贝雷法级配检验分析

PAGE贝雷法级配检验分析黄国威（长沙理工大学道路与铁道工程，湖南，长沙410076）摘要：贝雷法是一套系统的设计和检验级配的方法。文中对贝雷法作了简要介绍,对用贝雷法3个比例参数比、比、比检验非贝雷法设计的级配时进行深入分析，及根据相关研究提出增加一个参数,即根据已定级配反算松装密度的修正百分比Ｋ。最后提出进行级配检验应注意的问题,以期使贝雷法能更广泛地用于级配检验。关键词：贝雷法；级配检验；比；比；比0引言自美国伊利诺州交通部的RobertBailey始创的贝雷法引进中国伊始,贝雷法先进的设计理念和方法即引起了国内外众多学者和路面工程师的青睐。贝雷法一改以往传统的沥青混合料级配,组成设计试配—修正—试配的经验法,使广大公路工程师从单一级配评价工具—0.45次方级配曲线中解脱出来,通过密度的准确选取贝雷法三参数比,比,比的正确评价来实现混合料骨架嵌挤的形成,以保证混合料优良的体积特性(合适的VMA和空隙率)和施工性能(良好的压实性能和施工和易性),从而使设计出来的混合料达到骨架密实,兼具良好的高温抗车辙能力和耐久性。中国自从林绣贤利用该法来评价不同的级配、并利用粗细集料比检验了级配的嵌挤以来,许多工程都不同程度的利用该法设计沥青混合料的配比。但目前中国应用贝雷法仅是通过验证粗细料的比例来保证粗集料的骨架,这存在局限性。而且运用贝雷法检验级配检验时存在很多问题。本文针对这些问题，根据以往研究和使用情况进行分析，以期贝雷法级配检验能更广泛地得到运用。1贝雷法简介贝雷法是一套系统的设计和检验级配的方法,目前,贝雷法不仅可用于所有密级配沥青混合料和ＳＭＡ设计和检验,而且还适用于其他混合料级配设计和检验。贝雷法不同于传统方法对粗细集料的划分是以公称最大粒径(ＮＭＰＳ)的0.22倍来划分即第一控制筛孔ＰＣＳ,这就意味着粗细集料的划分界限将随着ＮＭＰＳ的改变而改变。这里,比例因0.22只是一个代表值,并不能准确反映所有的级配情况,但是分析表明,该系数只要为0.18～0.28对级配就无大的影响,因此在求取ＰＣＳ时只要选择与ＮＭＰＳ的0.22倍最接近的筛孔即可。贝雷法进而对ＰＣＳ以下的细料作进一步的划分,分为较粗的细料和较细的细料,依次类推,又提出两个控制筛孔:第二控制筛孔ＳＣＳ=ＰＣＳ×0.22;第三控制筛孔ＴＣＳ=ＳＣＳ×0.22。2贝雷法级配检验分析虽然美国贝雷法是在Surperpave体系下研究的,但是它作为一个系统的级配设计与检验的方法,适用于任何一种混合料设计方法,包括Superpave方法、马歇尔设计法、维姆设计法等,只不过为了适应国内以马歇尔设计方法为主的需求,需要重新界定CA比等三参数的合理范围。当合成级配决定后,贝雷法提出3参数对其进行分析。ＣＡ比ＣＡ比为粗集料比，这个参数用于评价矿料中粗集料的含量和分析空隙特征。式中：为粒径为Ｄ/2(Ｄ为公称最大粒径)的通过率,%；为第一控制筛孔的通过率,%。我国用贝雷法进行级配设计时,基本上都是采用CA比来验证所选的级配,认为当CA比在0.4～0.8范围内时,粗集料就可以形成嵌挤或骨架。关于这一点,确实需要认真分析,否则会产生错误。对于粗集料一般认为,从1/2最大公称尺寸的筛孔到粗细料的分界筛孔之间这档料最易对粗集料级配发生干涉,若该档料太多就会干涉粗集料的级配,特别多时其就会控制粗集料的级配,因此要限制其含量。CA比对沥青混合料的体积特性有重要影响,它反映了粗集料中大粒径颗粒与D/2～PCS粒径颗粒之间的均衡关系,这种均衡关系将影响混合料的压实特性和路用性能。CA比增大,混合料的空隙率和VMA将相应增大,因为粗集料中D/2～PCS粒径颗粒增多,降低了集料的压密效果。当CA比太小时,沥青混合料易发生离析；当CA比接近1时,会因粗集料中D/2～PCS粒径颗粒含量过大而使级配中的粗料会变得不平衡,这是由于干涉颗粒将控制粗集料的结构,从而导致难以压实,且易于推移；当CA比大于1时,粗集料中的细料部分对粗集料骨架的形成起主导作用,粗料部分开始充当填塞料,以致封闭了粗集料骨架的空隙。研究发现，随着CA比的增加，细集料对粗集料干涉作用越来越明显,导致沥青混合料密度越来越小,空隙率越来越大,矿料间隙率越来越大,沥青混合料越来越难以压实。当CA比增加0.2时,混合料的VMA能增0.5%～1.0%；同时随着CA比越小，沥青混合料中粗集料越容易形成骨架,因而高温稳定性能越好;但是CA比太小,沥青混合料易发生离析。关于CA比合适的范围,WilliamRVavrik开始[1]提出的是0.4～0.8之间,后来修正为根据不同的最大公称尺寸给出不同的CA比范围表1，根据Mallick等人评价沥青混合料稳定性的标准来看,CA比在0.4～0.6之间的沥青混合料有较好的稳定性，比较合适；表1CA比的建议范围37.5025.0019.0012.509.504.75密级配沥青混合料0.8～0.950.7～0.850.6～0.750.5～0.650.4～0.550.3～0.450.35～0.50.25～0.40.15～0.3(2)比把细集料重新视为一混合料,并将其分成粗、细2个部分,细集料中粗料部分形成的空隙由细料部分进行填充。比就是用来反映细集料中粗料部分与细料部分的嵌挤、填充情况,计算公式为：式中：为第二控制筛孔的通过率，%。比值增大,表明细集料中起填充作用的细料部分比例增大,从而使细集料形成更为紧密的结构。通常比值应小于0.50。如果大于0.50表明混合料中含有过量的天然砂,在0.45次方级配曲线图上将出现“驼峰”,这是应该避免的。如果比低于0.35,则表明合成级配不均匀,在0.45次方级配图上呈凹状,这种级配可能存在压实问题。细料比对沥青混合料体积特性也有影响，比的增加会导致沥青混合料空隙率和VMA减少。随其值的减小,VMA将不断增大。一般当减少0.05时,混合料的VMA会增大1%。因此，贝雷法要求比应介于0.3～0.5之间。其主要考虑是细集料中中间尺寸的细集料不能过多，否则，将会因矿料间隙率变小而不能容纳足够的沥青，影响混合料的耐久性。(3)比反映了合成集料中最细一级的嵌挤情况,计算公式为：式中：为第三控制筛孔的通过率，%。与比类似,其值影响混合料的体积特性。一般VMA值随其减小而增大。对于一般的密级配沥青混合料,比也应小于0.50。以上3个比例参数都是通过与不同混合料公称最大粒径相联系的各个控制筛孔的通过百分含量计算而得的,它们对于评价和调整混合料的VMA及空隙率有很大价值。ＣＡ比表征的是粗集料内部比例组成,、表征的是细集料内部比例组成。本来,贝雷法是用设计密度控制粗细料的比例,但目前国内文献多将其用来检验非贝雷法设计的级配,这就存在一个问题，经相关研究表明,单纯用3参数来检验非贝雷法设计的级配是不够的。建议增加一个参数,即根据已定级配反算松装密度的修正百分比Ｋ。式中：ｎ档粗集料；ｍ档细集料；代表第ｉ档粗集料的用量；代表第ｉ档细集料的用量；、分别代表第ｉ档粗集料的松装密度和毛体积密度；代表第ｉ档细集料的干捣密度；Ｋ代表松装密度的修正值。一般要求Ｋ值在95%～105%之间,因为90%～95%粗集料骨架不稳定,现场变异性大,应予避免,大于105%可能会造成施工压实困难。将反算得到的设计密度同松装密度和干捣密度比较,评价级配的骨架形成紧密程度和压实性能。实际上,对一个级配用设计密度检验是为了保证粗集料能形成骨架,用ＣＡ、、检验是为了保证混合料的体积指标符合要求,这样的级配既具有良好的高温性能,又具有较好的耐久性。3.级配检验注意点不同的控制筛孔对[CA]比影响，由于中国级配使用的最大公称尺寸与美国不同,因此在选择控制筛孔尺寸时要注意,否则可能导致错误的结论。研究发现采用不同的控制筛孔,严格按D/2和采用近似筛孔对CA比影响非常大。如用CA比做检验,若选用的筛孔不同,会对结果有大的影响,甚至出现错误。而对于PCS控制筛孔,由于贝雷法对于集料颗粒假设为近似圆或立方体来处理的,认为对于系数从0.18～0.28都不会对级配造成影响,所以为了使选用的PCS控制筛孔与级配中的固定筛孔一致,可以采用近似筛孔。根据这一原则,推荐新的控制筛孔表2。表2密级配沥青混合料的控制筛孔控制筛孔最大公称尺寸D/mm37.525.0(26.5)19.0016.0012.5(13.2)9.504.75D/219.0012.5（13.2）9.508.006.25（6.6）4.752.36PCS9.504.754.754.752.362.361.18SCS2.361.181.181.180.600.600.30TCS0.600.300.300.300.150.150.075贝雷法在细型密级配混合料设计中的应用中，存在贝雷法3个比例参数比、比、不在推荐范围内的混合料的性能符合规范要求的现象。因此，国内有人认为贝雷法进行级配检验存在很大的局限性。如文献4中认为贝雷法不适用于细级配,主要原因是细级配不形成骨架,而贝雷法最初目的就是要达到骨架密实结构。其实贝雷法考虑到了细级配混合料粗集料不形成骨架的特点,把细集料部分重新看作一个整体进行骨架嵌挤评价。对确定的细型密级配混合料,将小于PCS第一控制筛孔的那部分集料重新看成混合集料进行贝雷法三参数检验。具体做法是:先将这部分集料总量定为100%,并分为粗、细两个部分,原混合料的PCS作为该部分混合集料的最大公称粒径,相应地产生新的PCS,D/2,SCS第二控制筛孔和TCS第三控制筛孔,见表3。然后计算出细集料部分通过原PCS筛孔的百分率为100%,其余各级筛孔通过率作相应调整三个新的比例参数,看是否符合建议值。新比例参数的计算方法见表4。表3细级配沥青混合料的控制筛孔控制筛孔最大公称尺寸D/mm37.525.0(26.5)19.0016.0012.5(13.2)9.504.75原PCS9.504.754.754.752.362.361.18原D/24.752.362.362.361.181.180.60新PCS2.361.181.181.180.600.600.60新SCS0.600.300.300.300.150.150.075新TCS0.150.0750.0750.075———表4细级配沥青混合料调整级配各参数的计算方法最大公称粒径Dmm参数CA37.525.0（26.5）19.016.012.5（13.2）9.54.75注：P为调整后的通过率研究认为,在三个新的比例参数中,FA比对VMA的影响最大。当矿料中细集料含量一定时,有以下结论:1.新的CA比值增大时,VMA也增大,其范围应为0.6～1.0。2.新的FA比值减小时,VMA增大,其范围应为0.35～0.50;3.新的FA比值减小时,VMA增大,其范围应为0.35～0.50。4.结语贝雷法在中国的研究与应用方兴未艾,其设计方法和参数还需要深入研究。在应用贝雷法设计新级配或验证已有级配时,都必须采用选取密度来检验粗骨架是否形成,同时使CA和FA比来控制混合料的施工特性和体积特性,只有这样才能设计出好的级配。而不能单纯的用CA比来控制粗集料的骨架。参考文献：[1]WilliamRV,WilliamJP,SamuelHC.BaileymethodforgradationselectioninHMAmixturedesign[R]TransportationResearchCircularNumberE-C044,2002[2]郝培文,徐金枝,周怀治.应用贝雷法进行级配组成设计的关键技术[J].长安大学学报（自然科学版）,2004,24（6）:1-6[3]林绣贤.论Superpave组成配比的特色[J].华东公路,2002,(1):3-7[4]沙庆林.SAC和其他粗集料断级配的矿料级配设计方法[J].公路,20