SAC和其他粗集料斷級配的礦料級配設(shè)計方法.docx

和其他粗集料斷級配的礦料級配設(shè)計方法沙慶林( 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 和其他粗集料斷級配瀝青混凝土的礦料級配設(shè)計原理和計算方法。 通常粗集料的級配是一個冪函數(shù), 有 40% 左右的孔隙率; 細(xì)集料是另一個冪函數(shù), 是一個很密實的級配。兩者結(jié)合在一起, 組成一個以粗集料為主體的密實式中斷級配。關(guān)鍵詞: 級配設(shè)計; 粗集料主體; 密實式; 中斷級配筆者曾經(jīng)總結(jié)分析了當(dāng)前國際上瀝青混凝土礦料級配的發(fā)展方向是粗集料斷級配。SA C 是 1988 年我國自主研究開發(fā)成功的粗集料斷級配, 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, 并沒有提供粗細(xì)集料各自的級配方法。美國于 2002 年又發(fā)表了熱拌混合料礦料級配的 貝雷設(shè)計方法。據(jù)介紹, 其基本思想是要用粗集料形成骨架, 使設(shè)計的瀝青混凝土具有較高的高溫抗永 久形變能力。同時通過調(diào)整粗細(xì)集料的比例, 獲得合適的 V M A , 以保證設(shè)計的混合料具有較好的耐 久性。SA C 礦料級配的設(shè)計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)計的瀝青混凝土既密實、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, 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)計成骨架密實結(jié)構(gòu), 又可設(shè)計成密實但骨架稍有撐開的結(jié)構(gòu), 甚至設(shè)計成懸浮式密 實結(jié)構(gòu)。但是, 不管用什么方法設(shè)計出的礦料級配, 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 研究, 以證明其性能確實符合要求。 更重要的, 還必須通過工程實踐的檢驗, 證明其實際使用性能滿足 要求。1 設(shè)計原則從設(shè)計角度講, 由于礦料級配對瀝青混凝土的 性質(zhì)有很重要的作用, 所以早在 100 年以前, 在美國就有一些學(xué)者開始研究礦料的級配問題。 傳統(tǒng)的連 續(xù)密級配計算公式就是在 20 世紀(jì)初, 由美國學(xué)者F u lle r 根據(jù)最大密度理論提出的。 美國 SH R P 于1993 年春發(fā)表的 Sup e rp ave (SU P ) 中又提出了 7 個 控制點和一個限制區(qū)的礦料級配設(shè)計方法。 但后者并沒有作為一項硬性要求。 后來的一些試驗證明通 過限制區(qū)的礦料級配, 其瀝青混凝土的性質(zhì)甚至還 優(yōu)于不通過限制區(qū)礦料級配瀝青混凝土的性質(zhì)。SU P 礦料級配組成方法的發(fā)表, 實際上等于在 美國已放棄了使用了近百年的傳統(tǒng)連續(xù)級配。 應(yīng)該說, SU P 的礦料級配設(shè)計方法沒有明確的原則, 屬 于純經(jīng)驗性的。 其礦料級配密實性有余, 骨架性不足, 是一種懸浮式密實結(jié)構(gòu)。20 世紀(jì) 90 年代初, 美國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)前礦料級配設(shè)計存在的問題211傳統(tǒng)連續(xù)式密級配瀝青混凝土 前面提到的美國學(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, 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)驗在規(guī)定的級配范圍內(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, 則心中無數(shù)。只能等待性能試 驗做完后, 才能知道礦料級配是否合適。 但是, 性能的指標(biāo)值又缺少實踐依據(jù)。這種方法費時、費力和費錢。(3) 為了彌補(bǔ)上述方法的缺點, 國內(nèi)外都有學(xué)者 在研究如何為粗集料斷級配提供一個合適的礦料級 配設(shè)計方法, 例如以下方法。美國的B a iley (貝雷) 法。 國內(nèi)有些學(xué)者和路面工程師認(rèn)為, 采用此方法設(shè)計出的瀝青混合料, 在壓實后具有良好的骨架結(jié)構(gòu), 同時可以達(dá)到密實的效果。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。 同時將此分界點mm ; P d 為篩孔尺寸 d 的通過百分率, % 。直到 1964 年, 美國聯(lián)邦公路局才將冪值 015 改 為 0145, 使礦料級配較細(xì)。 該公式為許多國家的道路工作者使用了大半個世紀(jì), 在美國一直使用到1993 年。 按照上述冪函數(shù)組成的礦料級配, 由于已 使用了近百年, 所以俗稱其為傳統(tǒng)連續(xù)式密級配。國 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, 有的國家采用 3% 5% , 也有國 家采用 3% 4% 。我國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)式密級配瀝青 混凝土, 其孔隙率被定為 3% 6% 。現(xiàn)在看來, V a 達(dá)6% 顯然偏大。212 粗集料斷級配瀝青混凝土礦料中, 粗集料占一半以上, 同時不能用一個冪 函數(shù)擬合礦料級配曲線時, 稱做粗集料斷級配瀝青混凝土。粗集料斷級配瀝青混凝土有法國 1982 年建立 的 BBM ( 薄瀝青混凝土)、德國 1984 年制定規(guī)范的 SM A 、我國 1988 年研究成功的 SA C 和美國 1993 年發(fā)表的 SU P。 實際上, 粗集料斷級配瀝青混凝土 有懸浮式密實結(jié)構(gòu)和骨架密實結(jié)構(gòu)兩種。( 1) 國外只有對傳統(tǒng)連續(xù)級配有一個礦料級配 計算方法, 即美國的 F u lle r 公式, 己有約 100 年歷 史; 前蘇聯(lián)也有一個計算方法, 稱 K 法; 國內(nèi)林繡賢 教授也提出過一個計算方法, 稱 I 法。( 2) 對于目前廣泛使用的粗集料斷級配瀝青混 凝土的礦料級配, 國內(nèi)外文獻(xiàn)上都沒有看到有具體的計算方法。 各個國家都憑自已的經(jīng)驗確定一個較 寬的級配范圍或一條級配曲線 (僅法國)。 讓使用者按照較寬范圍的中值和根據(jù)礦料的組成, 自己選擇一條級配曲線。美國的 SU P 要求先做 3 條礦料級配 曲線的試驗, 通過瀝青混合料配合比試驗選定一條合適的級配曲線。 然后通過試驗確定所選定級配的 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)整級配和再重復(fù)做試驗。這種方法不能事先判斷, 甚至初步判斷所用 的礦料級配將提供什么性能, 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)整級作為第一個控制篩孔 (P CS ) , 將 0122 倍 P CS的篩孔尺寸作為第二個控制點 FA C , 將 0122FA C 的篩孔尺寸作為第三個控制點 FA F。然后用下列 3 個比值, 見式 (2)、式 (3) 和式 (4)P D m ax. n - P P CS檢驗曲線: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質(zhì)2 2量, % ; P P CS 為第一個控制篩孔尺寸的通過質(zhì)量, % ;P FA C 為第二個控制篩孔尺寸的通過質(zhì)量, % ; P FA F 為 第三個控制篩孔尺寸的通過質(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; 要求 FA C 值和 FA F 值都小于 015。據(jù)介紹, 用貝雷法做礦料級配設(shè)計非常復(fù)雜, 整 個計算和修正過程需要有相應(yīng)的試驗規(guī)程和計算機(jī)設(shè)計程序。 該方法從理論基礎(chǔ)到實際應(yīng)用都還存在 著一些問題, 例如: 采用的是平面三圓模型, 控制點和級配參數(shù)計算都是采用的標(biāo)準(zhǔn)篩孔尺寸, 并沒有 真正按照 0122 倍確定的篩孔的通過質(zhì)量 (% ) 來計2005 年 第 1 期沙慶林: SA C 和其他粗集料斷級配的礦料級配設(shè)計方法 145 算 CA 值、FA C 值和 FA F 值。 也沒有考慮填料的填充作用等。 因此, 實際上在國內(nèi)僅將它用于檢驗級 配, 而且即使這 3 個比值沒有全符合要求, 瀝青混凝土的性能也不一定不好。相反, 即使這三個比值全符 合要求, 也不一定不產(chǎn)生水破壞。 實際上, 貝雷法只控制幾個點的通過量, 如 A C 219, 只控制 915 mm 、4118 mm 、0192 mm 和 0120 mm 等 4 個篩孔的通過 量, 如含 19 mm 的通過量, 則相當(dāng)于只控制 5 個篩孔的通過量。 對于這 5 個篩孔之間共 7 個篩孔的通過量, 沒有說明該如何控制。 國內(nèi)也有人認(rèn)為, 貝雷 法可能只適用于 SU P 的礦料級配檢驗。 但 SU P 僅 是懸浮式密實結(jié)構(gòu), 與前面所稱貝雷法是骨架結(jié)構(gòu) 且密實又不一致。CA V F (粗集料孔隙填充) 法是國內(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 方法從原理上講是合適的, 但主要有兩個值得商討 的問題。 其一是, 沒有明確用什么方法確定緊裝密 度, 是用干搗實法還是用馬歇爾擊實法。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 某種集料和級配的試驗表明, 干搗實法粗集料的孔 隙 率 是 4117% , 馬 歇 爾 擊 實 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 法只能用來檢驗原材料礦 料級配是否符合骨架密實結(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, 沒有提供粗集 料和細(xì)集料各自應(yīng)有的礦料級配組成, 也沒有考慮 實際瀝青混凝土中, 集料要吸收部分瀝青。75% 。SA C 實際上包括懸浮式密實結(jié)構(gòu)和骨架密實結(jié)構(gòu)兩種。因此, 描述粗集料級配曲線的冪函數(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, 所以描述細(xì)集料礦料級配的冪函數(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 結(jié)構(gòu)與懸浮式密實結(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結(jié)構(gòu), 在分界線以下的常是懸浮式密實結(jié)構(gòu)。 在進(jìn)行 SA C 的礦料級配設(shè)計時, 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 通過量為 35% 或 30% , 同時確定標(biāo) (或公) 稱最大粒 徑D m ax. n 的通過量為 95% 100% 。然后再分別計算 粗集料的級配和細(xì)集料的級配。SA C 研究成功后的16 年來, 使用的粗粒式、中粒式和細(xì)粒式 SA C 都有6 個控制點, 即: 標(biāo)稱最大粒徑處兩個點, 通常為通 過量 95% 和 100% , 也可以是 90% 100% 之間的某兩個值; 篩孔尺寸4175 mm 處兩個點, 通過量原來 為 30% 和 40% , 近幾年來改為 25% 和 35% ; 篩孔尺寸01075 mm 處兩個點, 通過量為 6% 和 10% 。 這 6個控制點實際上就形成了一個較寬的級配范圍。 本 文中, 做礦料級配設(shè)計時, 常使用兩個控制點的中 值, 所以實際上常使用 3 個控制點。一個控制點是標(biāo)稱最大粒徑的通過量, 如 95% 、9715% 或 100% ; 第二個控制點是4175 m m 篩孔的通過量, 如 30% 或35% ; 第三個控制點是01075 mm 篩孔的通過量, 如4% 10% 之間的某一個值。 必要時, 也可以在 4175 mm 和 01075 mm 兩個篩孔間再設(shè)立一個控制點, 如1118 mm 篩孔的通過量。利用 3 個控制點, 計算兩段級 配曲線。如利用 4 個控制點, 就計算 3 段級配曲線。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配曲線。如計算 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 根完整的中斷級配曲線。 由于此中斷級配曲線以粗集料含量為主, 所以 SA C 是粗集料斷級配瀝青混凝土。 在本文中, 對于礦料級配不再像以往那樣, 對粗細(xì)級配都給出一個較寬的級配范圍, 而是只使用一 根礦料級配曲線。因為級配范圍過寬, 控制不住瀝青混凝土的性質(zhì), 級配范圍過窄, 難于實現(xiàn)。 提供一根經(jīng)過初步檢驗的級配曲線, 規(guī)定一個允許變動的小 誤差。 一旦滿足不了規(guī)定的小誤差, 需要變動, 還可3 SAC 礦料級配設(shè)計方法以下以 SA C 為例, 說明粗集料斷級配礦料級配 設(shè)計方法。SA C 礦料級配分三部分: 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, 其礦料級配計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)說明, SA C 是以粗集料為主的斷 級配。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, 主要為 65% 146 公路2005 年第 1 期以利用本文所提供的礦料級配計算方法進(jìn)行調(diào)整,并利用后續(xù)論文提供的檢驗方法進(jìn)行檢驗。 同時提 出一些主要技術(shù)指標(biāo), 供礦料級配設(shè)計時使用。筆者認(rèn)為, 這樣做比規(guī)定一個級配范圍, 更有利于保持瀝 青混凝土性質(zhì)的穩(wěn)定。這樣做, 實際上與以往做生產(chǎn)配合比設(shè)計后, 只 有一根級配曲線相同。一旦此級配曲線被確定, 嚴(yán)格 地說, 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 SA C 只提供一根經(jīng)過初步檢驗 的級配曲線, 相當(dāng)于不需要使用者在規(guī)定范圍內(nèi), 通 過試驗去自己找一條合適的級配曲線。311粗集料的級配計算 粗集料級配計算的基本公式:表 1 各種 SAC 粗集料的級配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分計算 SA C 20 粗集料礦料級配的公式為式 (7)。按式 (7) 計算得的 SA C 20 粗集料的級配也列在 表 1 中, 編號 322。室 內(nèi) 外 的 實 踐 證 明, 使 D m ax. n 的 通 過 量 為100% , 優(yōu)于其通過量為 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 兩個篩孔的通過量, 就可以利用 式(5) 得出相應(yīng)的粗集料級配的計算公式。計算例:(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 篩孔的通過量為 9715% 。 同時設(shè)定 4175 mm的通過量為 30% , 由此可以建立下列兩個聯(lián)立方程:篩孔的通過量為 9715% , 同時設(shè)定 4175 mm的通過量為 30% , 由此可以建立下列兩個聯(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。由此可得計算 SA C 16 粗集料級配的公式:26. 5解 此 聯(lián) 立 方 程 可 得 系 數(shù) A01850 22由此可得計算 SA C 20 粗集料級配的公式= 129.377, B =0. 970 5d i(8)P d = 115. 219i按式 (8) 計算得到的 SA C 16 粗集料的級配也列在表 1 中, 編號 421。D m ax. n 的通過量為 100% 時的粗集料級配, 也列 在表 1 中, 編號 422。如果其他不變, 只要求 4175 mm 篩孔的通過 量為 65% , 則用同樣的方法可以建立下列兩個聯(lián)立方程:0. 850 2d iP d i = 129. 38(6)26. 5按式 (6) 計算得出的 SA C 20 粗集料的級配列在表 1 中, 編號 321。也可以設(shè)定D m ax. n 的通過量為 100% , 此時兩個 聯(lián)立方程為:B19B16100= A97. 5= A26. 519編號篩孔mm371531152615191613129154175121122SA C 30100100951008616891672167215661365591957155014461630302SA C 25100100791270126114481730321322SA C 2010010097151008412861171157219541154183030421422SA C 16100971510080198216581859163030521SA C 1610097158219621835621622SA C 1310010097151006617671930302005 年 第 1 期沙慶林: SA C 和其他粗集料斷級配的礦料級配設(shè)計方法 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。由此可得計算 SA C 16 粗集料級配的公式:312細(xì)集料的級配計算細(xì)集料級配計算的基本公式的型式與粗集料級 配的計算公式(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)集料可以是一根級配曲線, 需要時也可75按式 (9) 計算得到的 SA C 16 粗集料的級配也列在表 1 中, 編號 521。用同樣的方法可以計算得到 SA C 30、SA C 25、 SA C 13 和 SA C 10 等粗集料的級配計算公式。 現(xiàn)將 各種 SA C 粗集料級配的計算公式匯列如下。編號 121SA C 30 粗集料級配的計算公式:以是兩根級配曲線。計算例: SA C 30由于 4175 mm篩孔通過量應(yīng)與計算粗集料級配 時 的 通 過 量 相 同, 已 定 為 30% , 在 此 確 定01075 mm 篩孔的通過量為 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 122SA C 30 粗集料級配的計算公式:30= A4. 750. 0750. 636 4d iBP d i = 111. 734= A37. 54. 75編號 2SA C 25 粗集料級配的計算公式:解此聯(lián)立方程, 可得A = 30 和B = 01485 7由此可得計算 SA C 30 細(xì)集料級配的公式:0. 700 4d iP d i = 112. 8731. 50. 485 7d i編號 321SA C 20 粗集料級配的計算公式:(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過量, 就可以得到其他 SA C 細(xì)集料級配的計算公式。現(xiàn)將各種 SA C 細(xì)集料級配的計算公式匯列 如下。編號 322SA C 20 粗集料級配的計算公式:0. 868 5d iP d i = 133. 5026. 5編號 421SA C 16 粗集料級配的計算公式:編號 121SA C 30 細(xì)集料級配的計算公式:0. 970 50. 485 7d id iP d i = 115. 2P d i = 30編號 122194. 75SA C 30 細(xì)集料級配的計算公式:編號 422SA C 16 粗集料級配的計算公式:0. 99140. 485 7d id iP d i = 118. 57P d i = 30編號 2194. 75SA C 25 細(xì)集料級配的計算公式:編號 5SA C 16 粗集料級配的計算公式:0. 843 60. 485 7d idiP d i = 112. 7P d i = 30編號 321194. 75SA C 20 細(xì)集料級配的計算公式:編號 621SA C 13 粗集料級配的計算公式:1. 153 20. 431 9d id iP d i = 121. 7P d i = 30編號 322164. 75SA C 20 細(xì)集料級配的計算公式:編號 622SA C 13 粗集料級配的計算公式:1. 1780. 350 8d id iP d i = 125. 44P d i = 30編號 421164. 75SA C 16 細(xì)集料級配的計算公式:編號 721SA C 10 粗集料級配的計算公式:1. 700. 350 8d id iP d i = 170. 6P d i = 30編號 42213. 24. 75SA C 16 細(xì)集料級配的計算公式:編號 722SA C 10 粗集料級配的計算公式:1. 7370. 497 70. 332 5d id id iP d i = 177. 07P d i = 30編號 521P d i = 15. 013. 24. 751. 18編號 723SA C 10 粗集料級配的計算公式:SA C 16 細(xì)集料級配的計算公式: 148 公路2005 年 第 1 期0. 425 1的礦料, 而且后一粒級的礦料只有 215% 。 如將915 mm 作為實際最大粒徑, 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 個粒級, 其用量卻高達(dá) 70% 。 為更好地控制礦料級 配, 需要在篩孔 4175 mm 和 915 mm 之間增加一個 篩孔 715 mm 的篩。用上述 SA C 10 的公式, 計算得到的 SA C 10 粗 集料的礦料級配列在表 2 中。用上述公式計算得到的各種 SA C 細(xì)集料的級 配列在表 3 中。d iP d i = 354. 75編號 621SA C 13 細(xì)集料級配的計算公式:0. 318 6d iP d i = 304. 75編號 622SA C 13 細(xì)集料級配的計算公式:0. 657 9d iP d i = 304. 75編號 721SA C 10 細(xì)集料級配的計算公式:0. 318 6d iP d i = 304. 75編號 722SA C 10 細(xì)集料級配的計算公式:表 2SAC10 粗集料的級配0. 657 9d iP d i = 304. 75編號 723SA C 10 細(xì)集料級配的計算公式:0. 29d iP d i = 274. 75如果為了某種需要, 也可以將細(xì)集料的級配計算分成兩段。例如, 對于 SA C 16, 希望控制 1118 mm表 3各種 SAC 細(xì)集料的級配篩孔的通過量為 15% 和 01075 mm篩孔的通過量為 6% 。 為滿足此要求, 需要將 4175 1118 mm作為第一段, 將1118 0175 mm編號422)。 第一段的聯(lián)立方程為:作為第二段 ( 見上列B4. 7530= A4. 751. 18B15= A4. 75解此聯(lián)立方程, 可得第一段礦料級配的公式為: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)集料的礦料級配計算公式, 就可以方便地計算出任何一個規(guī)定篩孔尺寸 和非規(guī)定篩孔尺寸的通過量。用上述公式由編號 121 到編號 622 計算得出的各種 SA C 的粗集料的級配都列在表 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兩個粒級4. 75編號篩孔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 和其他粗集料斷級配的礦料級配設(shè)計方法 149 0. 251 5;表 4 不同篩孔通過量的允許誤差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 礦料級配表的使用說明( 1) 不同標(biāo)稱最大粒徑 SA C 的礦料級配表, 即 表 1、表 2 和表 3 是互相對應(yīng)配合使用的。表 1 中的3 號 SA C 20 和 4 號 SA C 16 粗集料的級配應(yīng)與表 3中的 3 號 SA C 20 和 4 號 SA C 16 細(xì)集料的級配相配 合使用。在表 3 中 3 號細(xì)集料有 3 個級配, 4 號細(xì)集料有兩個級配。( 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 中的級配與以前建議使用的級 配有以下差別。以前提供的是一個級配范圍, 如 4175 mm 篩 孔的通過量為 30% 40% , 現(xiàn)在只提供一條級配曲 線。這是為了避免在級配范圍內(nèi)隨意變動, 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)計和其他物理力學(xué)性質(zhì)試驗時, 均按提供的級 配曲線準(zhǔn)備粗、細(xì)集料。用試驗測定各個粒級粗細(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 方法初步檢驗符合要求后, 或 需要調(diào)整后, 就可以用此級配或調(diào)整后的級配曲線 制備瀝青混合料; 在拌和廠進(jìn)行目標(biāo)配合比設(shè)計時, 也按提供的級配曲線或調(diào)整的級配曲線計算冷料配 合比, 此時, 不同篩孔通過量的允許誤差見表 4。 由 于礦料級配對瀝青混凝土的性質(zhì)影響很大, 在組成的礦料級配有較大誤差時, 建議按后讀論文所述骨 架密實結(jié)構(gòu)或懸浮式密實結(jié)構(gòu)檢驗方法進(jìn)行檢驗, 必要時對粗、細(xì)集料和填料的配合比進(jìn)行調(diào)整, 并重 新按上述礦料級配設(shè)計方法計算各個篩孔的通過 量 (% )。以前提供的粗集料的總量占 35% ( 指規(guī)定范室內(nèi)試驗的經(jīng)驗證明, 令 D m ax. n 的通過量為100% , 有利室內(nèi)試件的均勻性和減小試驗結(jié)果的變 異性。施工現(xiàn)場的經(jīng)驗也證明, 沒有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。 這點對粗粒式和中粒式 SA C 尤其重要。 因此, 在表 1 和表 2 中, 對同一種 SA C 都列出了 D m ax. n 通過質(zhì)量 為 100% 的礦料級配。這次提供的級配中細(xì)集料的含量少于以前提 供的級配。 因為以前偏重于瀝青混凝土的密實性和透水性小, 細(xì)集料較多, 有利于增加瀝青混凝土的密 實性; 以前室內(nèi)馬歇爾試驗時瀝青混合料的擊實溫度偏低, 所得最佳瀝青用量偏大; 近幾年來由于擊實 溫度提高, 同樣級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有提高, 說明礦料級配中細(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, 高等級公路, 特別是國道主干線高 速公路上重載貨車數(shù)量顯著增加, 對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 料偏多的級配已滿足不了新的要求。但是, 在減少細(xì)集料時, 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, 可使礦料級配成為 骨架密實結(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 級配, 主要是考慮了礦料的巖石類型不同時, 雖然級 配相同, 但馬歇爾試驗的結(jié)果會有明顯差別。 可以說, 列兩個級配是為了適應(yīng)不同巖石類型的碎石集 料。到底哪個級配比較合適, 都還要通過后續(xù)論文所述礦料級配檢驗方法進(jìn)行檢驗。圍的中值) , 或 4175 mm的通過量為 65% , 這次多數(shù)改成粗集料占 70% 。 因為室內(nèi)的比較試驗證明,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; 也因為 粗集料占 65% 的 SA C 為懸浮式密實結(jié)構(gòu)。 實際工 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)對于用熱拌瀝青混凝土鋪筑的結(jié)構(gòu)層, 國內(nèi)外通級配類型通過下列篩孔(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。即使第一個強(qiáng)調(diào)層厚應(yīng)等于D m ax. n 3 倍的省, 當(dāng)時已建成的瀝青混凝土路面高速公路總里程 已超過面層過早全線崩潰高速公路總長的十幾倍。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的級的級配D 6 的最小層厚為 15 mm , D m ax 1n 為 8 mm 的級配D 8 的最小層厚為 20 mm , D m ax. n 為 1112 mm 的級配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的級配的級配 的級配者總長 300 多 km沒有產(chǎn)生過早嚴(yán)重破壞現(xiàn)象, 而長度不到前者十分之一的后者開放交通不到一年,瀝青混凝土面層就幾乎全線崩潰? 其原因顯然不是 層厚沒有達(dá)到標(biāo)稱最大粒徑的 3 倍。 在吉林省有一條長約 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