SAC和其他粗集料斷級(jí)配的礦料級(jí)配設(shè)計(jì)方法.docxVIP

和其他粗集料斷級(jí)配的礦料級(jí)配設(shè)計(jì)方法沙慶林( 交通部公路科學(xué)研究所 北京市 100088)SA C摘 要:詳細(xì)介紹了 SA C 和其他粗集料斷級(jí)配瀝青混凝土的礦料級(jí)配設(shè)計(jì)原理和計(jì)算方法。 通常粗集料的級(jí)配是一個(gè)冪函數(shù), 有 40% 左右的孔隙率; 細(xì)集料是另一個(gè)冪函數(shù), 是一個(gè)很密實(shí)的級(jí)配。兩者結(jié)合在一起, 組成一個(gè)以粗集料為主體的密實(shí)式中斷級(jí)配。關(guān)鍵詞: 級(jí)配設(shè)計(jì); 粗集料主體; 密實(shí)式; 中斷級(jí)配筆者曾經(jīng)總結(jié)分析了當(dāng)前國(guó)際上瀝青混凝土礦料級(jí)配的發(fā)展方向是粗集料斷級(jí)配。SA C 是 1988 年我國(guó)自主研究開(kāi)發(fā)成功的粗集料斷級(jí)配, 到 20 世 紀(jì)末, 逐漸形成了從 SA C 10 到 SA C 30 系列。料含量的方法, 并沒(méi)有提供粗細(xì)集料各自的級(jí)配方法。美國(guó)于 2002 年又發(fā)表了熱拌混合料礦料級(jí)配的 貝雷設(shè)計(jì)方法。據(jù)介紹, 其基本思想是要用粗集料形成骨架, 使設(shè)計(jì)的瀝青混凝土具有較高的高溫抗永 久形變能力。同時(shí)通過(guò)調(diào)整粗細(xì)集料的比例, 獲得合適的 V M A , 以保證設(shè)計(jì)的混合料具有較好的耐 久性。SA C 礦料級(jí)配的設(shè)計(jì)原則是用粗集料形成骨 架, 用細(xì)集料和瀝青填充骨架中的孔隙, 使設(shè)計(jì)的瀝青混凝土既密實(shí)、空隙率小, 使水不容易透入, 又具 有較高的高溫抗永久形變能力。用作表面層時(shí), 還具 有良好的抗滑性能。 根據(jù)沿線氣溫和交通量及車輛 組成的需要, 既可設(shè)計(jì)成骨架密實(shí)結(jié)構(gòu), 又可設(shè)計(jì)成密實(shí)但骨架稍有撐開(kāi)的結(jié)構(gòu), 甚至設(shè)計(jì)成懸浮式密 實(shí)結(jié)構(gòu)。但是, 不管用什么方法設(shè)計(jì)出的礦料級(jí)配, 都必 須在室內(nèi)用合適的儀器進(jìn)行瀝青混凝土性能的試驗(yàn) 研究, 以證明其性能確實(shí)符合要求。 更重要的, 還必須通過(guò)工程實(shí)踐的檢驗(yàn), 證明其實(shí)際使用性能滿足 要求。1 設(shè)計(jì)原則從設(shè)計(jì)角度講, 由于礦料級(jí)配對(duì)瀝青混凝土的 性質(zhì)有很重要的作用, 所以早在 100 年以前, 在美國(guó)就有一些學(xué)者開(kāi)始研究礦料的級(jí)配問(wèn)題。 傳統(tǒng)的連 續(xù)密級(jí)配計(jì)算公式就是在 20 世紀(jì)初, 由美國(guó)學(xué)者F u lle r 根據(jù)最大密度理論提出的。 美國(guó) SH R P 于1993 年春發(fā)表的 Sup e rp ave (SU P ) 中又提出了 7 個(gè) 控制點(diǎn)和一個(gè)限制區(qū)的礦料級(jí)配設(shè)計(jì)方法。 但后者并沒(méi)有作為一項(xiàng)硬性要求。 后來(lái)的一些試驗(yàn)證明通 過(guò)限制區(qū)的礦料級(jí)配, 其瀝青混凝土的性質(zhì)甚至還 優(yōu)于不通過(guò)限制區(qū)礦料級(jí)配瀝青混凝土的性質(zhì)。SU P 礦料級(jí)配組成方法的發(fā)表, 實(shí)際上等于在 美國(guó)已放棄了使用了近百年的傳統(tǒng)連續(xù)級(jí)配。 應(yīng)該說(shuō), SU P 的礦料級(jí)配設(shè)計(jì)方法沒(méi)有明確的原則, 屬 于純經(jīng)驗(yàn)性的。 其礦料級(jí)配密實(shí)性有余, 骨架性不足, 是一種懸浮式密實(shí)結(jié)構(gòu)。20 世紀(jì) 90 年代初, 美國(guó)德克薩斯州交通廳根 據(jù)混合料中碎石與碎石最佳接觸的理論, 提出了新 粗骨架高結(jié)合料含量混合料的設(shè)計(jì)方法。 以大于2100 mm 的顆粒為粗集料, 但此方法僅是確定粗集2當(dāng)前礦料級(jí)配設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題211傳統(tǒng)連續(xù)式密級(jí)配瀝青混凝土 前面提到的美國(guó)學(xué)者富勒提出的組成最大密度瀝青混凝土的公式, 稱富勒(F u lle r) 氏公式, 見(jiàn)式(1) :收稿日期: 2004- 12- 15 144 公路2005 年 第 1 期0. 5配, 等等。dP d =(1)D由于這種方法的嚴(yán)重缺點(diǎn), 使用者只能憑自已式中: d 為某一篩孔尺寸, mm ; D為最大粒徑,的經(jīng)驗(yàn)在規(guī)定的級(jí)配范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整, 或按照規(guī)定范圍的中值配料。 配出來(lái)的瀝青混凝土的物理- 力 學(xué)性質(zhì)是否符合要求, 則心中無(wú)數(shù)。只能等待性能試 驗(yàn)做完后, 才能知道礦料級(jí)配是否合適。 但是, 性能的指標(biāo)值又缺少實(shí)踐依據(jù)。這種方法費(fèi)時(shí)、費(fèi)力和費(fèi)錢(qián)。(3) 為了彌補(bǔ)上述方法的缺點(diǎn), 國(guó)內(nèi)外都有學(xué)者 在研究如何為粗集料斷級(jí)配提供一個(gè)合適的礦料級(jí) 配設(shè)計(jì)方法, 例如以下方法。美國(guó)的B a iley (貝雷) 法。 國(guó)內(nèi)有些學(xué)者和路面工程師認(rèn)為, 采用此方法設(shè)計(jì)出的瀝青混合料, 在壓實(shí)后具有良好的骨架結(jié)構(gòu), 同時(shí)可以達(dá)到密實(shí)的效果。貝雷法按照慣例將瀝 青混合料中的礦料分為形成骨架的粗集料和填充孔 隙的細(xì)集料, 只是粗細(xì)集料的分界篩孔尺寸隨標(biāo)稱最大粒徑D m ax. n 而變。通常采用 0122 倍標(biāo)稱最大粒 徑的篩孔作為粗細(xì)集料的分界點(diǎn)。 同時(shí)將此分界點(diǎn)mm ; P d 為篩孔尺寸 d 的通過(guò)百分率, % 。直到 1964 年, 美國(guó)聯(lián)邦公路局才將冪值 015 改 為 0145, 使礦料級(jí)配較細(xì)。 該公式為許多國(guó)家的道路工作者使用了大半個(gè)世紀(jì), 在美國(guó)一直使用到1993 年。 按照上述冪函數(shù)組成的礦料級(jí)配, 由于已 使用了近百年, 所以俗稱其為傳統(tǒng)連續(xù)式密級(jí)配。國(guó) 外常用的瀝青混凝土孔隙率, 20 世紀(jì) 80 年代以前 為 2% 5% 。后來(lái), 有的國(guó)家采用 3% 5% , 也有國(guó) 家采用 3% 4% 。我國(guó)公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范(J T J 032-94) 中的A C - x x I 屬于這種傳統(tǒng)連續(xù)式密級(jí)配瀝青 混凝土, 其孔隙率被定為 3% 6% ?，F(xiàn)在看來(lái), V a 達(dá)6% 顯然偏大。212 粗集料斷級(jí)配瀝青混凝土礦料中, 粗集料占一半以上, 同時(shí)不能用一個(gè)冪 函數(shù)擬合礦料級(jí)配曲線時(shí), 稱做粗集料斷級(jí)配瀝青混凝土。粗集料斷級(jí)配瀝青混凝土有法國(guó) 1982 年建立 的 BBM ( 薄瀝青混凝土)、德國(guó) 1984 年制定規(guī)范的 SM A 、我國(guó) 1988 年研究成功的 SA C 和美國(guó) 1993 年發(fā)表的 SU P。 實(shí)際上, 粗集料斷級(jí)配瀝青混凝土 有懸浮式密實(shí)結(jié)構(gòu)和骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)兩種。( 1) 國(guó)外只有對(duì)傳統(tǒng)連續(xù)級(jí)配有一個(gè)礦料級(jí)配 計(jì)算方法, 即美國(guó)的 F u lle r 公式, 己有約 100 年歷 史; 前蘇聯(lián)也有一個(gè)計(jì)算方法, 稱 K 法; 國(guó)內(nèi)林繡賢 教授也提出過(guò)一個(gè)計(jì)算方法, 稱 I 法。( 2) 對(duì)于目前廣泛使用的粗集料斷級(jí)配瀝青混 凝土的礦料級(jí)配, 國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)上都沒(méi)有看到有具體的計(jì)算方法。 各個(gè)國(guó)家都憑自已的經(jīng)驗(yàn)確定一個(gè)較 寬的級(jí)配范圍或一條級(jí)配曲線 (僅法國(guó))。 讓使用者按照較寬范圍的中值和根據(jù)礦料的組成, 自己選擇一條級(jí)配曲線。美國(guó)的 SU P 要求先做 3 條礦料級(jí)配 曲線的試驗(yàn), 通過(guò)瀝青混合料配合比試驗(yàn)選定一條合適的級(jí)配曲線。 然后通過(guò)試驗(yàn)確定所選定級(jí)配的 瀝青混凝土的性能指標(biāo)是否符合要求。 如不符合要求, 就重新調(diào)整級(jí)配和再重復(fù)做試驗(yàn)。這種方法不能事先判斷, 甚至初步判斷所用 的礦料級(jí)配將提供什么性能, 如其瀝青混凝土的透 水性如何, 抗高溫永久形變能力如何, 可能需要用多 少瀝青, 以及如果性能不符合要求, 該如何調(diào)整級(jí)作為第一個(gè)控制篩孔 (P CS ) , 將 0122 倍 P CS的篩孔尺寸作為第二個(gè)控制點(diǎn) FA C , 將 0122FA C 的篩孔尺寸作為第三個(gè)控制點(diǎn) FA F。然后用下列 3 個(gè)比值, 見(jiàn)式 (2)、式 (3) 和式 (4)P D m ax. n - P P CS檢驗(yàn)曲線:2(2)CA =100-P D m ax. n2P FA C(3)FA C =P P CSP FA F(4)FA F =P FA C1式中: P D m ax. n 為標(biāo)稱最大粒徑篩孔的通過(guò)質(zhì)2 2量, % ; P P CS 為第一個(gè)控制篩孔尺寸的通過(guò)質(zhì)量, % ;P FA C 為第二個(gè)控制篩孔尺寸的通過(guò)質(zhì)量, % ; P FA F 為 第三個(gè)控制篩孔尺寸的通過(guò)質(zhì)量, % 。貝雷法要求 CA值在 014 018 之間, 并認(rèn)為CA 值小于 014, 瀝青混合料容易產(chǎn)生離析和難以壓實(shí); 要求 FA C 值和 FA F 值都小于 015。據(jù)介紹, 用貝雷法做礦料級(jí)配設(shè)計(jì)非常復(fù)雜, 整 個(gè)計(jì)算和修正過(guò)程需要有相應(yīng)的試驗(yàn)規(guī)程和計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)程序。 該方法從理論基礎(chǔ)到實(shí)際應(yīng)用都還存在 著一些問(wèn)題, 例如: 采用的是平面三圓模型, 控制點(diǎn)和級(jí)配參數(shù)計(jì)算都是采用的標(biāo)準(zhǔn)篩孔尺寸, 并沒(méi)有 真正按照 0122 倍確定的篩孔的通過(guò)質(zhì)量 (% ) 來(lái)計(jì)2005 年 第 1 期沙慶林: SA C 和其他粗集料斷級(jí)配的礦料級(jí)配設(shè)計(jì)方法 145 算 CA 值、FA C 值和 FA F 值。 也沒(méi)有考慮填料的填充作用等。 因此, 實(shí)際上在國(guó)內(nèi)僅將它用于檢驗(yàn)級(jí) 配, 而且即使這 3 個(gè)比值沒(méi)有全符合要求, 瀝青混凝土的性能也不一定不好。相反, 即使這三個(gè)比值全符 合要求, 也不一定不產(chǎn)生水破壞。 實(shí)際上, 貝雷法只控制幾個(gè)點(diǎn)的通過(guò)量, 如 A C 219, 只控制 915 mm 、4118 mm 、0192 mm 和 0120 mm 等 4 個(gè)篩孔的通過(guò) 量, 如含 19 mm 的通過(guò)量, 則相當(dāng)于只控制 5 個(gè)篩孔的通過(guò)量。 對(duì)于這 5 個(gè)篩孔之間共 7 個(gè)篩孔的通過(guò)量, 沒(méi)有說(shuō)明該如何控制。 國(guó)內(nèi)也有人認(rèn)為, 貝雷 法可能只適用于 SU P 的礦料級(jí)配檢驗(yàn)。 但 SU P 僅 是懸浮式密實(shí)結(jié)構(gòu), 與前面所稱貝雷法是骨架結(jié)構(gòu) 且密實(shí)又不一致。CA V F (粗集料孔隙填充) 法是國(guó)內(nèi)張肖寧教 授等提出的。該法用大于 4175 mm 的粗集料的緊裝 密度和表觀密度 ( 或稱視密度) 計(jì)算粗集料的孔隙 率, 在此孔隙率中保留少量混合料所要求的孔隙, 其 余的孔隙都被細(xì)集料、填料和瀝青的體積填充。這個(gè) 方法從原理上講是合適的, 但主要有兩個(gè)值得商討 的問(wèn)題。 其一是, 沒(méi)有明確用什么方法確定緊裝密 度, 是用干搗實(shí)法還是用馬歇爾擊實(shí)法。這兩種方法 目前都有人在用, 而兩者的結(jié)果卻有明顯差異。例如 某種集料和級(jí)配的試驗(yàn)表明, 干搗實(shí)法粗集料的孔 隙 率 是 4117% , 馬 歇 爾 擊 實(shí) 100 次 的 孔 隙 率 是4213% 。 第二是, 用表觀密度并不合適, 在此應(yīng)用毛 體積密度。 此外, CA V F 法只能用來(lái)檢驗(yàn)原材料礦 料級(jí)配是否符合骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)和據(jù)此確定粗集料、細(xì)集料和填料各自占的質(zhì)量百分比, 沒(méi)有提供粗集 料和細(xì)集料各自應(yīng)有的礦料級(jí)配組成, 也沒(méi)有考慮 實(shí)際瀝青混凝土中, 集料要吸收部分瀝青。75% 。SA C 實(shí)際上包括懸浮式密實(shí)結(jié)構(gòu)和骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)兩種。因此, 描述粗集料級(jí)配曲線的冪函數(shù)應(yīng)該 具有較大的冪值, 使粗集料具有 40% 左右的孔隙率。細(xì)集料是填充在粗集料孔隙中的, 要求它比較密 實(shí), 所以描述細(xì)集料礦料級(jí)配的冪函數(shù)應(yīng)有較小的 冪值。 根據(jù)最新的研究, 隨巖石品種而異, 骨架密實(shí) 結(jié)構(gòu)與懸浮式密實(shí)結(jié)構(gòu)的分界線為粗集料含量67% 左右。 含量在此分界線以上的常是骨架密實(shí)結(jié)構(gòu), 在分界線以下的常是懸浮式密實(shí)結(jié)構(gòu)。 在進(jìn)行 SA C 的礦料級(jí)配設(shè)計(jì)時(shí), 要首先確定分界粒徑以上 的粗集料含量為 65% 或 70% , 即 4175 mm 篩孔的 通過(guò)量為 35% 或 30% , 同時(shí)確定標(biāo) (或公) 稱最大粒 徑D m ax. n 的通過(guò)量為 95% 100% 。然后再分別計(jì)算 粗集料的級(jí)配和細(xì)集料的級(jí)配。SA C 研究成功后的16 年來(lái), 使用的粗粒式、中粒式和細(xì)粒式 SA C 都有6 個(gè)控制點(diǎn), 即: 標(biāo)稱最大粒徑處兩個(gè)點(diǎn), 通常為通 過(guò)量 95% 和 100% , 也可以是 90% 100% 之間的某兩個(gè)值; 篩孔尺寸4175 mm 處兩個(gè)點(diǎn), 通過(guò)量原來(lái) 為 30% 和 40% , 近幾年來(lái)改為 25% 和 35% ; 篩孔尺寸01075 mm 處兩個(gè)點(diǎn), 通過(guò)量為 6% 和 10% 。 這 6個(gè)控制點(diǎn)實(shí)際上就形成了一個(gè)較寬的級(jí)配范圍。 本 文中, 做礦料級(jí)配設(shè)計(jì)時(shí), 常使用兩個(gè)控制點(diǎn)的中 值, 所以實(shí)際上常使用 3 個(gè)控制點(diǎn)。一個(gè)控制點(diǎn)是標(biāo)稱最大粒徑的通過(guò)量, 如 95% 、9715% 或 100% ; 第二個(gè)控制點(diǎn)是4175 m m 篩孔的通過(guò)量, 如 30% 或35% ; 第三個(gè)控制點(diǎn)是01075 mm 篩孔的通過(guò)量, 如4% 10% 之間的某一個(gè)值。 必要時(shí), 也可以在 4175 mm 和 01075 mm 兩個(gè)篩孔間再設(shè)立一個(gè)控制點(diǎn), 如1118 mm 篩孔的通過(guò)量。利用 3 個(gè)控制點(diǎn), 計(jì)算兩段級(jí) 配曲線。如利用 4 個(gè)控制點(diǎn), 就計(jì)算 3 段級(jí)配曲線。第一段是描述粗集料, 其孔隙率較大, 約為 40% 左右; 第 二段是描述細(xì)集料( 含填料) , 細(xì)集料應(yīng)是密實(shí)式集料。 這兩段曲線各有自己的冪函數(shù), 兩段曲線連接一起組 成一根完整的中斷級(jí)配曲線。如計(jì)算 3 段曲線, 則細(xì)集料有兩段不連續(xù)曲線。 這 3 段曲線連接一起也組成一 根完整的中斷級(jí)配曲線。 由于此中斷級(jí)配曲線以粗集料含量為主, 所以 SA C 是粗集料斷級(jí)配瀝青混凝土。 在本文中, 對(duì)于礦料級(jí)配不再像以往那樣, 對(duì)粗細(xì)級(jí)配都給出一個(gè)較寬的級(jí)配范圍, 而是只使用一 根礦料級(jí)配曲線。因?yàn)榧?jí)配范圍過(guò)寬, 控制不住瀝青混凝土的性質(zhì), 級(jí)配范圍過(guò)窄, 難于實(shí)現(xiàn)。 提供一根經(jīng)過(guò)初步檢驗(yàn)的級(jí)配曲線, 規(guī)定一個(gè)允許變動(dòng)的小 誤差。 一旦滿足不了規(guī)定的小誤差, 需要變動(dòng), 還可3 SAC 礦料級(jí)配設(shè)計(jì)方法以下以 SA C 為例, 說(shuō)明粗集料斷級(jí)配礦料級(jí)配 設(shè)計(jì)方法。SA C 礦料級(jí)配分三部分: 一部分是粗集料; 第 二部分是細(xì)集料; 第三部分是填料。粗細(xì)集料的分界線 統(tǒng) 一 定 為 4175 mm 。也 就 是 最 大 粒 徑 D m ax4175 mm 為粗集料, 4175 mm 01075 mm 為細(xì)集 料, 小于01075 mm 為填料。所以, 其礦料級(jí)配計(jì)算也分別按粗集料和細(xì)集料 ( 事先確定填料含量) 兩部分進(jìn)行。 前面已經(jīng)說(shuō)明, SA C 是以粗集料為主的斷 級(jí)配。SA C 發(fā)展的初期, 粗集料含量60% , 中期粗 集料的含量 60% 70% , 近幾年來(lái), 主要為 65% 146 公路2005 年第 1 期以利用本文所提供的礦料級(jí)配計(jì)算方法進(jìn)行調(diào)整,并利用后續(xù)論文提供的檢驗(yàn)方法進(jìn)行檢驗(yàn)。 同時(shí)提 出一些主要技術(shù)指標(biāo), 供礦料級(jí)配設(shè)計(jì)時(shí)使用。筆者認(rèn)為, 這樣做比規(guī)定一個(gè)級(jí)配范圍, 更有利于保持瀝 青混凝土性質(zhì)的穩(wěn)定。這樣做, 實(shí)際上與以往做生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)后, 只 有一根級(jí)配曲線相同。一旦此級(jí)配曲線被確定, 嚴(yán)格 地說(shuō), 不應(yīng)該再允許有明顯變化。 只有這樣, 才能保持生產(chǎn)配合比確定的瀝青混凝土的物理、力學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定。 因此, 對(duì) SA C 只提供一根經(jīng)過(guò)初步檢驗(yàn) 的級(jí)配曲線, 相當(dāng)于不需要使用者在規(guī)定范圍內(nèi), 通 過(guò)試驗(yàn)去自己找一條合適的級(jí)配曲線。311粗集料的級(jí)配計(jì)算 粗集料級(jí)配計(jì)算的基本公式:表 1 各種 SAC 粗集料的級(jí)配B4. 7530= A26. 5Bd i(5)解此聯(lián)立方程得:P d i = ADm ax0. 868 5d i式中: P d 為篩孔尺寸 d i 的通過(guò)量, % ; D m ax 為礦(7)P d = 133. 526. 5i料的最大粒徑, mm ; d i 為某篩孔尺寸, mm ; A 、B別為系數(shù)。i分計(jì)算 SA C 20 粗集料礦料級(jí)配的公式為式 (7)。按式 (7) 計(jì)算得的 SA C 20 粗集料的級(jí)配也列在 表 1 中, 編號(hào) 322。室 內(nèi) 外 的 實(shí) 踐 證 明, 使 D m ax. n 的 通 過(guò) 量 為100% , 優(yōu)于其通過(guò)量為 95% 和 9715% 。(2) SA C 16。 由 于 SA C 16 的 最 大 粒 徑 D m ax 為 19 mm , SA C 16 的標(biāo)稱最大粒徑 D m ax. n 為 16 mm , 先設(shè)定該確定礦料級(jí)配的標(biāo)稱最大粒徑 D m ax 1n 后, 設(shè)定D m ax 1 n 和 4175 mm 兩個(gè)篩孔的通過(guò)量, 就可以利用 式(5) 得出相應(yīng)的粗集料級(jí)配的計(jì)算公式。計(jì)算例:(1) SA C 20。由 于 SA C 20的 最 大 粒 徑D m ax 為 2615 mm ,SA C 20 的標(biāo)稱最大粒徑D m ax 1n 為 19 mm , 所以設(shè)定19 mm 篩孔的通過(guò)量為 9715% 。 同時(shí)設(shè)定 4175 mm的通過(guò)量為 30% , 由此可以建立下列兩個(gè)聯(lián)立方程:篩孔的通過(guò)量為 9715% , 同時(shí)設(shè)定 4175 mm的通過(guò)量為 30% , 由此可以建立下列兩個(gè)聯(lián)立方程:B1697. 5= A19B1997. 5= AB4. 7526. 530= A19B4. 7530= A解此聯(lián)立方程可得系數(shù)A = 11512, B = 01970 5。由此可得計(jì)算 SA C 16 粗集料級(jí)配的公式:26. 5解 此 聯(lián) 立 方 程 可 得 系 數(shù) A01850 22由此可得計(jì)算 SA C 20 粗集料級(jí)配的公式= 129.377, B =0. 970 5d i(8)P d = 115. 219i按式 (8) 計(jì)算得到的 SA C 16 粗集料的級(jí)配也列在表 1 中, 編號(hào) 421。D m ax. n 的通過(guò)量為 100% 時(shí)的粗集料級(jí)配, 也列 在表 1 中, 編號(hào) 422。如果其他不變, 只要求 4175 mm 篩孔的通過(guò) 量為 65% , 則用同樣的方法可以建立下列兩個(gè)聯(lián)立方程:0. 850 2d iP d i = 129. 38(6)26. 5按式 (6) 計(jì)算得出的 SA C 20 粗集料的級(jí)配列在表 1 中, 編號(hào) 321。也可以設(shè)定D m ax. n 的通過(guò)量為 100% , 此時(shí)兩個(gè) 聯(lián)立方程為:B19B16100= A97. 5= A26. 519編號(hào)篩孔mm371531152615191613129154175121122SA C 30100100951008616891672167215661365591957155014461630302SA C 25100100791270126114481730321322SA C 2010010097151008412861171157219541154183030421422SA C 16100971510080198216581859163030521SA C 1610097158219621835621622SA C 1310010097151006617671930302005 年 第 1 期沙慶林: SA C 和其他粗集料斷級(jí)配的礦料級(jí)配設(shè)計(jì)方法 147 B1. 852 34. 75d i35= AP d i = 179. 31913. 2解此聯(lián)立方程可得系數(shù)A = 11217, B = 01843 6。由此可得計(jì)算 SA C 16 粗集料級(jí)配的公式:312細(xì)集料的級(jí)配計(jì)算細(xì)集料級(jí)配計(jì)算的基本公式的型式與粗集料級(jí) 配的計(jì)算公式(5) 相同, 只是把式右側(cè)的分母D m ax 改0. 843 6d i(9)P d i = 112. 719為 41。 細(xì)集料可以是一根級(jí)配曲線, 需要時(shí)也可75按式 (9) 計(jì)算得到的 SA C 16 粗集料的級(jí)配也列在表 1 中, 編號(hào) 521。用同樣的方法可以計(jì)算得到 SA C 30、SA C 25、 SA C 13 和 SA C 10 等粗集料的級(jí)配計(jì)算公式。 現(xiàn)將 各種 SA C 粗集料級(jí)配的計(jì)算公式匯列如下。編號(hào) 121SA C 30 粗集料級(jí)配的計(jì)算公式:以是兩根級(jí)配曲線。計(jì)算例: SA C 30由于 4175 mm篩孔通過(guò)量應(yīng)與計(jì)算粗集料級(jí)配 時(shí) 的 通 過(guò) 量 相 同, 已 定 為 30% , 在 此 確 定01075 mm 篩孔的通過(guò)量為 4% , 可以建立下列的聯(lián) 立方程:0. 527 8d iP d i = 104. 0037. 5B4. 75編號(hào) 122SA C 30 粗集料級(jí)配的計(jì)算公式:30= A4. 750. 0750. 636 4d iBP d i = 111. 734= A37. 54. 75編號(hào) 2SA C 25 粗集料級(jí)配的計(jì)算公式:解此聯(lián)立方程, 可得A = 30 和B = 01485 7由此可得計(jì)算 SA C 30 細(xì)集料級(jí)配的公式:0. 700 4d iP d i = 112. 8731. 50. 485 7d i編號(hào) 321SA C 20 粗集料級(jí)配的計(jì)算公式:(10)篩孔的通P d = 304. 75i0. 850 2d i用同樣的方法, 只要設(shè)定 01075 mmP d i = 129. 3826. 5過(guò)量, 就可以得到其他 SA C 細(xì)集料級(jí)配的計(jì)算公式?，F(xiàn)將各種 SA C 細(xì)集料級(jí)配的計(jì)算公式匯列 如下。編號(hào) 322SA C 20 粗集料級(jí)配的計(jì)算公式:0. 868 5d iP d i = 133. 5026. 5編號(hào) 421SA C 16 粗集料級(jí)配的計(jì)算公式:編號(hào) 121SA C 30 細(xì)集料級(jí)配的計(jì)算公式:0. 970 50. 485 7d id iP d i = 115. 2P d i = 30編號(hào) 122194. 75SA C 30 細(xì)集料級(jí)配的計(jì)算公式:編號(hào) 422SA C 16 粗集料級(jí)配的計(jì)算公式:0. 99140. 485 7d id iP d i = 118. 57P d i = 30編號(hào) 2194. 75SA C 25 細(xì)集料級(jí)配的計(jì)算公式:編號(hào) 5SA C 16 粗集料級(jí)配的計(jì)算公式:0. 843 60. 485 7d idiP d i = 112. 7P d i = 30編號(hào) 321194. 75SA C 20 細(xì)集料級(jí)配的計(jì)算公式:編號(hào) 621SA C 13 粗集料級(jí)配的計(jì)算公式:1. 153 20. 431 9d id iP d i = 121. 7P d i = 30編號(hào) 322164. 75SA C 20 細(xì)集料級(jí)配的計(jì)算公式:編號(hào) 622SA C 13 粗集料級(jí)配的計(jì)算公式:1. 1780. 350 8d id iP d i = 125. 44P d i = 30編號(hào) 421164. 75SA C 16 細(xì)集料級(jí)配的計(jì)算公式:編號(hào) 721SA C 10 粗集料級(jí)配的計(jì)算公式:1. 700. 350 8d id iP d i = 170. 6P d i = 30編號(hào) 42213. 24. 75SA C 16 細(xì)集料級(jí)配的計(jì)算公式:編號(hào) 722SA C 10 粗集料級(jí)配的計(jì)算公式:1. 7370. 497 70. 332 5d id id iP d i = 177. 07P d i = 30編號(hào) 521P d i = 15. 013. 24. 751. 18編號(hào) 723SA C 10 粗集料級(jí)配的計(jì)算公式:SA C 16 細(xì)集料級(jí)配的計(jì)算公式: 148 公路2005 年 第 1 期0. 425 1的礦料, 而且后一粒級(jí)的礦料只有 215% 。 如將915 mm 作為實(shí)際最大粒徑, 大于 915 mm 的顆粒作 為超尺寸顆粒廢棄, 大于 4175 mm 的粗集料只有一 個(gè)粒級(jí), 其用量卻高達(dá) 70% 。 為更好地控制礦料級(jí) 配, 需要在篩孔 4175 mm 和 915 mm 之間增加一個(gè) 篩孔 715 mm 的篩。用上述 SA C 10 的公式, 計(jì)算得到的 SA C 10 粗 集料的礦料級(jí)配列在表 2 中。用上述公式計(jì)算得到的各種 SA C 細(xì)集料的級(jí) 配列在表 3 中。d iP d i = 354. 75編號(hào) 621SA C 13 細(xì)集料級(jí)配的計(jì)算公式:0. 318 6d iP d i = 304. 75編號(hào) 622SA C 13 細(xì)集料級(jí)配的計(jì)算公式:0. 657 9d iP d i = 304. 75編號(hào) 721SA C 10 細(xì)集料級(jí)配的計(jì)算公式:0. 318 6d iP d i = 304. 75編號(hào) 722SA C 10 細(xì)集料級(jí)配的計(jì)算公式:表 2SAC10 粗集料的級(jí)配0. 657 9d iP d i = 304. 75編號(hào) 723SA C 10 細(xì)集料級(jí)配的計(jì)算公式:0. 29d iP d i = 274. 75如果為了某種需要, 也可以將細(xì)集料的級(jí)配計(jì)算分成兩段。例如, 對(duì)于 SA C 16, 希望控制 1118 mm表 3各種 SAC 細(xì)集料的級(jí)配篩孔的通過(guò)量為 15% 和 01075 mm篩孔的通過(guò)量為 6% 。 為滿足此要求, 需要將 4175 1118 mm作為第一段, 將1118 0175 mm編號(hào)422)。 第一段的聯(lián)立方程為:作為第二段 ( 見(jiàn)上列B4. 7530= A4. 751. 18B15= A4. 75解此聯(lián)立方程, 可得第一段礦料級(jí)配的公式為:01497 7d i(11)P d i = 304. 75第二段的聯(lián)立方程為:B1. 1815= A1. 180. 075B6= A1. 18表 3 備注中:第一段為 P di解此聯(lián)立方程, 可得第二段礦料級(jí)配的公式為:0. 350 8d i0. 332 5d i, 第二段為 P di=30(12)P d i = 154. 751. 180. 5270. 438 1;d id i有了上述這些粗集料和細(xì)集料的礦料級(jí)配計(jì)算公式, 就可以方便地計(jì)算出任何一個(gè)規(guī)定篩孔尺寸 和非規(guī)定篩孔尺寸的通過(guò)量。用上述公式由編號(hào) 121 到編號(hào) 622 計(jì)算得出的各種 SA C 的粗集料的級(jí)配都列在表 l 中。, 第三段 P d = 8. 9= 18. 41. 18i0. 30. 350 8d i第一段為 P d = 30i, 第二段為 P di4. 75第0. 726 86d i三 段 為=18.d i4,=P d i1. 180. 090 29;6. 8由 于 SA C 10 粗 集 料 的 粒 徑 范 圍 小,只 是0. 34175 mm 1312 mm , 按照我國(guó)習(xí)慣用的篩孔, 只有0. 657 9d i第一段為 P d =i, 第二段為 P di304175 mm 915 mm 、915 mm 1312 mm兩個(gè)粒級(jí)4. 75編號(hào)篩孔mm21361118016013011501075備注121SA C 3021141512117185164122SA C 30211415121171851642SA C 2521141512117185164321SA C 202212161412139116175322SA C 2023151814141511149. 07323SA C 20231518141219819616418三段421SA C 16231518141415111497422SA C 162315181411136186146 三段521SA C 162619141415101886621SA C 1324191215151214108622SA C 1318191210118157116 兩段721SA C 1024191215151214108722SA C 102724131712128156 三段723SA C 10221719141712108編號(hào)篩孔mm13129157154175721SA C 101009715651330722SA C 10100661330723SA C 1010097156219272005 年 第 1 期沙慶林: SA C 和其他粗集料斷級(jí)配的礦料級(jí)配設(shè)計(jì)方法 149 0. 251 5;表 4 不同篩孔通過(guò)量的允許誤差d i= 121. 180. 150 6d i第一段為 P d =, 第二段為 P d304. 75ii0. 515 220. 5。d id i, 第三段為 P d = 12= 24. 31. 180. 3i313 礦料級(jí)配表的使用說(shuō)明( 1) 不同標(biāo)稱最大粒徑 SA C 的礦料級(jí)配表, 即 表 1、表 2 和表 3 是互相對(duì)應(yīng)配合使用的。表 1 中的3 號(hào) SA C 20 和 4 號(hào) SA C 16 粗集料的級(jí)配應(yīng)與表 3中的 3 號(hào) SA C 20 和 4 號(hào) SA C 16 細(xì)集料的級(jí)配相配 合使用。在表 3 中 3 號(hào)細(xì)集料有 3 個(gè)級(jí)配, 4 號(hào)細(xì)集料有兩個(gè)級(jí)配。( 2) 表 1 和表 3 中 SA C 30、SA C 25 用作底面層 或基層, SA C 25、SA C 20 用做中面層, SA C 16、SA C 13 用作表面層, SA C 10 用作很薄 ( 厚 2 215 cm ) 和超 薄面層。( 3) 表 1 表 3 中的級(jí)配與以前建議使用的級(jí) 配有以下差別。以前提供的是一個(gè)級(jí)配范圍, 如 4175 mm 篩 孔的通過(guò)量為 30% 40% , 現(xiàn)在只提供一條級(jí)配曲 線。這是為了避免在級(jí)配范圍內(nèi)隨意變動(dòng), 從而導(dǎo)致 瀝青混凝土的性質(zhì)產(chǎn)生明顯變化。 在進(jìn)行瀝青混合 料設(shè)計(jì)和其他物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)時(shí), 均按提供的級(jí) 配曲線準(zhǔn)備粗、細(xì)集料。用試驗(yàn)測(cè)定各個(gè)粒級(jí)粗細(xì)集 料的毛體積密度、填料的視密度和瀝青的密度后, 用 后讀論文中的V CA D R F 方法初步檢驗(yàn)符合要求后, 或 需要調(diào)整后, 就可以用此級(jí)配或調(diào)整后的級(jí)配曲線 制備瀝青混合料; 在拌和廠進(jìn)行目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)時(shí), 也按提供的級(jí)配曲線或調(diào)整的級(jí)配曲線計(jì)算冷料配 合比, 此時(shí), 不同篩孔通過(guò)量的允許誤差見(jiàn)表 4。 由 于礦料級(jí)配對(duì)瀝青混凝土的性質(zhì)影響很大, 在組成的礦料級(jí)配有較大誤差時(shí), 建議按后讀論文所述骨 架密實(shí)結(jié)構(gòu)或懸浮式密實(shí)結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)方法進(jìn)行檢驗(yàn), 必要時(shí)對(duì)粗、細(xì)集料和填料的配合比進(jìn)行調(diào)整, 并重 新按上述礦料級(jí)配設(shè)計(jì)方法計(jì)算各個(gè)篩孔的通過(guò) 量 (% )。以前提供的粗集料的總量占 35% ( 指規(guī)定范室內(nèi)試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)證明, 令 D m ax. n 的通過(guò)量為100% , 有利室內(nèi)試件的均勻性和減小試驗(yàn)結(jié)果的變 異性。施工現(xiàn)場(chǎng)的經(jīng)驗(yàn)也證明, 沒(méi)有D m ax. n 以上的粗顆粒, 可改善集料離析現(xiàn)象, 使表面較均勻美觀。 這點(diǎn)對(duì)粗粒式和中粒式 SA C 尤其重要。 因此, 在表 1 和表 2 中, 對(duì)同一種 SA C 都列出了 D m ax. n 通過(guò)質(zhì)量 為 100% 的礦料級(jí)配。這次提供的級(jí)配中細(xì)集料的含量少于以前提 供的級(jí)配。 因?yàn)橐郧捌赜跒r青混凝土的密實(shí)性和透水性小, 細(xì)集料較多, 有利于增加瀝青混凝土的密 實(shí)性; 以前室內(nèi)馬歇爾試驗(yàn)時(shí)瀝青混合料的擊實(shí)溫度偏低, 所得最佳瀝青用量偏大; 近幾年來(lái)由于擊實(shí) 溫度提高, 同樣級(jí)配的瀝青混合料的最佳瀝青用量 降低。瀝青用量降低了, 但瀝青混凝土的抗剪切形變能力卻沒(méi)有提高, 說(shuō)明礦料級(jí)配中細(xì)集料偏多。細(xì)集 料偏多, 不利于提高瀝青混凝土的高溫抗永久形變能力。 近幾年來(lái), 高等級(jí)公路, 特別是國(guó)道主干線高 速公路上重載貨車數(shù)量顯著增加, 對(duì)瀝青混凝土的高溫抗永久形變能力, 提出了更高的要求。以前細(xì)集 料偏多的級(jí)配已滿足不了新的要求。但是, 在減少細(xì)集料時(shí), 不能影響瀝青混凝土的空隙率或透水性較小的要求。增加粗集料和減少細(xì)集料, 可使礦料級(jí)配成為 骨架密實(shí)結(jié)構(gòu), 將其用在夏季高溫地區(qū)的重載交通 高速公路上, 更有利于減輕瀝青混凝土路面的轍槽。表 3 中, 從 SA C 20 SA C 10 細(xì)集料都有兩個(gè) 級(jí)配, 主要是考慮了礦料的巖石類型不同時(shí), 雖然級(jí) 配相同, 但馬歇爾試驗(yàn)的結(jié)果會(huì)有明顯差別。 可以說(shuō), 列兩個(gè)級(jí)配是為了適應(yīng)不同巖石類型的碎石集 料。到底哪個(gè)級(jí)配比較合適, 都還要通過(guò)后續(xù)論文所述礦料級(jí)配檢驗(yàn)方法進(jìn)行檢驗(yàn)。圍的中值) , 或 4175 mm的通過(guò)量為 65% , 這次多數(shù)改成粗集料占 70% 。 因?yàn)槭覂?nèi)的比較試驗(yàn)證明,粗集料占 70% 的 SA C 的抗剪切形變性能, 或高溫 抗永久形變能力優(yōu)于粗集料占 65% 的 SA C; 也因?yàn)?粗集料占 65% 的 SA C 為懸浮式密實(shí)結(jié)構(gòu)。 實(shí)際工 程 也 表 明, 粗 集 料 占 70% 的 SA C 10、SA C 13 和 SA C 16 表面層的粗糙度和外觀均勻性都優(yōu)于粗集 料占 65% 的表面層。關(guān)于層厚 h 與標(biāo)稱最大粒徑D m ax 1n 的關(guān)系。(4)對(duì)于用熱拌瀝青混凝土鋪筑的結(jié)構(gòu)層, 國(guó)內(nèi)外通級(jí)配類型通過(guò)下列篩孔(mm ) 質(zhì)量百分率的允許誤差%D m ax1n 9154175213601301075SA C 10015017115115110SA C 13015015017115115110SA C 16015015017115115110SA C 19015015017115115110SA C 25015015017115115110SA C 30015015017115115110 150 公路2005 年 第 1 期常都采用層厚 h 是標(biāo)稱最大粒徑D m ax 1n 的 215 3 倍,在某些情況下, 可以是兩倍左右。例如, 1998 年制定重的水破壞。即使第一個(gè)強(qiáng)調(diào)層厚應(yīng)等于D m ax. n 3 倍的省, 當(dāng)時(shí)已建成的瀝青混凝土路面高速公路總里程 已超過(guò)面層過(guò)早全線崩潰高速公路總長(zhǎng)的十幾倍。它們的面層結(jié)構(gòu)和厚度幾乎相同, 表面層厚 4 cm , 只是 前者采用的是 SA C 16, 后者采用的是 A K 16C , 中面層都是厚 5 cm 的A C 25 I, 它們的 h D m ax. n 全相同。表 面層的比值是 215, 中面層的比值是 1189。為什么前的歐洲 SM A 標(biāo)準(zhǔn)草案中規(guī)定 D m ax. n 為 4 mm配D 4 的最小層厚為 12 mm , D m ax 1n 為 613 mm的級(jí)的級(jí)配D 6 的最小層厚為 15 mm , D m ax 1n 為 8 mm 的級(jí)配D 8 的最小層厚為 20 mm , D m ax. n 為 1112 mm 的級(jí)配D 11 的最小層厚為 25 mm , D m ax. n 為 14 mmD 14 的最小層厚為 30 mm , D m ax. n 為 16 mmD 16 的最小層厚為 30 mm , D m ax. n 為 20 mm的級(jí)配的級(jí)配 的級(jí)配者總長(zhǎng) 300 多 km沒(méi)有產(chǎn)生過(guò)早嚴(yán)重破壞現(xiàn)象, 而長(zhǎng)度不到前者十分之一的后者開(kāi)放交通不到一年,瀝青混凝土面層就幾乎全線崩潰? 其原因顯然不是 層厚沒(méi)有達(dá)到標(biāo)稱最大粒徑的 3 倍。 在吉林省有一條長(zhǎng)約 70 km 的高速公路, 瀝青混凝土面層只有兩 層, 表面層為厚 4 cm 的 SA C 16, 至今已近 7 年, 面層基本完好。 1988 年 10 月完成