[发明专利]一种大粒径沥青级配设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及建筑工程领域，尤其涉及公路工程建筑建设领域，特别涉及高级公路沥青路面中使用的大粒径沥青混合料级配设计方法。

背景技术

沥青混合料是由沥青、粗集料、细集料和矿粉以及外加剂所组成的复合材料，是一种具有空间网络结构的多相分散体系。其力学强度主要由矿质集料颗粒之间的内摩阻力和嵌挤力、沥青胶结料及其与矿料之间的粘结力所构成。

大粒径沥青混合料(Large-Stone Asphalt Mixes，简称LSAM)是沥青混合料的一种类型，一般是指矿料的最大公称粒径大于25mm，最大可达63mm的沥青混合料。与传统的沥青混合料一样，其组成结构也可分为骨架-空隙结构、悬浮-密实结构及骨架-密实结构。

骨架-空隙结构对应的级配是开级配，悬浮-密实结构对应的级配是密级配，但在生产实践中因其抗车辙性能较差，使用受到了限制。骨架-密实结构对应的级配为密级配，也是工程实践中最常用的大粒径沥青混合料结构类型，其常用形式有适用于下面层和上基层的嵌挤骨架-密实型结构(空隙率3％～6％)。

大粒径沥青混合料的设计采用了新的理念，从级配设计角度考虑，大粒径沥青混合料应当是一种新型的沥青混合料，通常由较大粒径(25mm～62mm)的单粒径集料形成骨架，由一定量的细集料形成填充而组成的骨架型沥青混合料。大粒径沥青混合料设计为半开级配或者开级配。由于大粒径沥青混合料有着良好的排水效果，通常为半开级配(空隙率为13～18％)。它不同于一般的沥青处治碎石(ATPB)基层，也不同于密级配大粒径沥青混合料(ATB)。沥青处治碎石粗集料形成了骨架嵌挤，但基本上没有细集料填充，因此空隙率很大，一般大于18％，具有非常好的透水效果，但由于没有细集料填充，其空隙率过大、模量较低而且耐久性较差。密级配大粒径沥青混合料也具有良好的骨架结构，空隙率一般在3～6％，因此其不具有排水性能。大粒径沥青混合料级配经过严格设计，形成了单一粒径骨架嵌挤，并且采用少量细集料进行填充，提高混合料模量与耐久性，在满足排水要求的前提下降低混合料的空隙率，空隙率一般为13～18％，因此其既具有良好的排水性能又具较高模量与耐久性。

最近十几年以来，美国、英国、南非、日本、澳大利亚、加拿大等对大粒径沥青混合料进行了研究，并修筑了许多试验路，但是他们的研究报告却没有公开。我国台湾地区也对LSAM动弹性模量与压实度、温度关系，进行了大量的试验研究。他们采用的LSAM的矿料级配见表3-1。由国内外参考级配可以看出，这些级配设计有的是根据最大密度曲线理论算出的，而有的根据粒子干涉理论，通过反复试验得出的；这些级配设计并没有考虑Superpave设计体系提出的限制区和控制点的概念。美国的NCHRP Report386也认为LSAM级配的设计是没有控制点，也没有限制区的，只要空隙率和粉胶比适当，通过试验证明其具有良好的路用性能，则LSAM的设计级配是适用的。国外和我国台湾地区都着重对骨架-密实结构级配的LSAM进行研究。

目前，由于我国正对大粒径沥青混合料路用性能进行研究，LSAM矿质集料级配设计还没有一个实用的方法，主要根据普通沥青混合料AC集料级配的计算公式如I法、n法或k法来计算LSAM的级配，或根据实践经验和习惯用法进行级配设计。

发明内容

本发明在总结国内外大粒径沥青混合料级配范围和级配设计的方法，提出一种LSAM集料级配的设计方法，其中主要需要判断粗集料是否形成骨架结构的基本条件，即形成骨架结构的前提条件是压实状态下沥青混合料中的粗集料骨架间隙率VCA_mix必须等于或小于没有其它集料、结合料存在时的粗集料集合体在捣实状态下的间隙率VCA_DRC。

具体设计过程如下：

(1)测定粗集料的毛体积相对密度(ρ_c)

(2)(2)测定在捣实状态下粗集料骨架间隙率VCA_DRC

用JTJ058-2000中T-0309的捣实方法测定粗集料的松方相对密度ρ，按下式计算捣实状态下粗集料骨架间隙率VCA_DRC。

式中：ρ_ca-粗集料合成毛体积相对密度(g/cm³)。

3)测定在压实状态下沥青混合料中粗集料骨架间隙率VCA_mix