压实空隙率、抗滑性能、施工和易性等特性有着重要的影响。对沥青混合料的级配进行分析研究, 尽可能为不同特性混合料提供较优的方法就非常重要。
2级配分析的研究进展
2.1国外研究进展[1]
20世纪初, 美国学者Fuller根据最大密度理论提出了传统的连续级配计算公式。SHRP于1993年春又提出了7个控制点和一个禁区的矿料级配设计方法, 并提出了n=0.45的最大密度曲线。20世纪90年代初美国得克萨斯州交通局根据混合料中碎石与碎石最佳接触的理论, 提出了新粗骨料高结合料含量混合料的设计方法。2002年, 美国发表了热拌混合料级配的贝雷设计方法 (Bailey Method) 。
在欧洲, 德国提出了SMA设计方法, 法国提出了薄层沥青混凝土 (BBM) 的设计方法, 前苏联学者伊万诺夫等人提出了K法。
2.2国内研究进展
我国对沥青合料级配的研究相对较晚, 近几年取得了一定的研究成果.同济大学早期由林绣贤提出了以通过百分率为递减系数的I法, 哈尔滨建筑大学张肖宁教授提出了主骨架空隙填充法, 即CAVF法 (Coarse Aggregate Voids-Filling Method) , 交通部科学研究院的沙庆林院士提出了多碎石沥青混凝土SAC的设计方法。
3级配分析方法介绍
3.1连续级配设计方法
3.1.1 n法
n法是A.N泰波根据工程实践由理想的最大密度曲线修正而来的, 即:
根据Superpave的研究成果n=0.45级配曲线为最大密度曲线。在工程实践中n一般在0.3~0.7之间取值, 如图1。当n=0.45~0.5时密实度最大, 当n=0.35~0.45时集料的工作性能较好。
在工程实践中, 对于不同的集料, 集料的最大密度曲线所对应的n值也不尽相同, 因此n法应用的关键在于确定n值, 但工程中确定n值步骤比较麻烦, 所以工程师根据实践经验对不同的最大公称粒径提出了各种建议级配, 在这些级配中, 各档筛的通过百分率只规定上限和下限, 应用的时候可根据实际情况决定是靠近上限、中限还是下限, 一般情况靠近中限取值, 尤其要控制好0.075mm、2.36mm、4.75mm等关键筛孔的通过率。
3.1.2 K法
K法是由前苏联伊万诺夫、奥浩钦等提出用颗粒分级质量递减系数K为参数的矿料级配曲线。奥氏发现当矿质混合料中集料粒径按照1/16递减, 次一级粒径质量为上一级的43%时, 可使混合料获得最高的密实度。当颗粒质量递减系数变动于25%~50%时, 混合料仍可保持较高的密实度。但由于相邻粗细粒径相差过于悬殊, 在混合料拌合、摊铺时很容易产生离析现象而很难达到预期最佳密实度的目的。为改善级配, 奥氏认为将粒径按照1/2递减, 颗粒质量递减系数按相同次数开方变化时, 混合料的密实程度仍可保持不变。当矿料粒径按照1/2递减时, 则有:
3.1.3 n法与变K法的比较
现取最大粒径D=19.0, 则n=0.3, 0.45, 0.7时的级配如表1所示。
今仍通过控制0.075mm筛的通过率用变K法来设计级配, 取0.075mm筛的通过率分别为19%, 8.3%和2.1%, 通过试算得出表2所示的级配。
从表1, 2可以看出, 当最大粒径为19mm时, 如果0.075mm筛的通过质量百分率相同, 则通过n=0.30, 0.45, 0.70所设计的级配分别和K=0.80, 0.73, 0.62所设计的级配大致相同, 即采用n法设计时n=0.30, 0.45, 0.70分别对应采用变K法设计时的K=0.80, 0.73, 0.62, 它们的级配曲线近乎重合。级配曲线见图2所示。
3.1.4 n法与变K法的优缺点评价
n法和K法都属于理论计算方法, 通过公式推导得到沥青混合料级配曲线, 并通过调整公式的参数得到级配范围。它们计算简便, 但计算法未考虑原材料特性、道路等级、交通条件、气候条件等对混合料性能的影响, 即对于特定工程, 计算法确定的公称最大粒径相同的混合料其级配也是相同的, 这会导致特定工程的级配并非最佳。因此应根据实际情况在规范级配范围内做适当调整, 才能获得路用性能较好的级配。另外, 变K法可以控制某一级或某几级筛的通过百分率, 因而它比n法要优越一些。
n法和K法都只适合用来设计连续级配, 它们设计出来的混合料水稳定性、耐久性和抗疲劳特性比较好, 但高温稳定性较差, 这在沥青路面发展的早期是很有用的。
3.2间断级配设计方法
3.2.1 Superpave法
Superpave法是SHRP于1993年提出的一种新的矿料级配设计方法, 其级配曲线不再是控制每一级筛孔的通过率, 而是一些关键筛孔。级配设计是根据不同公称最大粒径、控制点和禁区的要求初选3个不同级配进行沥青混合料旋转试验, 选择全部符合Superpave体积指标的级配作为优选级配进行设计。初选级配曲线一般成“S”形, 并不能多次穿越最大密度线。
Superpave法提出的最大密度曲线、控制点和体积设计法至今已被多数人接受, 特别是体积设计法是级配设计的一大突破。但是Superpave也存在控制点的范围太大、依赖工程经验性、设计过程繁琐、无法判断最优设计等缺点。
Superpave法最受争议的就是禁区, Superpave认为级配曲线通过禁区对混合料的性能不利, 并建议级配曲线从禁区的下方通过, 这样对混合料的高温稳定性有利。有研究指出Superpave提出的禁区确实存在应该避免[2], 但美国的西部环道试验却得出通过禁区下方的粗级配, 比通过禁区和禁区上方的级配更容易出现车辙, 疲劳损坏也更严重[3]。
3.2.2CAVF法
CAVF法作了两个基本的假定: (1) 细集料的颗粒不对粗集料形成的嵌挤结构形成干涉; (2) 细集料、矿粉和沥青组成的胶浆也不对粗集料形成的嵌挤结构形成干涉 (粒子干涉理论的应用) 。
CAVF是一种体积设计法, 它通过粗集料形成骨架, 然后以密实的胶浆填充其空隙, 所设计出来的混合料属于骨架密实型结构。因而其设计的级配路用性能比较好, 而且设计过程简便, 适合工厂的配合比设计。
CAVF存在一些缺点: (1) 计算粗集料间隙率时采用的紧装密度方法没有明确指出。 (2) 沙庆林指出CAVF法用表观密度不合适, 应该用毛体积密度[5]。 (3) 粗集料和细集料的级配是根据经验取得, 没考虑矿料要吸收部分沥青体积。 (4) 没有对粗集料进行骨架检验, 不能保证设计出来的混合料属于骨架密实结构。 (5) 该法控制VCA但不控制VMA。
3.2.3贝雷法 (Bailey Method)
1、方法介绍
贝雷法主体思想是以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车辙性能, 同时通过调整粗细集料的比例, 获得合适的VMA以保证混合料具有耐久性。贝雷法不以4.75mm划分粗集料和细集料, 二者分界尺寸是集料最大公称粒径的函数, 即:
2、优缺点评价
贝雷法提出粗细集料应该根据集料的最大公称粒径来划分, 这是级配设计的一大进步。以粗集料骨架为承重主体, 提高了混合料的抗车辙性能;贝雷法可以调整粗细集料的比例, 获得合适的VMA以保证混合料的耐久性。贝雷法存在的缺陷: (1) 设计过程繁琐; (2) 实际集料颗粒并不是球形, 且同一档颗粒的粒径并不都相同, 这与贝雷法的平面圆模型假设不符; (3) 未考虑沥青的加入对细集料体积参数的影响。 (4) 未考虑成型方式对级配的影响。
4结论
通过以上对分析评述, 得出了如下结论。
1.n法和K法相对简单, 可以控制某几级筛孔的通过百分率, 与工程的相关性差, 广泛用于传统的连续密级配的设计, 也可用来设计间断密级配的细集料级配;
2.CAVF法引入了体积设计法, 具有经验性, 无法判定是否形成骨架, 未考虑集料会吸收沥青, 不能控制VMA, 在国内广泛应用于骨架密实型混合料的设计;
3.贝雷法可以控制VMA, 但设计过程复杂, 所要求筛孔尺寸与我国标准筛不同, 用于多级嵌挤密级配的设计, 在国外应用广泛;
4.Superpave法引入了体积设计的概念, 经验性强, 设计过程繁琐, 用于间断密级配的设计, 也可用于对传统密级配的改良, 在国内外应用都很广泛。
参考文献
[1]邱颖锋.骨架密实结构沥青混合料级配设计及路用性能研究.同济大学博士论文, 2007年.
[2]林绣贤.论Superpave组成配合比特色.华东公路.2002年第1期.
[3]郝培文.Superpave级配禁区对沥青混合料性能的影响.中外公路.2005年8月第4期.
[4]张肖宁.沥青混合料组成设计的CAVF法.公路.2001年第12期.
AC-16的矿料级配优化 篇2
针对AC-16的矿料级配进行了分析和论证.通过将传统的密实悬浮型级配优化为骨架密实型级配,并进行各项路用性能的比较.结果表明: 骨架密实型结构沥青混合料的`路用性能优于传统的密实悬浮型结构沥青混合料.
作 者：张宇 莫祖鸿 刘红辉 舒群 作者单位：张宇(交通部管理干部学院,公路工程管理教研部,北京,101601)莫祖鸿(黔东南州交通工程勘察设计所,贵州,凯里,556000)
刘红辉(怀化市公路勘察设计院,湖南,怀化,418000)
沥青混合料矿料级配设计与控制 篇3
1集料
1.1集料粒径规格
《 公路工程集料试验规程》(JTG E42-2005)[2] 规定标准筛为方孔筛,筛孔尺寸依次为75mm、63mm、 53mm、37.5mm、31.5mm、26.5mm、19mm、 16mm、13.2mm、9.5mm、4.75mm、2.36mm、 1.18mm、0.6mm、03mm、0.15mm、0.075mm,共17种。而在《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004) 除上述标准筛孔外,又增加了106mm筛孔。
1.2集料分类
在沥青混合料中,粗细集料的分界粒径为2.36,即粒径大于2.36的为粗集料,粒径小于2.36的为细集料。在 《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004) 列出的粗集料有S1~S14共14种,细集料有S15~S16共2种。 其中S1~S4集料仅用于沥青贯入式路面,S5~S16集料用于热拌沥青混合料。对于符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004) 的合格集料,其粒径应分布在三个以上相邻筛孔之间,在最大筛孔的通过率为100%,公称最大粒径对应筛孔的通过率为90% ~ 100%( 对S16为80 ~ 100%)。
2集料的选用
2.1矿料级配控制
沥青拌和楼通常只有4~6个进料仓,也就是说只能选用S5~S16规格集料的4~6种进行合成,因此我们只能控制目标矿料级配曲线上的4~6筛孔的通过率。经研究, 通过控制混合料公称最大粒径对应筛孔及其下从2.36mm起按2倍递增的各筛孔就可以控制矿料级配。《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004) 表5.1.1中按集料公称最大粒径分为特粗式、粗粒式、中粒式、细粒式和砂粒式共5种混合料,特粗式控制37.5mm、19mm、 9.5mm、4.75mm、2.36mm这5个筛孔, 粗粒式控制31.5mm( 或26.5mm)、19mm、9.5mm、4.75mm、 2.36mm这5个筛孔,中粒式控制19mm( 或16mm)、 9.5mm、4.75mm、2.36mm这4个筛孔, 细粒式控制9.5mm( 或13.2mm)、4.75mm、2.36mm这3个筛孔, 砂粒式控制4.75mm、2.36mm这2个筛孔。各粒径混合料控制筛孔及集料规格见表1。
2.2集料的选用
《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004) 虽给出14种粗集料和2种细集料的粒径规格,却没有提出相应的选用规则,在工程施工中存在乱用集料规格的现象,往往导致沥青混合料级配控制不严,是造成沥青路面质量差的重要原因。根据矿料级配控制原则,公称最大粒径与混合料相同的集料是必须选用的,其不可缺少并必须符合在《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40- 2004) 表4.8.3中的级配范围。中粒式混合料中有公称最大粒径为16mm的,而在《公路沥青路面施工技术规范》 (JTG F40-2004) 表4.8.3沥青混合料粗集料规格中却没有16.0mm的筛孔,这样我们就需增加一种细型的S9,即最大粒径为19mm,公称最大粒径为16mm的集料,称之为S9F,其规格见表2。
根据矿料级配控制原则,表3给出了各种沥青混合料所选用的集料序列规格。与混合料公称最大粒径相同的集料是必须选用的,其不可缺少并必须符合在《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004) 表4.8.3中的级配范围。 也就是说,在合成一种混合料的集料序列中,起控制作用的集料,其公称最大粒径对应筛孔的通过率必须为90% ~ 100%。
3矿料配合比设计
沥青路面矿料配合比设计可以借助EXCL电子表格用试配法进行,根据表3采用5种集料和矿粉就可以合成所需的矿料级配,我们用L1~L6来表示5种集料和填料和用量,分别用B1~B15、C1~C15、D1~D15、E1~E15、 F1~F15、G1~G15来表示6种集料和填料的筛分数据, 用H1~H15来表示合成级配的筛分数据,见表4。则计算公式为:
计算示例: 采用符合级配范围的S5、S9、S12、 S14、S16共6种集料来进行ATB-40沥青混合料的配合比计算,计算结果见表5,并根据计算结果可绘出图1级配曲线。
4结语
1) 对于《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)表5.1.1中所列的各种混合料,只要通过控制混合料公称最大粒径对应筛孔及其下从2.36mm起按2倍递增的各筛孔就可以控制矿料级配。即特粗式、粗粒式用5种规格集料控制5个筛孔,中粒式用4种规格集料控制4个筛孔,细粒式用3种规格集料控制3个筛孔,砂粒式用2种规格集料控制2个筛孔。以上需要的集料种类是满足工程生产的最少的,在此基础上减少集料的种类,将不能保证掺配出完全符合规范规定级配范围的混合料,若在上述最少数增加集料种类数,可以改善混合料级配,但影响微小,会增加施工费用和管理的难度。
2) 为保证混合料级配的准确性,必须严格控制所选用集料级配的稳定性,特别要保证各规格集料在其公称最大粒径对应筛孔通过率合格并减小波动范围。在合成一种混合料的集料序列中,起控制作用的集料,其公称最大粒径对应筛孔的通过率必须为90% ~ 100%,否则绝不可能合成符合规范规定级配范围的混合料;除此之外的各规格集料,如其公称最大粒径对应筛孔的通过率小于90% 时, 仍可能会合成合格的混合料,但会影响合成的精度并增加合成的难度。
3) 在目标配合比设计阶段,以工程实际采备的集料, 按规范规定的程序和方法用表4优选矿料级配,计算确定各种集料的比例,用来控制抖和楼冷料仓的进料比例。
4) 在生产配合比设计阶段,应按规定方法取样测试拌和楼热料仓的材料级配,热料仓的配合比,供抖和楼控制室使用。
5) 拌和楼热料仓筛分用的振动筛应根据混合料矿料级配设计确定的筛孔尺寸来选择,要与冷料规格做到一一对应,以减少等料或溢料,提高拌和楼生产效率,还有利于混合料级配控制。
因不同型号的拌和楼其热料仓振动筛的面积、频率、 振幅和筛网的倾角均不同,这就要求在进行在进行热料仓振动筛筛孔设置时,除考虑各种混合料的控制筛孔外,还应根据以往工程经验,参考《公路沥青路面施工技术规范》 (JTG F40-2004) 表5.22确定。
参考文献
[1]JTG D50-2006公路沥青路面设计规范[S].
[2]JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范[S].
[3]JTG E42-2005公路工程集料试验规程[S].
[4]王立久,刘慧.矿料级配设计理论的研究现状与发展趋势[J].公路,2008,(1):170-174.
混合料级配 篇4
关键词：Superpave13混合料,构造深度 (TD) ,多元非线性回归模型,衰变规律
1 研究背景
构造深度作为表征沥青、水泥路面抗滑性能的一个重要指标, 尤其在水泥路面设计和验收中将构造深度作为唯一的抗滑性能评价指标[1], 可见构造深度的重要性, 但是水泥路面抗滑构造深度只有当微观构造深度满足要求的前提下, 才能够满足抗滑性能, 而我国目前经常对水泥路面刻槽, 并且将刻槽深度作为路面构造深度的一部分, 导致大多数水泥路面抗滑构造深度满足规范的要求, 可是在下雨天经常会造成事故的发生。沥青路面不存在路面刻槽, 所以研究将抗滑构造深度作为一个评价指标并进行研究有着很异常重要的意义。
1.1 国内研究情况
由于抗滑性能不足引起的交通事故比比皆是, Superpave混合料以其优良的路用性能, 越来越受到国内的青眯, 但是在Superpave施工质量控制过程中, 以体积指标控制为主, 导致部分混合料在体积指标满足要求的前期下, 抗滑性能有所不足, 研究级配与抗滑构造深度的关系有着重要的意义。
1.2 国外研究情况
级配影响到沥青混合料动态模量、耐久性及宏观构造深度 (MPD) [2], 宏观构造深度与路面构造深度有着很好的相关性, 在混合料级配中粗集料通过嵌挤形成一定空隙的矿料间隙率 (VMA) , 导致不同级配的混合料表面纹理有所差异, 但是不同性质的集料可以在最大密度线附近使得空隙率为0, 当级配原理最大密度线时, 形成更大的矿料间隙率 (VMA) , 从而形成更高的纹理粗糙度[3]。
根据研究成果, 沥青含量提高将会填充更高的矿料间隙率 (VMA) , 使得沥青路面更加光滑, 抗滑性能更差。所以在研究沥青路面表面纹理与级配的过程中, 必须分析沥青含量对表面纹理的影响。为今后Superpave13混合料抗滑性能设计提供依据。
2 Matlab多元非线性回归模型
Matlab是美国Math Works公司出品的商业数学软件, 用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境, 主要包括Matlab和Simulink两大部分。能够对给定的数据矩阵按照实际函数进行数据拟合, 在本论文中对路面构造深度与级配曲线在相应筛孔下的通过率进行多元非线性回归模型的拟合[4]。
3 Superpave13沥青混合料构造深度与级配的关系
为研究级配与构造深度的关系, 在A、B、C、D、E、F六个标段Superpave13混合料施工过程中现场随机取样, 在实验室用通过抽提试验得到各筛孔通过率和沥青含量, 并且第二天在相应取样路段使用铺砂法测得构造深度, 现场取芯分析压实度[5], 试验结果见表1、表2。
通过多元非线性回归模型建立各筛孔通过率与离开最大密度线的加权平均值, 公式如下:
其中:E—距离最大密度线的加权平均值;Svi S—筛孔直径;Svi S—集料最大粒径;%pass—各筛孔通过率。
按照分析结果路面构造深度与级配和沥青含量有关, 通过多元非线性回归模型建立路面平均断面深度与距离最大密度线的加权平均值、沥青含量的关系如下
TD=0.025E2+0.037E-0.0265Pb+0.052
其中:TD—路面构造深度;Pb—沥青含量
通过上述对各标段的构造深度预测结果见表3、图1。
由上述结果分析可以得知, 各标段路面构造深度实测值与预测值相关性不是很大, 这是由于A标在施工过程中, 现场压实度不足造成的, 根据施工技术指标意见, 现场压实度需要达到97%, 即孔隙率不能超过7%, A标现场取芯空隙率达到8.8%。排除A标, 对其余各标结果分析见图2。
由图2分析可以得知, 通过集料级配和沥青含量可以很好的预测Superpave13混合料施工现场的构造深度, 为沥青混合料抗滑性能设计提供依据。
4 Superpave13沥青混合料构造深度随时间衰变规律
为了研究沥青混合料在运营过程中路面构造深度变化情况, 在路段通车半年和一年后, 通过铺砂法对各标段路面构造深度进行实测结果见表4、图3。
根据上述分析可以得知, 各路段在运营半年后, 构造深度明显下降, 主要是由于车辆的压实造成的, 在运营半年到一年的时间内构造深度下降较为缓和。
B标段在路面通车半年后, 部分路段构造深度下降明显, 抗滑性能严重不足, 由于B标在设计施工阶段路面抗滑构造深度不是很好, 在经过半年的运营后, 路面进一步的压实以及重载车辆较多造成严重的磨损。针对抗滑构造深度B标在对路表进行过微表处理使得构造深度在运营一年后有着明显的提高。
E处于交通重载路段, 在通车半年后构造深度急剧下降, 半年到一年的时间内构造深度降低变缓。
为了研究构造深度随时间的变化规律, 运用Matlab分别对C、D、E、F四个标段构造深度随时间的变化进行了拟合, 拟合方程及相关性系数如图4~图7。
根据上述分析结果, E标所处路段交通量较大, 造成E标构造深度衰变较快, 回归模型与其余各标区别较大。其余各标受级配类型、沥青含量等的影响, 衰变模型中各参数有所差异, 难以通过同一模型预测不同路段摩擦系数的衰变规律。F标初始构造深度最大, 经过一年的通车运营后, 构造深度仍为最大, C、D标初始构造深度与通车运行一年后的构造深度差别不是很大。
所以在Superpave13混合料设计过程中运用构造深度与级配、沥青含量的关系, 通过调整级配提高沥青混合料的初始构造深度, 以满足沥青路面抗滑性能, 但是考虑到构造深度的提高可能会导致路面孔隙率过大以及施工过程中路面的压实情况, 孔隙率过大将会使得路面抗水损坏性能降低, 使得沥青路面早期出现松散、裂缝等病害, 所以研究Superpave13混合料构造深度与空隙率的关系、以及构造深度对路用性能的影响有着重要的意义。
5 结论
通过研究Superapve13混合料构造深度与级配、沥青含量的关系, 以及构造深度衰变规律可以得知:
(1) 路面初始构造深度受集料级配、沥青含量和现场压实度的影响, 当压实度不足时会造成路面实测构造深度与理论计算值间的差异。
(2) 路面构造深度与沥青混合料级配及沥青含量有着很好的相关性。通过级配距离加权平均值、沥青含量能够很好的预测沥青混合料路面构造深度。
(3) 路面构造深度衰变规律与初始构造深度、交通量等因素有关, 不同路段构造深度衰变模型参数有所差异, 难以用同一衰变模型对不同路段构造深度衰变规律进行预测。
(4) 在Superpave13混合料设计过程中, 根据构造深度与级配、沥青含量的关系, 可以适当的提高路面初始构造深度, 以满足路面抗滑性能。
参考文献
[1]JTG F80/1-2004, 公路工程质量检验评定标准[S].第一册, 土建工程.
[2]Sullivan BW A Fundamental Approach to Skid Resistance Using IFI[R], 1st Annual Friction Testing Workshop, SACL, Sydney, 2003.
[3]Epps, A.L., and A.J.Hand.Coarse Superpave Mixture Sensitivity[R].Presented at the 79th Annual Meeting of the Transportation Research Board, 2000.
[4]董大校.基于Matlab的多元非线性回归模型[J].云南师范大学学报, 2009 (3) :45-48.
混合料级配 篇5
1 贝雷法介绍
贝雷法是一套系统的设计和检验级配的方法, , 目前, 贝雷法不仅可用于所有密集配沥青混合料和SMA设计和检验, 而且还适用于其他混合料级配设计和检验。贝雷法不同于传统方法, 以公称最大粒径 (NMPS) 的0.22倍 (第一控制筛孔PCS) 来划分。矿料组成确定以后。需对集料的嵌挤进一步分析。分析时先将合成级配分成三部分:第一部分是合成级配的粗集料部分, 即最大粒径与PCS之间的集料;合成集料的细集料又被分成粗、细两部分, 其分界点称为第二控制筛和第三控制筛。贝雷法进而对PCS以下的细料作进一步的划分, 分为较粗的细料和较细的细料, 以次类推, 又提出两个控制筛孔。第二控制筛孔SCS=PCSX0.22;第三控制筛孔TCS=SCSX0.22。对常用的几种类型的沥青混合料的各筛孔进行了汇总, 结果如表1所示。
2 贝雷法级配设计及检验
某高速公路原路面回收材料级配如表2所示。
本次试验新骨科采用粗料CA (4.75-26.5mm碎石) 、细料FA (0~5mm石屑) 以及水泥 (填料MF) 3档料, 新骨料通过交通部行业标准《公路工程集料试验规程》 (JTJ058-2000) 测定均满足规范要求, 设计密度取为松装密度的l02%, P0.075=5.0%, 两种粗料 (CA和CA) 按体积比1:3组成 (通过superpave法中最大公称粒径19mm级配对粗集料进行反算及考虑高掺配率得到) 。同其他混合料设计方法相比, 贝雷法仅限于级配的设计, 需参考马歇尔设计方法确定最佳沥青含量, 才能设计出各项路用性能均佳的混合料。
3 泡沫沥青再生混合料的制备及性能测试
3.1 混合料拌和用水量及油石比的确定
3.1.1 拌和用水量的确定
泡沫沥青混合料在拌和与压实时需要加入一定的水, 以保证较好的拌和效果与压实度。然而过多的水会影响压实效果及混合料强度。因此, 拌和压实过程中必须确定最佳用水量。参照现行《公路土工试验规程》 (JTGE40) T0l31的方法, 对合成矿料进行击实试验, 确定最佳含水率。
3.1.2 最佳泡沫沥青用量OAC
本次采用的泡沫沥青, 膨胀率为10, 半衰期为11s, 以预估的沥青用量为中值, 按照一定间隔形成4个泡沫沥青用量, 即为2%, 3%, 4%, 5%, 保持在集料最佳含水率OWC情况下所要求的加水量不变, 在室温25℃左右将料倒入拌和桶, 采用低速挡拌和均匀, 然后缓慢注入所需的最佳用水量 (水温在25℃左右) , 接着变换搅拌机至高速挡, 拌和同时喷洒泡沫沥青。喷洒结束继续拌和约30s再将泡沫沥青混合料移至一密闭容器中存放, 成型马歇尔标准试件。将试样连同试模一起侧放在40℃的鼓风烘箱中养生至恒重, 养生时间一般不少于40h, 以确保混合料中不含水分。考虑到泡沫沥青作为柔性基层材料, 其特性与沥青混合料有一定的相似性, 因此采用间接抗拉强度 (ITS) 作为混合料设计的控制指标。将各组油石比试件进行15℃劈裂试验、浸水24h的劈裂试验。根据劈裂强度试验和浸水劈裂强度试验结果, 结合工程实际经验, 综合确定最佳泡沫沥青用量0AC, 试验结果如表3所示。
泡沫沥青冷再生混合料15℃劈裂强度大于0.40MPa, 干湿劈裂强度比不小于75的技术标准, 可以得到当沥青用量为3%时, 泡沫沥青混合料性能最优且达到要求。
3.2 泡沫沥青混合料性能试验
3.2.1 单轴压缩试验——确定抗压强度
参照《公路工程沥青与沥青混合料试验规程》JTJ 052-2000规定试件制作试件, 试验温度 (20±0.5) ℃, 加速速度为5mm/min。以最佳油石比及最佳掺水量进行泡沫沥青混合料试件制作, 然后在室温环境下养生24h, 后将每个试件放置在密封的塑料袋中, 置于40℃的烘箱中进一步养生48h。后在20℃恒温水浴中保温3h。
为保证再生混合料强度和稳定性要求, 对几组再生混合料无侧阻抗压强度试验最大值、最小值、平均值、标准差数据进行分析, 针对本次试验试件, 提出95%的保证率, 保证率系数为2.01。泡沫沥青冷再生混合料无侧限抗压强度平均值为3.06MPa, 泡沫沥青冷再生混合料代表性无侧限抗压强度为算数平均值的置信下限, 即为2.8。泡沫沥青冷再生混合料作为基层材料时的无侧限抗压强度范围为2.8-3.3MPa。
3.2.2 车辙试验——确定泡沫沥青混合料动稳定度
由于泡沫沥青再生混合料一般用做基层, 因此推荐采用40℃的试验温度。试验参照JTJ052规程T0703;沥青混合料试件制作方法进行。
4 结论
贝雷法在中国的研究与应用才刚刚开始, 其设计方法和参数还需要深入研究。在应用贝雷法设计新级配或验证已有级配时, 都必须采用选取密度来检验粗骨架是否形成, 同时使CA和FA比来控制混合料的施工特性和体积特性。贝雷法设计避免以往仅根据道路等级, 凭经验或有关规范选择级配范围, 而不考虑不同地区材料的特性导致混合料性能差异很大的局限性。本文基于贝雷法设计骨架密实结构级配, 并结合马歇尔设计法设计泡沫沥青混合料, 通过试验可知骨架密实结构的泡沫沥青混合料性能优越。
参考文献
混合料级配 篇6
根据国内多条高速公路表面层配合比设计的经验, 并借助Superpave的设计思想, 在现行规范级配的基础上, 提出了一种嵌挤密实型的AC-13 S型级配沥青混合料。表1 为我国现行规范的AC-13 级配范围。在AC-13 级配范围内, 设计了三种工程设计级配, 见表1。
AC-13 Ⅰ在我国规范的中值属于细级配沥青混合料。AC-13按Superpave级配思想设计, 属于粗级配沥青混合料。
1 马歇尔法确定最佳油石比
1) AC-13Ⅰ中值见表2。
根据马歇尔试验沥青用量与物理—力学指标确定最佳油石比为5. 0% ( 见表3) 。
2) AC-13 见表4。
毛体积密度没有出现峰值, 因此, 按空隙率为4% 时对应的沥青用量来确定最佳油石比。
根据表4 绘制沥青用量与空隙率关系图, 见图1。
空隙率为4% 所对应的沥青用量为最佳油石比, 则最佳油石比为4. 8% 。最佳油石比为4. 8% 时, 其对应的混合料特性见表5。
2 Superpave法确定最佳油石比
2. 1 AC-13Ⅰ旋转压实试验
1) 旋转压实试件的压实次数与压实性能关系见图2。
2) 物理指标测定旋转压实型试件, 经过24 h后测定其毛体积密度、矿料间隙率、沥青饱和度等物理指标。
旋转压实试件试验结果见表6。
3) 确定最佳油石比。
a.根据表6绘制沥青用量与物理指标关系图, 见图3。
b. 按空隙率4% 所对应的沥青用量为最佳油石比, 则最佳油石比为4. 2% 。在4. 2% 最佳油石比下, 其对应的混合料特性见表7。
VMA不满足要求, 因此, 由旋转压实方法, AC-13 Ⅰ得出的油石比不满足体积指标要求。说明AC-13 Ⅰ 中值级配需要改进调整。
2. 2 AC-13 旋转压实试验
1) 旋转压实的压实次数与压实性能关系见图4。
2) 物理指标测定旋转压实型试件, 经24 h后测定其毛体积密度、矿料间隙率、沥青饱和度等物理指标。
旋转压实试件试验结果见表8。
3) 确定最佳油石比。
a. 根据表8 绘制沥青用量与物理指标关系图, 见图5。
b. 按空隙率4% 所对应的沥青用量为最佳油石比, 则最佳油石比为4. 8% 。在4. 8% 最佳油石比下, 其对应的混合料特性见表9。
3 AC-13Ⅰ与AC-13 比较
1) 压实特性比较见图6。
2) AC-13Ⅰ与AC-13 压实斜率与沥青含量关系图, 见图7。
4 结语
1) 对于AC-13Ⅰ这类细级配密实型混合料 ( 两种方法成型) 设计了油石比相差较大, Superpave方法的油石比明显比马氏的小。2) 对于AC-13 这类粗级配密实型混合料, 一般不出现密度峰值, 现行规范的无效, 采用Superpave空隙率4% 来确定沥青用量。马氏和Superpave的设计沥青用量在最佳油石比时基本相同。
3) AC-13 的压实特性比AC-13Ⅰ好。
摘要：应用马歇尔法和Superpave法对AC-13Ⅰ和AC-13进行了混合料设计, 对比分析了两者的最佳沥青用量及压实特性, 指出两者的设计沥青用量在最佳油石比时基本相同, AC-13的压实特性优于AC-13Ⅰ。
关键词：AC-13混合料,马歇尔法,Superpave法,沥青,压实特性
参考文献
[1]JTG F40—2004, 公路沥青路面施工技术规范[S].
[2]JTJ 052—2000, 公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].
混合料级配 篇7
关键词：高速公路,沥青混合料,级配设计,关键筛孔,通过率
1 概述
根据相关统计, 目前全国大多数省份上面层选用的混合料类型一般为AC-13F/13C型沥青混合料、SMA-13沥青玛蹄脂混合料、Sup-13沥青混合料、OGFC。传统的AC型沥青混合料属于悬浮密实结构, 使用较多, 技术较为成熟;SMA-13为典型的骨架密实型结构, 高温稳定性较好, 但受造价、材料等影响在部分发达省份使用较多, 西部等欠发达省份并未大规模使用;Sup-13沥青混合料是采用旋转压实仪进行设计, 级配选择采用关键筛孔控制点进行控制, 是一种骨架嵌挤结构的沥青混合料 (高温稳定性能优于传统AC-13) , 在江苏、上海、重庆、黑龙江、湖南、甘肃、青海、内蒙古等省份都有过应用;OGFC沥青混合料是一种骨架间隙结构的混合料, 空隙率较大 (18%~25%) , 高温稳定性好, 一般用于排水式路面[1,2,3]。
目前广西地区正在处于高速公路沥青路面的大规模发展时期, 沥青路面结构上面层大多采用AC-13C改性沥青混合料;上面层集料均采用辉绿岩 (10~15 mm、5~10 mm规格集料) 和石灰岩 (3~5 mm、0~3 mm机制砂) , 沥青采用SBS改性沥青 (I-D) , 级配范围统一采用沥青路面施工技术规范中的级配范围。但从上面层AC-13C改性沥青混合料混合料设计的合成级配来看关键筛孔4.75 mm均贴近下限, 一方面不利于施工控制 (施工规范要求4.75 mm筛孔通过率±5%波动范围) ;另一方面此种设计级配设计出来的混合料空隙率仍然只有4.0%左右, 但受设计范围限制已无优化的空间, 因此有必要对当前广西在建的各条高速公路上面层沥青混合料配合比设计情况统计分析, 提出适合广西地区的沥青路面上面层AC-13C级配范围。
2 上面层AC-13C实体工程数据统计分析
2.1 上面层AC-13C混合料设计合成级配统计分析
目前广西在建的高速公路的沥青路面上面层AC-13C沥青混合料设计合成级配见图1。
由图1的结果可知, 4条高速公路的8组AC-13C混合料的合成级配关键筛孔 (4.75 mm筛孔) 通过率均接近规范控制范围的下限, 日常检查数据评定存在一定的难度, 实际生产控制易超出规范的控制范围。
2.2 AC-13C混合料体积指标和性能统计分析
为验证上述混合料级配的相关体积指标和性能能否满足规范要求, 对上述4条高速公路的8组级配对应混合料体积指标和性能验证结果进行了相关统计, 具体见表1, 其中油石比均为4.8%。
由表1的结果可知, 设计油石比均为4.8%, 混合料空隙率为4.3%~4.7%, 水稳定性试验和高温稳定性试验均满足规范的控制要求。
2.3 AC-13C混合料中 (3~5 mm) 的用量统计分析
为判断目前的级配是否存在优化空间, 对4条高速公路的8组生产配比 (3~5 mm) 的用量进行了统计, 具体结果见表2。
统计的结果表明, 4条高速公路目前上面层生产配比中3~5 mm的干涉料使用均值在12.6%, 而表1中各条高速合成级配4.75 mm和2.36 mm筛孔通过率的差值平均值也为12.0%, 说明目前各条路使用的混合料中3~5 mm的用量相对偏多。分析其原因, 一方面与混合料使用的辉绿岩集料有一定的关系, 因为目前使用的辉绿岩的集料都是经过整形处理的, 片状和条状的颗粒较少, 拌制的混合料相对较好压实, 若不使用一定量的3~5 mm集料混合料空隙率会很小, 混合料容易出现挤密性车辙;另一方面与设计规定的4.75 mm筛孔通过率的控制范围有关, 在0~3 mm机制砂使用量较少的情况下, 为满足4.75 mm筛孔通过率和空隙率的要求, 必须多使用一些3~5 mm的集料。
3 AC-13C设计级配范围调整分析
3.1 常用的AC-13C级配范围
目前Superpave设计体系中Sup13的控制点要求见表3, 公路沥青路面设计规范和公路沥青路面施工规范中AC-13C级配设计范围见表4[4,5,6]。
从表3的级配控制范围可知Sup13级配上、下限只对0.075 mm、2.36 mm、16.0 mm筛孔的通过率做出了要求, 在级配设计过程中调整优化的空间更大, 更能根据原材料的特性设计性能优良的混合料。
从表4的设计规范和施工规范中AC-13C的级配可知, 设计规范中4.75 mm筛孔通过率的下限要求放宽至30% (施工规范为38%) , 9.5 mm筛孔通过率下限要求放至60% (施工规范为68%) , 因此在级配设计过程中调整优化的空间更大, 更能根据原材料的特性设计性能优良的混合料。
3.2 上面层AC-13C设计级配范围建议
广西属于高温、多雨地区, 沥青混合料的设计应该更偏重于高温稳定性和抗水损害性能, 并且路面需要形成一定构造深度, 保证抗滑性能。从目前4条公路使用的AC-13C混合料合成级配来看, 受设计范围限制, 3~5 mm的干涉料用量偏多, 将一定程度影响路面的构造深度, 导致抗滑系数不佳;同时设计4.75 mm筛孔通过率接近施工规范的控制下限, 日常生产的正常波动将超出控制下限。因此级配选择应不局限于施工规范的级配范围, 建议采用Superpave设计体系中Sup13的控制点要求和设计规范附录推荐的AC-13C的级配范围要求, 减少3~5 mm的用量, 增加5~10 mm和10~15 mm的粗骨料用量, 形成骨架嵌挤结构, 提高混合料高温稳定性和路面的抗滑性能, 提升广西高速公路沥青路面的使用性能。
3.3 工程实例分析
为验证调整级配后的AC-13C混合料的各项性能指标和路用性能指标, 选择3条高速作为试点, 调整级配设计思路, 选用采用满足Superpave设计体系中Sup13的控制点要求和《公路沥青路面设计规范》附录推荐级配要求的级配, 检测调整级配后的AC-13C混合料的各项体积指标和性能指标, 具体结果见表5~表7。
通过3组级配调整前和调整后的级配对比可以发现: (1) 调整后4.75 mm筛孔以上粗集料所占比重比调整前提高4.3%左右, 同时合成级配中2.36~4.75 mm集料的比例由调整前的11.2%下降至8.2%;粗集料用量增加有利于提高混合料高温稳定性能, 2.36~4.75 mm用量的下降有利于提高路面的构造深度, 增加抗滑性能。
通过调整前和调整后AC-13C三组沥青混合料的性能对比可以发现, 调整后的级配比调整前的级配高温稳定性能平均提高35.5%左右, 水稳定性能调整前与调整后基本相当。
通过对比3组调整前和调整后AC-13C沥青混合料现场检测的数据结果可知, 级配范围放宽后, 采用设计规范AC-13C级配设计范围或者采用Sup13级配设计范围设计出来的AC-13C沥青混合料现场构造深度和摩擦系数分别平均提高20.2%和9.5%, 路面抗滑性能有所提升, 渗水系数基本相当 (密水性能良好) 。
4 结论
综上所述, 结合广西地区沥青路面上面层原材料的实际情况, 建议选用设计规范中提出的上面层AC-13C级配设计范围或者采用Superpave设计体系中Sup13的控制点要求进行上面层混合料的设计, 将更有利于设计出性能优良的沥青混合料, 并产生积极的经济效益。
参考文献
[1]高英, 曹荣吉.沥青混合料级配类型选择分析[J].公路2002 (1) :84-87.
[2]易文, 唐成阳, 谢东, 等.AC-13改进型沥青混合料配合比设计与性能研究[J].中外公路, 2015, 35 (3) :277-281.
[3]程英伟, 晏华冰.上面层沥青混合料路用性能比较[J].交通科技与经济, 2006 (1) :7-9.
[4]美国沥青协会.高性能沥青路面 (Superpave) 基础参考手册[M].贾渝, 曹荣吉, 李本京译.北京:人民交通出版社, 2002.
[5]JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范[S].
混合料级配 篇8
1 试验方案及原材料
1.1 试验方案
本文选用多碎石沥青玛脂SMA-13、大空隙沥青混合料OGFC-13、沥青抗滑级配AK-13三种不同级配及其不同粒径的SMA-16和SMA-13, OGFC-16与OGFC-13进行抗滑性能研究, 再利用自主改制的变速变载车辙仪进行室内模拟试验, 通过车辙仪模拟实际荷载对路面的作用, 得出不同轮载作用次数与沥青混合料抗滑指标摆值的关系, 以分析其抗滑性能衰减规律。
1.2 试验原材料
沥青采用壳牌改性沥青。其技术指标见表1。
粗集料为玄武岩, 其各项物理力学性能如表2所示。细集料采用同种类型石质的石屑, 矿粉为石灰岩石料磨细而成, 各种原材料满足我国现行规范相关要求。
2 试验方法
本试验按照规范进行, 采用马歇尔试验方法确定最佳沥青用量。
沥青混合料的抗滑性能采用摆式摩擦仪的摆值和构造深度来表征, 前者由便携式摆式摩擦仪测定, 后者由铺砂法测定。由马歇尔试验确定最佳沥青用量, 随后成型300 mm×300 mm×50 mm的车辙板, 然后在室内进行这两种指标的检测。先由铺砂法测定构造深度, 清理完砂后再由摆式摩擦仪测定摆值。在进行摆值测试时, 先用喷壶在板的表面洒水, 使路面保持潮湿状态。测试前先将摆式摩擦仪调零, 而后校核滑动长度, 使橡胶片两次同路面接触点的距离在12.6 cm左右, 并定时检查橡胶片的磨耗情况, 当端部在长度方向上磨耗超过1.6 mm或边缘在宽度方向上磨耗超过3.2 mm或有油类污染时, 更换新橡胶片, 新橡胶片在干燥路面上测试了10次后再用于测试。每次测试测定3次, 每一次读取5个摆值, 保证最大值和最小值不相差3 BPN, 而后取5个摆值的平均值作为这一次的摆值, 最终确定的摆值是取三次结果的平均值。沥青混合料的抗滑性能衰减试验在成型好的车辙板上进行, 试验温度为21 ℃, 在设定温度时, 考虑若温度太高, 在轮载作用时粗集料可能被压入混合料中, 过低可能抗滑的衰减过程较慢, 而且轮胎表面橡胶皮在行驶过程中会磨损严重, 因此设定试验温度为21 ℃, 轮压为0.7 MPa, 车轮行走次数为42次/min。试验设备采用自主研制的变速变载车辙仪, 轮载每作用5 040次测试一次摆值。
3 抗滑性能及衰减规律分析
3.1 不同级配的混合料抗滑性能研究
试验对SMA-13, OGFC-13, AK-13三种混合料进行抗滑性能及其衰减规律的研究。
3.1.1 不同级配沥青混合料的摆值和构造深度测试结果分析
我国现行规范提出了三种路面抗滑能力指标, 即路表构造深度 (TD) 、摆值、路面横向力系数 (SFC) 。本文采用摆值和构造深度, 前者由便携式摆式摩擦仪测定, 后者由铺砂法测定。先由铺砂法测定构造深度, 清理完砂后再由摆式摩擦仪测定摆值, 最后进行抗滑衰减规律研究。在试验开始前对混合料进行构造深度和摆值的测定, 测试结果如表3所示。
从表3中可以看出, SMA和OGFC的摆值和构造深度值均较大, 说明其初始抗滑性能较好, 且OGFC要好于SMA。
3.1.2 不同级配沥青混合料的抗滑性能衰减规律
轮载共作用75 600次, 此时沥青混合料的衰减已经趋于稳定。但是由于车轮轮迹宽度受到限制, 因此没有考虑构造深度的衰减, 这里只进行摆值的衰减研究。混合料摆值的衰减曲线见图1。
在试验过程中发现, 经过车轮4 000次～5 040次的磨光作用, 沥青混合料表面的沥青薄膜已经基本磨去, 露出集料的表面。SMA-13混合料表面有轻微的泛油现象。
从图1中我们可以发现, 在试验初期, 三种混合料的摆值衰减速率均较快, 而后随着轮载作用次数的增加, 摆值的衰减速率逐渐减缓, 并最终趋于稳定。OGFC-13为骨架空隙结构, 构造稳定性较好, 在轮载的作用下摆值衰减速率较小, 并且衰减稳定后衰减终值比较高。SMA-13尽管属于骨架密实构造, 但同OGFC-13相比摆值衰减速率大一些, 衰减终值略小一些。AK-13为悬浮结构, 在轮载作用过程中摆值衰减较快, 衰减终值也最小。
综合比较三种混合料的初始抗滑能力和摆值的衰减速率及其衰减幅度得出三种级配的抗滑性能排序为OGFC-13>SMA-13>AK-13。
3.2 同种级配不同粒径的混合料进行比较
试验对SMA-13与SMA-16, OGFC-13与OGFC-16进行抗滑性能及其衰减规律的研究。
3.2.1 不同粒径沥青混合料的摆值和构造深度测试结果分析
对混合料进行构造深度和摆值的测定, 测试结果见表4。
从表4中可以发现, SMA-16的摆值和构造深度均大于SMA-13, OGFC-16的摆值和构造深度均大于OGFC-13, 也即同种级配, 公称最大粒径越大, 其初始抗滑性能越好。
3.2.2 不同粒径沥青混合料的抗滑性能衰减规律
从图2和图3中可知四种混合料在试验初期摆值衰减速率较快, 轮载作用15 120次后, 速率逐渐变缓, 并在作用60 000次～75 600次时趋于稳定。SMA-16的衰减速率和衰减幅度均小于SMA-13;OGFC-16的衰减速率和衰减幅度均小于OGFC-13。即同种级配, 公称最大粒径越大, 衰减速率越小, 衰减幅度越小。
综合比较OGFC-13与OGFC-16和SMA-13与SMA-16的初始摆值、构造深度和衰减速率, 可见矿料粒径对沥青混合料抗滑性能衰减规律影响明显, 不管是SMA还是OGFC, 公称最大粒径16 mm的级配都有较大的初始构造深度和摆值, 且在轮载作用下衰减速率较小, 同时具有较高的衰减终值。
4 结语
1) 比较混合料的抗滑衰减规律得出:摆值都随着轮载作用次数的增加而逐渐减少, 而且在轮载作用初期, 摆值下降较快, 随着轮载作用次数的进一步增加, 摆值的衰减速率逐渐减缓。2) 从不同的级配类型来看, OGFC表现出的抗滑性能最好, 经过较多次数的轮载作用后, 它仍然能保持较好的粗糙表面, SMA次之, AK的抗滑性能最差。3) 从不同的粒径来看, 不管是SMA还是OGFC, 公称最大粒径16 mm的级配其抗滑性能均好于公称最大粒径13.2 mm的级配。因此单从抗滑性能来讲, 同种级配, 提高混合料的公称最大粒径可以明显地提高混合料的抗滑性能。
参考文献
[1]JTJ 014-97, 公路沥青路面设计规范[S].
[2]JTJ 036-98, 公路沥青路面施工技术规范[S].
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[5]赵战利, 张争奇.抗滑表层沥青混合料试验参数研究[J].长安大学学报, 2004, 21 (4) :19-22.