貝雷法簡(jiǎn)介及貝雷三參數(shù)在瀝青混合料配合級(jí)配設(shè)計(jì)中應(yīng)用

貝雷法簡(jiǎn)介及貝雷三參數(shù)在瀝青混合料配合級(jí)配設(shè)計(jì)中應(yīng)用1、引言目前規(guī)范規(guī)定的瀝青混合料配合比級(jí)配設(shè)計(jì)要求，在工程設(shè)計(jì)級(jí)配范圍內(nèi)試配1-3組粗細(xì)不同的配合比級(jí)配曲線，分別位于工程設(shè)計(jì)級(jí)配的上方、中值、及下方。設(shè)計(jì)合成級(jí)配曲線要求順滑，不得有太多的鋸齒交錯(cuò)。依據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)踐經(jīng)驗(yàn)，選取適宜的瀝青用量，分別制作幾組馬歇爾試件，測(cè)定VMA，初選1或2組接近設(shè)計(jì)要求的級(jí)配作為設(shè)計(jì)級(jí)配，進(jìn)而通過(guò)試配-修正-試驗(yàn)的反復(fù)過(guò)程來(lái)確定礦料級(jí)配，使設(shè)計(jì)的礦質(zhì)混合料形成適宜的空隙結(jié)構(gòu)（即符合設(shè)計(jì)要求的礦料間隙率VMA、空隙率VV、瀝青填隙率VFA）。一般情況下，遵循上述級(jí)配設(shè)計(jì)過(guò)程，即可得到符合設(shè)計(jì)要求的礦料級(jí)配。但有時(shí)也有例外，雖然經(jīng)過(guò)多次級(jí)配調(diào)整，總是有個(gè)別指標(biāo)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，例如，得不到合適的空隙率或合適的間隙率等。遇到此類情況，很多試驗(yàn)人員感到無(wú)從下手，不知如何調(diào)整，對(duì)此筆者利用貝雷法三參數(shù)對(duì)礦配級(jí)配進(jìn)行分析，可以大體分析出問(wèn)題所在，可以較好的解決在瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì)時(shí)存在的個(gè)別指標(biāo)不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求的問(wèn)題。2、貝雷法級(jí)配設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介由美國(guó)伊利諾州交通部的羅伯特·貝雷發(fā)明的貝雷法是一種系統(tǒng)的級(jí)配組成方法，其主要思想是以形成集料骨架作為混合料的承重主體，使設(shè)計(jì)的混合料能夠提供較高的抗車轍能力，同時(shí)通過(guò)調(diào)整粗細(xì)集料的比例，獲得合適的（VMA）,以保證設(shè)計(jì)的混合料具有較好的耐久性。貝雷法的精髓是通過(guò)體積法設(shè)計(jì)確定混合料骨架結(jié)構(gòu)。為了得到期望的混和料骨架結(jié)構(gòu),需要確定粗骨料的容重,一般而言粗骨料的干搗容重通常被認(rèn)為是密級(jí)配瀝青混和料粗骨料形成骨架嵌擠結(jié)構(gòu)的上限.2.1設(shè)計(jì)過(guò)程簡(jiǎn)述2.1.1粗骨料容重選取:粗骨料容重按松裝容重的百分比選取,對(duì)粗級(jí)配C型混和料,一般取松裝容重的95%-105%,對(duì)細(xì)級(jí)配F型一般取不超過(guò)松裝容重的90%的粗骨料設(shè)計(jì)容重.2.2.2計(jì)算粗骨料的骨架間隙體積2.2.3用細(xì)集料的干搗容重確定填充粗骨料的空隙所需的細(xì)集料2.2.4利用粗、細(xì)集料各組分的密度，確定礦質(zhì)混合料的總重，根據(jù)各級(jí)粗集料體積+各級(jí)細(xì)集料體積=單位體積，確定各集料的合成質(zhì)量百分比。2.2.5合成級(jí)配分析，最終確定混合料級(jí)配。2.2粗細(xì)集料定義及控制篩孔劃分貝雷法中粗細(xì)集料定義不同于傳統(tǒng)上以4.75mm篩孔為分界的劃分方法，其粗細(xì)集料的分界點(diǎn)是礦質(zhì)混合料的最大公稱粒徑變化的，貝雷法中粗細(xì)集料分界篩孔為［PCS］=0.22［NMPS］式中：［PCS］為粗細(xì)集料分界控制篩孔，亦稱第一控制篩孔。［NMPS］為公稱最大粒徑，與《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定的術(shù)語(yǔ)相同。0.22為系數(shù)，按下列方法確定:當(dāng)集料顆粒全部為球型時(shí)達(dá)到嵌擠狀態(tài)的粗細(xì)分界篩孔尺寸與公稱最大粒徑尺寸之比為0.155；當(dāng)集料顆粒全部為方型時(shí)此值為0.289；由于集料顆粒形狀不可能全部為極端情況下的球型或方型，因此取0.155與0.289之均值0.22為比例系數(shù)。2.3第二控制篩孔合成集料的以［PCS］為粗細(xì)集料分界后，［PCS］篩孔以下的細(xì)集料又被分為較粗部分和較細(xì)部分，其分界點(diǎn)稱為第二控制篩孔［SCS］，［SCS］=0.22［PCS］2.4第三控制篩孔對(duì)細(xì)集料［SCS］篩孔以下的更細(xì)的集料再次劃分為兩部分，其分界點(diǎn)稱為第三控制篩孔［TCS］，［TCS］=0.22［SCS］。3級(jí)配評(píng)價(jià)參數(shù)為了評(píng)價(jià)礦料級(jí)配組成不同部分是否合理，貝雷法提出了用于評(píng)價(jià)礦料級(jí)配的三參數(shù):粗集料粗比［CA］細(xì)集料粗比［FAc］細(xì)集料細(xì)比［FAf］這些參數(shù)直接和礦料間隙率［VMA］、空隙率［VV］、混合料壓實(shí)性能、混合料抗離析性能相關(guān)。粗集料粗比公式：［CA］=(PD/2-PPCS)/(100-PD/2)式中PD/2為粒徑D/2（D為公稱最大粒徑）的通過(guò)率，它反映了粗集料中大粒徑顆粒（大于D/2）與D/2～［PCS］粒徑顆粒之間的均衡關(guān)系，這種均衡關(guān)系將影響混合料的壓實(shí)特性和路用性能。［CA］比增大，混合料的空隙率［VV］和間隙率［VMA］將相應(yīng)的增大，即P/2～［PCS］之間的粒徑增多，在混合料中P/2～［PCS］之間顆粒占優(yōu)勢(shì)，降低了集料的壓實(shí)效果，但可以明顯改善混合料離析。當(dāng)［CA］比大于1時(shí)，粗骨料中P/2～［PCS］粒徑含量將控制粗集料的骨架結(jié)構(gòu)形成，而較大的D～D/2粗顆粒則懸浮于其中。細(xì)集料粗比公式：［FAc］=PSCS/PPCS把［PCS］以下的細(xì)集料，分成粗細(xì)2部分，細(xì)集料中粗料部分形成的空隙由細(xì)料部分填充，［FAc］用來(lái)反映細(xì)集料中粗料部分與細(xì)料部分的嵌擠，填充情況。［FAc］增大，表明細(xì)集料中起填充作用的細(xì)料部分比例增大，從而使細(xì)集料形成更為緊密的結(jié)構(gòu)。通常［FAc］比值應(yīng)小于0.5，如果大于0.5，表明合成級(jí)配細(xì)集料部分含過(guò)量的較細(xì)料，在0.45次方級(jí)配曲線上將出現(xiàn)凸型，這是要避免的。如果［FAc］比值小于0.35.則表明合成級(jí)配不均勻，在0.45次方級(jí)配曲線上將出現(xiàn)凹型，這種級(jí)配可能空隙率偏大，壓實(shí)困難，［FAc］比值對(duì)混合料的［VMA］有很大影響，隨其比值的減小，［VMA］將不斷增大。細(xì)集料細(xì)比公式［FAf］=PTCS/PSCS［FAf］反映了合成級(jí)配最細(xì)一級(jí)的嵌擠情況，其與［FAc］一樣，其值影響混合料的體積特性，一般VMA值隨其值減少而增大，對(duì)于一般的密級(jí)配瀝青混合料，其值也應(yīng)小于0.5以上三比例參數(shù)都是通過(guò)與不同類型混合料公稱最大粒徑相聯(lián)系的各個(gè)控制篩孔的通過(guò)百分率計(jì)算得到,三個(gè)比例參數(shù)對(duì)于評(píng)價(jià)和調(diào)整混合料的間隙率VMA及空隙率VV有很大價(jià)值。4、貝雷法建議的三個(gè)比例系數(shù)范圍最大公稱尺寸((mm)37.5251912.59.54.75密級(jí)配CA0.8～0.9950.7～0.8850.6～0.7750.50～0..650.40～0..550.30～0..45FAc0.35～0..500.35～0..500.35～0..500.35～0..500.35～0..500.35～0..50FAf0.35～0..500.35～0..500.35～0..500.35～0..500.35～0..500.35～0..50斷級(jí)配SMACA0.35～0..50.25～0..400.15～0..30FAc0.60～0..850.60～0..850.60～0..85FAf0.60～0..900.60～0..850.60～0..855、貝雷法三比例參數(shù)在SMA-13配合比設(shè)計(jì)中的實(shí)際應(yīng)用5.1山東辛鄧項(xiàng)目在進(jìn)行改性瀝青SMA-13混合料目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)時(shí)，初配時(shí)出現(xiàn)間隙率小于設(shè)計(jì)要求，飽和度小于設(shè)計(jì)要求的情況，對(duì)此，對(duì)初配的礦質(zhì)混合料級(jí)配進(jìn)行了三參數(shù)分析：級(jí)配1碎石（10-15mm）:碎石（5-10mm）:碎石（0-3mm）：礦粉=40：31：18：11篩孔（mm）16.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075CA比FAc比FAf比設(shè)計(jì)通過(guò)率（%%）10095.567.130.125.019.416.213.811.79.60.330.610.70設(shè)計(jì)級(jí)配上限10010075342624201615120.440.730.72設(shè)計(jì)級(jí)配下限10090502015141210980.230.750.73該類型混合料粗骨料中間粒徑D/2=13.2/2=6.6mm其通過(guò)率PD/2=67.1-(67.1-30.1)/(9.5-4.75)*(9.5-6.6)=44.5%粗細(xì)分界篩孔［PCS］=0.22［NMPS］=0.22*13.2=2.90mm其通過(guò)率PPCS=30.1-(30.1-25.0)/(4.75-2.36)*(4.75-2.9)=26.2［CA］=(PD/2-PPCS)/(100-PD/2)=（44.5%-26.2%）/（100-44.5%）=0.33第二控制篩孔PPCS=0.22［PCS］=0.22*2.9=0.64mm其通過(guò)率PPCS=18.5-(18.5-15.7)/(1.18-0.6)*(1.18-0.64)=15.9%［FAc］=PSCS/PPCS=15.9%/26.2%=0.61第三控制篩孔PTCS=0.22［SCS］=0.22*0.64=0.14mm其通過(guò)率PTCS=11.5-(11.5-9.5)/(0.15-0.075)*(0.15-0.14)=11.2%［FAc］=PTCS/PSCS=11.2%/15.9%=0.70使用級(jí)配1進(jìn)行馬歇爾擊實(shí)試驗(yàn)(油石比6.4),結(jié)果見下表1試驗(yàn)項(xiàng)目混合料理論相對(duì)對(duì)密度γt粗集料毛體積密密度γCA粗集料干搗密度度γs粗骨料間隙率VVACmiix%不大于VCADRRC馬歇爾試件相對(duì)對(duì)密度空隙率VV%礦料間隙率VMMA%瀝青飽和度VFFA%實(shí)測(cè)值2.5312.6731.6041.22.4055.017.571.4技術(shù)要求42.14-5大于16.575-85從表中數(shù)據(jù)可以看出混合料空隙率大，達(dá)到了容許范圍上限；礦料間隙率符合要求，飽和度小于設(shè)計(jì)要求，因此需要對(duì)級(jí)配1進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整原則:降低混合料間隙率，空隙率，增加混合料飽和度。根據(jù)貝雷法三參數(shù)原則需要降低粗集料粗比［CA］系數(shù)。對(duì)級(jí)配1進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整后級(jí)配為級(jí)配2.級(jí)配2級(jí)配1碎石（10-15mm）:碎石（5-10mm）:碎石（0-3mm）：礦粉=44：29：16：11篩孔（mm）16.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075CA比FAc比FAf比設(shè)計(jì)通過(guò)率（%%）10095.064.028.123.518.515.713.511.59.50.300.650.70設(shè)計(jì)級(jí)配上限10010075342624201615120.440.730.72設(shè)計(jì)級(jí)配下限10090502015141210980.230.750.73該類型混合料粗骨料中間粒徑D/2=13.2/2=6.6mm其通過(guò)率PD/2=64.0-(64.0-28.1)/(9.5-4.75)*(9.5-6.6)=42.1%粗細(xì)分界篩孔［PCS］=0.22［NMPS］=0.22*13.2=2.90mm其通過(guò)率PPCS=28.2-(28.2-23.5)/(4.75-2.36)*(4.75-2.9)=24.5%［CA］=(PD/2-PPCS)/(100-PD/2)=（42.1%-24.5%）/（100-42.1%）=0.30第二控制篩孔PPCS=0.22［PCS］=0.22*2.9=0.64mm其通過(guò)率PPCS=18.5-(18.5-15.7)/(1.18-0.6)*(1.18-0.64)=15.9%［FAc］=PSCS/PPCS=15.9%/24.5%=0.65第三控制篩孔PTCS=0.22［SCS］=0.22*0.64=0.14mm其通過(guò)率PTCS=11.5-(11.5-9.5)/(0.15-0.075)*(0.15-0.14)=11.2%［FAc］=PTCS/PSCS=11.2%/15.9%=0.70使用級(jí)配2進(jìn)行馬歇爾擊實(shí)試驗(yàn)(油石比6.4),結(jié)果見下表2試驗(yàn)項(xiàng)目混合料理論相對(duì)對(duì)密度γt粗集料毛體積密密度γCA粗集料干搗密度度γs粗骨料間隙率VVACmiix%不大于VCADRRC馬歇爾試件相對(duì)對(duì)