路面相关试验及施工控制要点-第二讲(沥青混合料)

路面相关试验—沥青混合料配合比设计试验室：杨小东路面（早期）病害—车辙、泛油、拥包、水损沥青混合料---级配类型嵌挤密实型（悬浮密实型）骨架密实型骨架空隙型均匀密实型沥青混合料——均匀密实型热拌抗裂应力吸收层热拌抗裂应力吸收层混合料聚合物改性沥青混合料沥青混合料----下面层ATB-25试验段芯样级配----嵌挤密实型沥青混合料---密级配，连续级配（悬浮密实AC类）沥青混合料---密级配，连续级配（嵌挤密实ATB类）级配模型—密级配密级配AC-16间断级配SMA-16沥青混合料---密级配-间断级配（骨架密实SMA类）沥青混合料---开级配-骨架空隙（OGFC类）沥青混合料---配合比设计—连续级配理论富勒级配理论传统的连续密级配计算公式是在20世纪初由美国学者Fuller根据最大密度理论提出的。最大密度曲线是通过试验提出了一种理想曲线，认为:固体颗粒按粒度大小，有规律的排列，粗细搭配，便可以达到密度最大空隙最小的混合料。初期研究椭圆形曲线，粗集料为椭圆曲线相切的直线，由这两部分组成的级配曲线可以达到最大密度。后来经过改进，提出简化的“抛物线最密度理想曲线”，认为颗粒级配曲线越接近抛物线，则密度越大。表达式为：式中：P-某集料粒d的通过百分率(%)D-集料的最大粒径(mm)。沥青混合料-----富勒、泰勒级配理论沥青混合料---配合比设计—连续级配理论泰勒级配理论泰勒认为富勒曲线是一种理想曲线,实际集料的级配应该允许在一定范围内波动.将富勒曲线用一般通式表示为泰勒公式:

式中：P-某集料粒d的通过百分率(%)D-集料的最大粒径(mm)。

实际研究认为,在沥青混合料中应用,当n=0.45时堆积密度最大,当n=0.25-0.45时工作性能最好.通常使用的矿料的级配范围n幂常在0.3-0.7之间,因此,在实际应用时,矿料的级配曲线允许在一定范围内波动。沥青混合料-----富勒、泰勒级配（泰勒曲线）级配理论---i法3．i

法对以上两种理论公式的改进和完善，同济大学林绣贤教授提出了i

法。式中：PX-不同粒径d时的通过率%；

P0-最大公称粒径D时的通过率，以90%-100%控制；

X-级数，X=3.32lg(D/d)

I-通过率递减系数。

I可与n互换，I=(1/2)n便于与西方国家的经验比较。林绣贤也提出过南方I用0.7(n=0.514)，北方用0.75(n=0.415)的见解。沥青混合料---变i法级配理论4．变i法所谓变i法就是对于粗、细集料部分，参数i值分别选用不同的值，混合料中粗集料部分i接近高限取值，细集料部分i接近低限取值。减小接近公称最大粒径处粗集料的用量及细集料的用量，使级配曲线形成S型曲线，借此达到骨架密实结构。沥青混合料-----superpave级配（连续级配）SUPERPAVE级配

SUPERPAVE混合料设计方法包括两个关键控制参数：控制点和禁区。控制点功能是级配必须通过其间的范围，控制点位于最大公称尺寸处、中等粒径处(2.36mm)、最小粒径尺寸(0.075mm)；而禁区则位于中等粒径和0.3mm之间，级配不等通过。

SUPERPAVE设计方法是美国公路战略研究计划(SHRP计划)沥青与沥青混合料方面的研究成果。它包括沥青和沥青混合料方面一整套新的规范和试验方法，它将沥青混合料的设计和路用性能直接建立起对应关系，由此设计出的沥青混合料的路用性能特别是高温性能得到了较大程度的提高。沥青混合料-----superpave级配（连续级配）沥青混合料-----superpave级配（连续级配）Superpave是采用0.45次方作为级配组成的最大密实曲线，同时在0.45次方图上提出了两类级配控制点：控制点和限制区（禁区）。控制点为级配曲线必须通过的几个特点尺寸范围，限制区为最大密度线附近的0.3～2.36mm范围不希望级配通过的区域。设立限制区的目的主要是避免级配曲线出现“驼峰曲线”，驼峰曲线表明细集料特别是天然砂的含量过高。而限制区则保证集料具有适宜的矿料间隙率(VMA)，VMA过小表明级配对沥青含量极为敏感，沥青的少量变化易使沥青混合料成塑性。

Superpave设计法受控制点和禁区制约。不同公称最大尺寸集料有不同的控制点和禁区。沥青混合料---贝雷级配理论（多级嵌挤密实级配）贝雷级配理论

由美国伊利诺伊州的RobertBailey发明的贝雷法是一种系统的级配组成方法，贝雷法也是采用VCAmix<VCADRC。[VCAmix(沥青混合料中的粗集料骨架间隙率)VCADRC(捣实状态下的粗集料骨架间隙率)]其以形成的集料骨架作为混合料的承重主体，使设计的混合料能提供较高的稳定性能，同时通过调整粗细集料的比例，获得合适的体积指标VMA，保证耐久性。贝雷法是一种系统的级配合成方法，其中提出了用于评价矿料性质的一系列参数，有助于更好地理解集料级配与混合料中空隙体积的关系，也是评价合成级配的工具。沥青混合料配合比设计—马歇尔法三阶段马歇尔法配合比设计01目标配合比设计阶段02生产配合比设计阶段03生产配合比验证阶段沥青混合料---目标配合比设计沥青混合料---目标配合比设计目标配合比设计主要包括两部分：1.优选级配；2.确定最佳沥青用量优选级配：1.确定设计级配范围：按照设计文件或规范规定选取。2.调整工程设计级配范围：调整原则如下，

高温且时间长、重载选粗型，空隙率取高值；轻型、低温持续时间长选细型，空隙率取低值。

高温、低温同考虑，级配设计宜适当减少公称最大粒径附近的粗集料用量，减少0.6mm以下部分细粉用量，形成S形多级嵌挤密实曲线，并取中等偏高水平空隙率。

优化后的级配范围应比规范级配范围窄，其中4.75mm和2.36mm通过率的上下限差值宜小于12%沥青混合料---矿料级配（粗型/细型）

沥青混合料配合比矿料级配设计-

优选矿质混合料的级配(以SMA级配设计举例）

沥青混合料---优选级配沥青混合料---级配曲线要求沥青混合料配合比设计---确定最佳沥青用量1.确定好最佳级配；2.确定沥青混合料原材加热温度、沥青混合料拌合温度、沥青混合料成型温度与老化时间（模拟工地混合料拌合后至压实时间间隔），有加高模量剂、纤维等材料的还须确定拌合时间。3.根据标准规范或设计文件确定好要求的空隙率、沥青饱和度、矿料间隙率、及各项路用性能要求。3.以预估的油石比为中值，按照一定间隔（对密级配沥青混合料通常为0.5%，对沥青碎石混合料可适当缩小间隔为0.3%-0.4%）,取5个或5个以上不同的油石比分别成型马歇尔试件。基质沥青同时配料做最大理论密度。4.测试马歇尔试件、集料、沥青密度，计算沥青混合料的体积指标。5.通过体积指标分析确定最佳沥青用量。沥青混合料---拌合温度/成型温度沥青混合料---拌合温度/成型温度沥青混合料---各项体积指标规范要求沥青混合料----体积指标沥青混合料---体积指标示意图空隙沥青、纤维及抗剥落剂细集料、填料粗集料VVVAVMAVCAmix沥青混合料ix沥青混合料---体积指标

空隙率（VV）是沥青混凝土配合比设计中最重要的体积指标，这是由于沥青混凝土空隙率的大小直接影响着密级配沥青混凝土的路用性能。

当沥青混凝土空隙率在＞8%时，沥青混凝土的渗水系数随空隙率的增大急剧增大，当空隙率在8%~15%时沥青混凝土路面最容易发生水损坏，造成沥青路面的松散、坑槽、唧浆等病害发生。同时，过大的空隙会加速沥青老化，降低沥青混合料的使用寿命。

当沥青混凝土空隙率过小（＜3%），尤其在夏季高温季节或是重载交通路段，沥青混凝土的高温性能极差，导致沥青路面出现泛油、拥包等病害，并且在行车荷载作用下很容易出现车辙。

可见，沥青混凝土的空隙率对沥青路面的各项路用性能指标有非常大的影响，只有空隙率在合适的范围内才能保证沥青路面具有良好的水稳性、高温稳定性以及使用寿命。沥青混合料---普通沥青混合料（最大理论相对密度）沥青混合料----马歇尔试验沥青混合料---体积指标

矿料间隙率（VMA）是配合比设计的重要参数，它是在配合比设计中往往容易忽略的一项体积指标，也是在配合比设计过程中最难满足的一项指标。VMA等于有效沥青含量体积与空隙率之和。该指标是保证密级配沥青混凝土除了应有合适的空隙率以外，必须要有足够的有效沥青用量（不是总的沥青用量）来保证沥青混凝土满足相应的路用性能技术指标。如果有效沥青体积低于该值，则意味着沥青油膜厚度较薄，直接影响沥青混凝土的水稳性与使用寿命。在实际工程中经常会出现一个项目不同标段采用同样的目标级配同样的设计空隙率下最佳沥青用量却差别较大，这主要是由于集料吸水率不同造成的。同样的沥青用量下，如果矿料的合成吸水率越大，则被矿料吸收的沥青越多，即填充矿料间隙的有效沥青体积越少，为满足设计空隙率同时保证最小的VMA，则应该相应的增加沥青用量。沥青混合料---体积指标饱和度（VFA）又称沥青填充率，指有效沥青体积占据矿料间隙率体积的百分比，VFA是反映有效沥青用量填充矿料间隙率的程度。该体积指标直接影响着沥青混合料的耐久性，同样是密级配沥青混合料配合比设计过程中非常重要的指标。沥青混合料---各项体积指标规范要求沥青混合料---体积参数计算沥青混合料---体积参数计算马歇尔配合比设计最佳沥青用量确定沥青用量（%）3.544.555.5要求毛体积相对密度2.3892.4082.4112.4092.406—空隙率（%）6.65.24.33.73.14.0～6.0矿料间隙率VMA(%)13.813.613.914.515.0—饱和度VFA（%）52.062.169.074.679.665～75稳定度（KN）10.6812.9813.9513.5613.16≥8.0流值（mm）2.13.23.53.94.51.5～4沥青混合料---各项参数绘图沥青混合料---确定最佳沥青用量OAC1密度最大值a1稳定度最大值a2目标空隙率a3饱和度中值a44.4454.344.54.344.60OAC2OACminOACmax4.4554.194.72OAC4.45

稳定度空隙率饱和度流值min3.53.74.193.5max5.54.725.014.78沥青混合料---确定最佳沥青用量几点注意：

1.选择的沥青用量必须全覆盖设计空隙率的全部范围，并尽可能涵盖沥青饱和度的要求范围，并使密度及稳定度曲线出现峰值。2.OAC1确定时，a.如果所选择的沥青用量范围未能涵盖沥青饱和度的要求范围，取密度最大值、稳定度最大值、目标空隙率（或中值）三者对应的沥青用量的均值作为OAC1；b.如果对所选择的沥青用量范围，密度或稳定度没有出现峰值（最大值经常在曲线的两端）时，可直接以目标空隙率所对应的沥青用量作为OAC1，但OAC1必须在OACmin与OACmax之间。沥青混合料---调整最佳沥青用量1.检查当地条件相近工程的沥青用量及使用效果，论证适宜的最佳沥青用量。检查计算得到的沥青用量是否接近，如相差甚远，应查明原因，必要时重新调整级配，进行配比设计。2.对炎热地区及高速、一级公路的重载交通路段，山区公路的长大终坡路段，比较容易出现车辙，宜在空隙率符合要求的范围内将计算的最佳沥青用量减小0.1%到0.5%作为设计沥青用量。如此一来可能除空隙率以外其他指标有可能超出马歇尔试验配合比技术标准，配比报告须予以说明。同时配合比报告必须要求采用重型轮胎压路机和振动压路机组合等方式加强碾压，以使施工后路面的空隙率达到未调整前的最佳沥青用量的水平，且