大粒径沥青混合料集料级配设计及配合比设计研究

摘要：对于颗粒性质的混合料，当采用胶结料沥青进行材料粘结，应该对矿质混合料进行结构组成设计，下面介绍理论设计方法。矿料级配理论由我国的垛积理论而来，但是并没有得到长远发展，常用的级配设计理论有以下两种：一是主要应用于连续级配的最大密度曲线理论；二是连续级配和间断级配均可应用的粒子干涉理论。

Abstract: for the mixture of particle property, when the cement asphalt binder, should design structure of mineral admixture, the theoretical design method. Aggregate gradation theory by our stack accumulation theory and come, but did not get the long-term development, gradation design theory has the following two kinds: one is the theory of maximum density curve is mainly used in continuous grading; two is the continuous gradation and discontinuous gradation can be applied to the particle interfering theory.

关键词：大粒径沥青混合料集料级配设计研究

Keywords: large size asphalt mixture gradation design research

1 集料级配设计

1.1密级配大粒径沥青碎石（ATB-25，ATB-30）级配设计

从层位功能角度考虑，密级配大粒径沥青碎石要求具有抗疲劳性能以及抗永久变形的能力，基于此，我们在设计过程中应遵循以下原则：骨架用粗集料来构成，骨架之间的空隙用细集料和沥青来填充。粗集料形成骨架，沥青混合料就会产生较大的内摩擦角来抵抗剪切变形；同时， 沥青混合料的稳定性和整体性也会由于沥青和矿料之间产生的较大的粘聚力而有所提高。

对于某个具体的工程进行集料级配设计时，由于各个地区材料性质的差异，必须结合材料特性进行设计。论文根据集料试验，依照规范，拟合了级配设计曲线。确定了ATB-25和 ATB-30的集料级配以期对其进行最佳沥青用量的确定。试验用集料级配如表1。

表1ATB-25 和ATB-30试验用集料级配

1.2开级配大粒径沥青碎石（ATPB-25，ATPB-30）的级配设计

本文在进行大粒径沥青碎石集料级配设计时，是将粗集料和细集料分开进行设计。论文拟合了级配设计曲线确定了ATPB-25和 ATPB-30以期对其性能进行全面对比。试验用集料级配如表2。

表2ATPB-25 和ATPB-30试验用集料级配

2 大粒径沥青碎石配合比设计

2.1配合比设计方法概述

本文采用大马歇尔成型方法确定沥青的最佳用量。大粒径沥青混合料的最大公称粒径大于26.5mm，标准马歇尔试验已经不适合。在1969年，美国宾夕法尼亚交通厅就开始对标准马歇尔试件进行改进研究，希望可以找到适合大粒径沥青混合料设计，研究结果认为，大马歇尔试件采用直径为152.4mm，试件高度为95.2mm。

对于大马歇尔试验结果，如稳定度和流值的技术指标也应有改变。按照单位面积上应力相同的原则，稳定度为标准马歇尔稳定度指标的2.25倍，流值为1.5倍。

表3 大马歇尔和标准马歇尔击实参数表

我们借鉴标准马歇尔法确定最佳沥青用量的方法，大马歇尔沥青混合料设计主要为目标配合比设计、生产配合比设计和生产配合比验证三个步骤。而采用大型马歇尔试验方法主要依靠密度、空隙率、稳定度、流值四个指标来确定沥青的最佳用量。

2.2密级配沥青碎石最佳沥青用量确定

按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ 052-2000)击实法的要求，每个级配均选取五种油石比。ATB-25的油石比分别为2.8%，3.1%，3.4%，3.7%，4.1%。ATB-30的油石比为2.4%，2.8%，3.2%，3.6%，4.0%。对选定的ATB-25,ATB-30两种级配分别进行大马歇尔试验。

密级配大粒径沥青混合料ATB-25 和ATB-30大马歇尔试验结果如表4所示：

表4ATB-25和ATB-30大马歇尔试验结果

可知符合各项技术指标的最佳沥青用量ATB-25为3.4％，ATB-30为3.2％。

2.3开级配沥青碎石最佳沥青用量确定

本研究在沥青膜厚度设计方法基础上，对ATPB-25，ATPB-30最佳沥青用量设计，首先根据沥青膜厚度和集料比表面积初定沥青用量；然后进行析漏试验和马歇尔稳定度试验；根据析漏试验确定的沥青用量范围，参照马歇尔稳定度试验的结果，确定沥青混合料的最佳沥青用量。

1.预估沥青用量

沥青膜的合理厚度是影响沥青混合料性质的一大因素。合理的沥青膜厚度应该保证矿料颗粒粘结时，所形成的沥青薄膜主要为结构性沥青，不会有太多自由沥青，以免使得沥青膜成为矿料之间相对滑移的剂，这样，沥青混合料的性能也能得到保证。

沥青用量预估公式为：

其中：-—集料总表面积；

—沥青膜厚度；

—预估沥青用量。

由公式可得，ATPB-25目标配合比设计级配预估沥青用量为1.95%。ATPB-30目标配合比设计级配预估沥青用量为2.18%。

（2）析漏试验确定沥青用量

本论文中参照《公路工程沥青与沥青混和料试验规程》(JTJ 052-2000)中的规定进行，ATPB-25试验选用沥青1.4%，1.7%，2.0%，2.3%，2.6%，3.0% ，ATPB-30试验选用沥青1.8%，2.1%，2.4%，2.7%，3.0%，3.3%五种沥青用量分别进行析漏试验。

沥青析漏损失率随着油石比的增大逐渐增大，当达到一个临界点时，损失率增大较快，选取临界点位置作为其所要选取的沥青用量。ATPB-25 ，ATPB-30析漏拐点位置沥青用量为1.9%和2.3%。

表5ATPB析漏试验计算表

（3） 大马歇尔法沥青用量验证

采用大马歇尔试验ATPB-25和ATPB-30进行最佳沥青用量的验证，其结果如表6所示。

表6 大马歇尔试验结果

可知符合各项技术指标的最佳沥青用量ATPB-25为2.5％,ATPB-30为2.6％。

3 小结

本章主要参考国内外研究的有关资料，对大粒径沥青混合料的配合比设计进行研究，主要结论：

1．密级配大粒径沥青碎石（ATB-25，ATB-30）根据实践经验进行集料级配设计，并结合当地气候和交通条件进行调整，得到ATB-25，ATB-30的集料级配

2析漏试验结果表明，沥青析漏损失率随着油石比的增大逐渐增大，当达到一个临界点时，损失率增大较快，选取临界点位置作为其所要选取的沥青用量。ATPB-25 ，ATPB-30析漏拐点位置沥青用量为1.9%和2.3%。结合OGFC 的析漏损失要求小于0.3%，本论文推荐ATPB-25和ATPB-30的析漏损失值为小于0.3%为宜。

3稳定度和油石比的关系呈抛物线曲线，在油石比增大到一定值时，稳定度达到峰值，之后油石比增大，稳定度反而呈减小的趋势。，从大马歇尔稳定度的数值上看，级配在各自的油石比下的值都大于9KN，ATPB对大马歇尔稳定度的技术没有要求。

通过以上分析，最终确定的最佳沥青用量ATPB-25为2.5％,ATPB-30为2.6％。

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