第11讲-热拌沥青混合料配合比设计最佳沥青用量范围估算

第11讲

热拌沥青混合料配合比设计

最佳沥青用量、及其范围估算0.1问题的提出最佳沥青用量确定是沥青混合料配合比设计的核心内容之一马歇尔试验法需要拟定5个沥青用量进行击实试验，试验工作量既大，试验周期又长。如何减少马歇尔试验工作量，而又不影响最佳油石比的确定应是积极探索的问题。估算法确定最佳沥青用量及其小范围20.2研究现状3研究现状，文献【】4一、估算法确定最佳油石比范围的

技术思路考虑到最佳油石比不过是上述较大沥青含量范围内的一个点值，所以，在进行了各种集料的毛体积相对密度、表观相对密度的测试与矿料级配设计后，先不进行马歇尔试验，而是依据空隙率、矿料间隙率及沥青饱和度等技术标准的要求，通过相关公式的推演、计算，来寻求最佳油石比的范围，认为同时符合上述体积指标要求的油石比构成最佳油石比范围。5然后在此较小的范围内再进行马歇尔试验进一步确定最佳油石比，只要这个范围较小，那么进一步的试验量就将大为减少，估算法就显示出其意义。6

二、估算法分析计算过程

1、体积指标计算公式及其变换

空隙率计算公式及其变换

7后式代入前式整理得到：8矿料间隙率计算公式及其变换9沥青饱和度计算公式现行试验规程公式美国、现行施工规范公式102、估算最佳油石比/最佳沥青含量在VV、VMA技术标准已知的情况下，如果把前式中的沥青含量和毛体积相对密度看作未知量，那么有方程组：注意式中的Pb，表示沥青含量11解方程组得：注意，解出的Pa是油石比12方程组解的讨论（1）如果认为集料完全不吸收沥青，则

，上式变为：

——实质为有效油石比

(2)两式相减得：——实质为吸收的油石比

133、估算时所需输入量空隙率的取值范围：例如3%～5%，但为减少计算工作量，可取范围中值。矿料间隙率的取值范围：规范往往给定最小值的要求，但VMA距最小值不宜太近（不小于0.6%），也不宜过大，对于粗级配混合料一般不大于最小值加2%。沥青饱和度的取值范围：例如60%～75%144、估算法举例矿料级配为AK系列，空隙率技术标准为4%～10%，集料最大粒径为16.0㎜。据前述，矿料间隙率取值范围宜为15.1%～16.5%。沥青饱和度的技术标准60%～75%，沥青的相对密度为1.034，矿料的合成毛体积相对密度、表观相对密度和有效相对密度分别为2.803、2.884和2.868；计算时取空隙率范围中值VV=7%。把各计算参数代入方程组求解，根据计算的沥青饱和度及其标准要求，表1列出了部分沥青含量的计算结果。15表1估算法确定最佳沥青含量范围体积指标技术标准集料吸收沥青时计算结果集料不吸收沥青时计算结果空隙率/%矿料间隙率/%饱和度/%沥青含量/%有效沥青含量/%饱和度/%沥青含量/%饱和度/%7.07.07.07.07.07.015.515.715.916.116.316.560～7560～7560～7560～7560～7560～754.34.44.54.64.74.83.53.63.73.83.94.059.860.260.761.161.561.93.63.73.83.83.94.054.855.456.056.557.157.616由表可见，同时满足空隙率、矿料间隙率及沥青饱和度等体积指标标准的沥青含量范围是4.4%～4.8%，而马歇尔试验确定的最佳沥青含量为4.5%，处于该范围之间，表明估算法找到了最佳沥青含量所在的较小范围。为了比较，表中也列出了根据Superpave方法计算的有效沥青含量。另外由表知，认为集料不吸收沥青时所得沥青含量明显偏小，从而造成沥青饱和度均不合格，因此得不出最佳沥青含量范围。表明不考虑集料吸收沥青时找不出最佳沥青含量的有效范围。估算时必须按集料吸收沥青的情况予以考虑。17为了对估算法确定最佳沥青含量范围的有效性与可信性探个究竟，又利用了另外一些沥青混合料组成设计的工程实例，现将其估算与试验的结果连同上例共5项一并汇于表2。其中前两项所用集料相同，但级配曲线不同，不过均属我国AK系列，其最佳沥青含量为马歇尔试验结果，为笔者的实际试验；后三项的最佳沥青含量是美国Superpave体系的设计结果，为林绣贤先生的实际试验。18有效沥青含量的确定可按下式计算：19表2估算法确定最佳沥青含量范围工程实例工程实例矿料相对密度沥青相对密度最佳沥青含量范围估算值/%最佳沥青含量实测值/%毛体积相对密度表观相对密度有效相对密度我国AK级配Super-pave级配马歇尔法Super-pave123452.8032.8132.8512.8752.6582.8842.9012.8982.9192.7002.8682.8832.8892.9102.6921.0341.0341.0291.0291.0394.4～4.84.4～4.84.5～5.34.4～5.35.1～5.74.54.74.64.85.220由表2可见，不论是针对哪种方法的设计结果，估算法得到的最佳沥青含量范围全部包含了实际试验确定的最佳沥青含量，而且这个范围较小，说明估算法能十分有效地搜索到最佳沥青含量所在的局部小区域，进而表明该法确有参考实用价值。21三、讨论及结论

所举工程实例的最佳沥青含量全部落在了估算的最佳沥青含量范围之内，这是偶然现象还是必然事实？事实上，这是一种必然的情形，首先因为油石比的求解过程可逆（方程组求解），其次因为：1、估算法确定最佳沥青含量范围时，依据的是空隙率、矿料间隙率和沥青饱和度三个体积指标的技术标准范围，这就决定了所估算的最佳沥青含量范围是一个理论上的范围，只有在此范围内的沥青用量才能保证沥青混合料的体积指标满足规范的要求。222、实际最佳沥青用量的确定尽管还需要考虑稳定度和流值的大小，但这两个指标所需要的沥青用量范围往往要大于体积指标的确定的范围【回忆】

即：

。因而实际沥的最佳沥青用量主要取决于（或就在）体积指标决定的范围（内）。

从此意义上讲，估算法得到的最佳沥青含量范围是衡量实际试验确定的最佳沥青含量是否正确的一把标尺。

只要是体积设计法，上述估算法就能必然地确定出最佳沥青用量的小范围。

23由表2最佳沥青含量范围估算结果看，估算法的原理解释了实际工程中为什么各种各样的级配经试验确定的最佳沥青含量却往往都在5%左右的现象。可见，估算法能必然地寻找到最佳油石比或最佳沥青含量所在的局部小范围，然后在此小范