《骨架密实沥青混合料多级迭代级配设计规程》

ICS号

中国标准文献分类号

团体标准

T/CHTSXXXXX-XXXX

骨架密实沥青混合料多级迭代级配

设计规程

CodeofPracticeforMultistageIterativeGradationDesignofSkeleton

DenseAsphaltMixture

xxxx-xx-xx发布xxxx-xx-xx实施

中国公路学会发布

骨架密实沥青混合料多级迭代级配设计规程

1总则

1.0.1为规范和指导骨架密实沥青混合料的级配设计，保障工程质量，制定本规程。

1.0.2本规程适用于各级公路的新建、改扩建及养护工程各层沥青混合料级配设计。

【条文说明】本规程规定的级配设计方法基于集料嵌挤理论，确定集料的最佳用量，使细集料不会对

粗集料的骨架结构产生“干涉效应”，同时粗细集料能构成密实结构，该骨架密实混合料可以应用到各级公

路的新建、改扩建和养护工程中。

1.0.3骨架密实沥青混合料多级迭代级配设计除应符合本规程的规定外，尚应符合有关

法律、法规及国家、行业现行有关标准的规定。

1

2术语和符号

2.1术语

2.1.1空隙指数VoidIndex

集料旋转压实后空隙体积与集料实体体积的比值，用“e”表示。

2.1.2多级迭代级配设计MultistageIterativeGradationDesign

两档以上集料参与级配设计时，先确定较粗两档集料比例，将其混合作为一档集料，并

通过逐级迭代进行级配设计最终确定各档集料用量的级配设计方法。

2.1.3骨架密实沥青混合料SkeletonDenseAspaltMixture

利用多级级配迭代设计方法，设计出的粗细集料间形成嵌挤结构的密实型沥青混合料。

2.1.4平均粒径AverageParticleSize

对每档集料进行筛分，利用筛分曲线确定的筛孔通过率为50%时集料的粒径。

2.2符号

SDA——骨架密实沥青混合料；

e——空隙指数；

3

V固——固体颗粒体积，cm；

3

V空——集料压实后的空隙体积，cm；

3

V压——集料压实后总体积，cm；

m——集料质量，g；

ρ——集料毛体积密度，g/cm3；

p——二元混合料中粗集料的含量，%；

Px——不对细集料颗粒自身密实排列产生影响的能掺入的粗集料最大比例，%；

ex——粗集料比例为Px时对应的空隙指数；

Pt——不对粗集料颗粒形成最密实嵌挤排列产生影响的能掺入的细集料最大比

例，%；

F——细集料空隙指数；

C——粗集料空隙指数；

2

D——边界作用系数；

E——常数。

3

3级配设计

3.1一般规定

3.1.1骨架密实沥青混合料的集料宜在对同类公路集料使用情况调查研究的基础上确定，

选用符合要求的材料，进行级配设计。

3.1.2各等级公路或城市道路路面结构的材料设计参数，应按照现行《公路沥青路面施

工技术规范》（JTGF40）的规定执行。

3.2设计流程

3.2.1采用两档以上集料进行级配设计时，应按集料粒径由大到小的顺序进行级配迭代

设计。

3.2.2相邻两档集料用量确定后，应将其作为一档新集料与较细一档集料按3.4节方法

确定其用量比例，进而确定各档集料的比例。

【条文说明】例如通过旋转压实试验确定集料1和集料2用量比为7:3，混合后与集料3进行旋转压

实试验确定集料1和集料2的混合物与集料3的用量比,8:2，则集料1：集料2：集料3=5.6:2.4:2。

3.2.3骨架密实沥青混合料级配设计应按图3.2.3的流程进行。

n档集料、矿粉

确定集料平均粒径：d1＞d2＞…＞di…＞dn＞dn+1

i=1

是否

di+1/di≤0.2

利用旋转压实试验确定两档集料用量利用CBR试验确定两档集料用量

两档集料混合作为一

档集料，测定平均粒

i=i+1

径为di

是

i≤n+1

否

确定n档集料和矿粉的用量

测定级配曲线，根据经验调整确定3组级配曲线

4

图3.2.3多级迭代级配设计流程图

3.3基本参数

3.3.1旋转压实试验可选择垂直压力600kPa，有效内旋转角1.16°，旋转速率30r•min-

1的旋转压实仪进行。采用其他类型旋转压实设备时，应进行相关性标定试验。

【条文说明】本规程前期的大量试验验证均采用了拥有量最多的美式旋转压实仪，并依据该压实设备

给出了相关设计参数，如需采用其他类型的旋转压实设备，需进行标定试验，建立相关关系。

3.3.2应取实际压实集料固体颗粒体积1400cm3，压实次数20次进行旋转压实试验测定集

料空隙指数，集料空隙指数可按式（3.3.2-1）计算。

V

e=空（3.3.2-1）

V固

式中：e——集料空隙指数；

3

V空——集料压实后空隙体积（cm），根据式（3.3.2-2）计算；

VVV空=压−固（3.3.2-2）

3

V压——集料压实后总体积（cm）；

3

V固——固体颗粒体积，取1400cm。

【条文说明】压实参数实际压实集料固体颗粒体积1400cm3，压实次数20次是经过大量试验确定的，

压实次数20次综合考虑了集料压实密度和集料破损情况；实际压实集料固体颗粒体积1400cm3是在保证集

料空隙指数具有较好的平行性的基础上提出的，可通过测定集料的毛体积密度计算确定所需集料质量，进

而确定试验用集料用量。

3.3.3旋转压实试验用试模内径应为150mm，试验结束后应测量集料顶面至试模顶面距

离求得集料高度确定集料压实后总体积。

3.3.4固体颗粒体积应按式（3.3.4）转换为集料质量进行后续旋转压实试验。

mV=固⋅ρ（3.3.4）

式中：m——集料质量（g）；

ρ——集料毛体积密度（g/cm3）。

3.3.5集料毛体积密度试验应符合《公路工程集料试验规程》（JTGE42）相关规定。

【条文说明】本规程规定的级配设计方法需要固定集料实体体积进行旋转压实试验，为确定集料实体

体积，需测定集料的毛体积密度，集料密度可以按《公路工程集料试验规程》（JTGE42）进行试验测定，

粗集料密度可以按T0308-2005进行试验，细集料密度可以按T0330-2005进行试验，矿粉密度可以按T0352-

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2000进行试验。

3.3.6每档集料应进行筛分试验，画出筛分曲线图，以筛孔通过率为50%时的粒径尺寸

作为平均粒径（即d50）。

3.3.7当相邻两档集料平均粒径大于0.2时，应进行承载比试验确定两档集料各自用量，

集料承载比（CBR）试验应符合《公路土工试验规程》（JTG3430）的相关规定。

【条文说明】当相邻两档集料平均粒径大于0.2时，可以按《公路土工试验规程》（JTG3430）T0134-

2019的规定进行试验。

3.3.8旋转压实试验应采用3次平行试验取平均值作为最终试验结果，三个测值中的最

大值或最小值，有一个与中间值之差超过中间值的15%时，以中间值为试验结果，最大值和

最小值与中间值之差均超过中间值的15%时，此试验无效，应重新进行试验。

3.4相邻两档集料用量的确定

3.4.1相邻两档集料平均粒径小于等于0.2（d细集料/d粗集料≤0.2）时，宜根据表3.4.1三方

程公式按下列步骤计算确定最佳粗集料用量：

1测定粗集料含量0%和40%两组集料的空隙指数，确定方程1；

2测定粗集料含量100%时的空隙指数，确定方程2；

3求方程2空隙指数为0时对应的粗集料含量Px，求方程1粗集料含量为Px时对应

的空隙指数ex，利用（Px，ex）求出方程3；

4求方程2与方程3的交点对应的粗集料含量Pt；

5测定粗集料含量Pt、Pt±5%三组集料的空隙指数，如有必要，可扩大粗集料比例取值

范围，画出Pt与孔隙指数的关系曲线，最终确定空隙指数最小时对应的粗集料用量为最佳

粗集料用量。

表3.4.1三方程公式

序号细集料含量粗集料比例p方程式

1高pP<xe=F(1−+p)Dp

2低pP>teC=+−(1)p1

3中Pxt<<pPe=Ep

注：F为细集料空隙指数；D为边界作用系数；C为粗集料空隙指数；E为常数；Px是指不对细集料颗

粒自身密实排列产生影响的能掺入的粗集料最大比例；Pt为二元集料混合时，不对粗集料颗粒形成最密实

嵌挤排列产生影响的能掺入的细集料最大比例。

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【条文说明】本规程所指的粗集料和细集料是相对的概念，对于两档料而言，平均粒径大的集料为粗

集料，平均粒径小的集料为细集料。粗集料含量为粗集料体积占粗细集料混合料体积的百分比。三方程的

具体图示如图1。

图1三方程图解

3.4.2相邻两档集料平均粒径小于等于0.2（d细集料/d粗集料≤0.2）时，也可采用以下方法

确定粗细集料用量：

1测定粗集料含量0%和40%两组集料的空隙指数，确定方程1；

2测定粗集料含量100%时的空隙指数，确定方程2；

3求方程1与方程2的交点对应的粗集料含量Pt，可按式3.4.2计算；

1+F

P=（3.4.2）

tCF++−1D

4测定粗集料含量Pt、Pt±5%三组集料的空隙指数，如有必要，可扩大粗集料比例取值

范围，画出Pt与孔隙指数的关系曲线，最终确定空隙指数最小时对应的粗集料用量为最佳

粗集料用量。

【条文说明】本条规定以边界效应线和无干涉效应线交点对应的粗集料含量作为Pt，物理意义更加明

确。用户可根据需要取本条和3.2.1条确定的Pt值、Pt±5%进行旋转压实试验，取空隙指数最小时的粗集料

用量作为最佳粗集料用量。本条规定的具体图示如图2。

7

图2Pt值确定图示

3.4.3相邻两档集料平均粒径大于0.2（d细集料/d粗集料＞0.2）时，应按粗集料用量间隔10%

取值进行承载比试验测定CBR值，建立粗集料用量与CBR值关系的拟合曲线，取CBR值

最大时对应的粗集料含量为最佳粗集料用量。

【条文说明】在实际工程过程中，很难保证粗细集料间均满足粒径比<0.2的要求，因此粗集料间不可

避免地产生干涉效应，为了发挥粗集料作为主骨料的嵌挤骨架作用，通过配制不同粗集料粒径、不同粗集

料掺配比例的矿质混合料，以CBR试验来表征矿质混合料的力学性能。

经调研，工程中常用的粗集料有10-20mm、10-15mm、5-10mm三种规格，公称最大粒径19mm的混合料常

用的组合为10-20mm和5-10mm，公称最大粒径13.2mm的混合料常用的组合为10-15mm和5-10mm。本规程通过

将5-10mm集料以不同比例填充到10-20mm集料和10-15mm集料中，研究总结粗集料混合料的空隙指数和CBR的

变化规律，提出简化的粗集料组成设计方法：

15-10mm粒径集料与10-15mm粒径集料合成5-15mm粒径集料时，可以取10-15mm粗集料含量预估值（50%）

±5%、±10%进行旋转压实，以空隙指数和CBR为控制指标确定粗集料用量比例。

25-10mm粒径集料与10-20mm粒径集料合成5-20mm粒径集料时，可以按式（1）计算10-20mm粒径集料

最小用量比例Pmin，取10-20mm粗集料含量预估值（Pmin值）±5%、+10%、+15%进行旋转压实，以空隙指数和

CBR为控制指标确定粗集料用量比例。

1−VVc

Pmin=（1）

(11−+VVcc)VV(−VVf)

式中：VVc——10-20mm粒径集料空隙率；

VVf——5-10mm粒径集料空隙率。

3.5矿粉用量确定

3.5.1矿粉含量可在满足集料粒径比的要求下通过旋转压实试验确定，也可根据工程经

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验确定，无相关工程经验时，矿粉含量应满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40）的

相关规定。

【条文说明】试验证明，矿粉作为细集料进行旋转压实试验时，会产生离析，可以通过在集料中添加

适量水或甘油的方法进行旋转压实试验，同时可以根据经验选择三组矿粉用量进行混合料试验确定最佳矿

粉用量，也可以根据《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40）中粉胶比的规定初拟矿粉用量。

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4性能验证

4.1配合比设计技术要求

4.1.1沥青混合料的目标配合比设计宜按图4.1.1的步骤进行。确定的目标配合比可用

于拌和机确定各冷料仓的供料比例、进料速度及试拌。

材料选择

粗集料、细集料、矿粉

沥青材料试验

纤维稳定剂

确定3组级配作为初选级配

选择初试沥青用量，制作马歇尔试件

不合格

确定设计级配

对设计级配变化沥青用量制作马歇尔试件

不合格

分析VV等，确定最佳沥青用量

合格

不合格

进行马歇尔试验，检验稳定度、流值

合格

不合格

进行配合比设计检验，确定配合比

合格

完成配合比设计，提交材料品种、矿料级配、标准配合比、最佳沥青用量等

图4.1.1沥青混合料目标配合比设计流程图

4.1.2骨架密实沥青混合料采用马歇尔试验配合比设计方法，沥青混合料技术要求应符

合表4.1.2的规定，并有良好的施工性能。当采用其他方法设计SDA沥青混合料时，应按本

规程规定进行马歇尔试验及各项配合比设计检验，并报告不同设计方法各自的试验结果。

表4.1.2骨架密实沥青混合料马歇尔试验技术要求

试验项目单位技术要求试验方法

马歇尔试件尺寸mmφ101.6mm×63.5mmT0702

马歇尔试件击实次数（双面）次75T0702

空隙率VV%3～4.5T0705

粗集料骨架间隙率VCAmix不大于VCADRCT0705

稳定度不小于kN6.0T0709

10

谢伦堡沥青析漏试验的结合料损失不大于%0.1T0732

肯塔堡飞散试验的混合料损失或浸水飞散试验

%15T0733

不大于

4.2路用性能验证

4.2.1SDA沥青混合料应在配合比设计的基础上进行高温性能、低温性能、水稳性能、

渗透性能等使用性能检验，不符合要求时，应重新进行配合比设计或更换材料。

4.2.2SDA沥青混合料高温稳定性检验宜采用车辙试验，试验方法宜按《公路工程沥青

及沥青混合料试验规程》（JTGE20），SDA-10、SDA-13动稳定度应不小于4500次/mm，SDA-

20动稳定度应不小于3500次/mm。

4.2.3SDA沥青混合料水稳定性检验应在规定的试验条件下进行浸水马歇尔试验和冻融

劈裂试验，并应同时符合表4.2.3的要求。

表4.2.3SDA沥青混合料水稳定性检验技术要求

气候条件与技术指标相应于下列气候分区的技术要求(%)

试验

>1000500～1000250～500<250

年降雨量(mm)及气候分区方法

1.潮湿区2.湿润区3.半干区4.干旱区

浸水马歇尔试验残留稳定度(%)不小于

SDA沥青混合料8580T0709

冻融劈裂试验的残留强度比(%)不小于

SDA沥青混合料8075T0729

4.2.4SDA沥青混合料低温性能检验宜在温度-10℃、加载速率50mm/min的条件下进行

弯曲试验，测定破坏强度、破坏应变、破坏劲度模量，并根据应力应变曲线的形状，综合评

价沥青混合料的低温抗裂性能。沥青混合料的破坏应变宜不小于表4.2.4的要求。

表4.2.4SDA沥青混合料低温弯曲试验破坏应变技术要求

气候条件与技术指标相应于下列气候分区所要求的破坏应变(µε)

<-37.0-21.5～-37.0-9.0～-21.5>-9.0试验

年极端最低气温(℃)

1.冬严寒区2.冬寒区3.冬冷区4.冬温区方法

及气候分区

1-12-11-22-23-21-32-31-42-4

SDA沥青混合料不小于300028002500T0715

4.2.5SDA沥青混合料渗透性能可采用渗水试验评价，宜利用轮碾机成型的车辙试验试

件，脱模架起进行渗水试验，并符合表4.2.5的要求。

表4.2.5SDA沥青混合料试件渗水系数技术要求

级配类型渗水系数要求(ml/min)试验方法

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SDA沥青混合料不大于60T0730

4.3施工质量检验

4.3.1SDA沥青混合料路面施工质量检验应符合表4.3.1的要求。

表4.3.1SDA沥青混合料路面施工质量检验技术要求

项目检查频度质量要求或允许差试验方法

无油斑、离析、轮迹等

外观随时目测

现象

沥青、集料的加热温传感器自动检测、显示并

逐盘检测评定符合本规程规定

度打印

混合料出厂温度逐车检测评定符合本规程规定数显式温度计实测

0.075mm±2

矿料级≤2.36mm逐盘在线检测±4计算机采集数据计算

配，与≥4.75mm±5

生产设0.075mm±1《公路沥青路面施工技术

逐盘检查，每天汇总

计标准≤2.36mm±2规范》（JTGF40-2004）附

1次取平均值评定

级配的≥4.75mm±2录G总量检验

差0.075mm±2

每台拌和机每天上、拌和厂取样，用抽提后的

（%）≤2.36mm±3

下午各1次矿料筛分

≥4.75mm±4

逐盘在线监测±0.3计算机采集数据计算

公路沥青路面施工技术规

沥青含量（油石逐机检查，每天汇总

±0.1范》（JTGF40-2004）附录

比），与生产设计的1次，取平均值评定

F总量检验

差（%）

每日每机上、下午各1

−0.1，+0.2拌和厂取样，离心法抽提

次

马歇尔试验：稳定

度、流值、密度、空每台拌和机2次/日符合设计要求拌和厂取样成型试验

隙率

拌和厂或现场取样成型送

车辙试验必要时不小于设计要求

试验室试验

随时基本不渗水向路面倒水观察

渗透试验

单幅10点/km宜不大于80ml/min用改进的渗水仪测定

不小于马歇尔密度的98

压实度（%）单幅10点/km（单点检验），最大理论钻孔法

密度压实度为94～96.5

对试验段段全线每车整车式颠簸累积仪或3m连

平整度不大于设计要求

道连续测定续式平整度仪

摩擦系数摆式仪

1处/200m符合设计要求

构造深度铺砂法

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附录A级配迭代设计示例

A.0.1本示例混合料级配设计包含矿粉、[0-1.18mm]、[0-5mm]和[10-15mm]四档集

料，共需进行3步级配优化。

A.0.2各档集料通过百分率如表A.0.2-1，通过百分率曲线如图A.0.2，平均粒径取通过

率为50%时对应的筛孔尺寸。集料与矿粉的体积指标如表A.0.2-2。

表A.0.2-1各档集料通过百分率汇总表

各筛孔（mm）通过百分率/%平均粒径

集料

191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075d/mm

10-15mm10099.783.815.60.80.80.80.80.80.70.710.97

0-5mm10097.060.343.727.616.310.77.12.026

0-1.18mm10099.863.137.024.516.00.485

矿粉10098.892.482.170.30.076

图A.0.2各档集料通过百分率曲线图

表A.0.2-2各档集料通过百分率汇总表

集料表观相对密度毛体积相对密度吸水率/%

10-15mm2.87112.81290.7203

0-5mm2.92792.9039/

0-1.18mm2.8984/

矿粉2.7266

A.0.3[10-15mm]为粗集料，[0-5mm]为细集料，d细集料/d粗集料=0.1846＜0.2，按照本规

程3.4.1条规定进行试验，得到如下三方程。

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yx1=-0.3661+0.4819

yx2=1.7419−1（A.0.3）

yx3=0.4733

式中：yi——矿料空隙指数（e）；

x——粗集料比例（p）。

联立方程2和方程3，求得优化后的Pt值为79%。优化过程如图A.0.3所示。

图A.0.3第一步优化

A.0.4确定79%[10-15mm]和21%[0-5mm]为粗集料，[0-1.18mm]为细集料。GB5方法

中相邻两档集料间的平均粒径比为d细集料/d粗集料=d[0-1.18mm]/d[0-5mm]=0.2394＞0.2，略大于要求

值，此时粗细集料间会产生一定程度的干涉作用，在按照流程求得Pt后，需进一步验证其

敏感性；可分别对Pt±0.5%进行进一步的优化和分析，如有必要，可进一步对Pt进行扩大范

围，以确定最小的空隙指数进而确定各档集料的比例。按照本规程3.4.1条规定进行试验，

得到如下三方程。

yx1=-0.3219+0.4629

yx2=1.5197−1（A.0.4）

yx3=0.3816

联立方程2和方程3得到Pt为87.9%，在该值附近取不同p值进行试验，求得使矿料

空隙比达到最小值的点，最终取