沥青混合料的级配设计原则与方法

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1、沥青混合料的级配设计原则与方法王林宋树喜山东省交通科学研究所山东省烟台市交通局质检站1引言近年来，随着对高等级沥青路面技术的进一步研究，对于路面沥青混合料的认识提高逐渐提高。特别是近年来国际上一些先进的设计方法和设计理念的引进，为我们在沥青混合料的设计方面注入了新的活力。以往许多认识的误区正进一步得到澄清，对路面沥青混合料的研究与认识己经进入了一个崭新的阶段。以往对沥青混合料的级配选择问题的认识就是许多误区中的一个，我们逐渐认识到，对于沥青混合料的级配选择不再是千篇一律地选择级配范围的中值，而是根据路面的运输和气候条件和集料的自身特性进行优化选择。正在修订的

2、公路沥青路面施工技术规范和公路沥青路面设计规范也将级配的选择作为重要的修订内容。在这种前提条件下对进行沥青混合料设计的工程技术人员提出了更高要求，需要对沥青混合料的级配性质充分认识，做到有的放矢。本文将笔者近年来对沥青混合料级配的学习和研究的认识加以阐述，以抛砖引玉。沥青路面的使用性能很大程度上取决于沥青混合料的体积特性和压实特性。一般认为，如果路面沥青混合料的压实稳定性差，使用过程中空隙率过小容易出现车辙和泛油现象，而路面空隙率过大也容易出现水损、老化和失稳现象。沥青混合料在一定压实条件下的体积特性由矿料的体积特性和沥青胶结料的含量和性质确定。矿料的体积特

3、性直观地反映在一定压实条件下的矿料间隙率VMA的变化。影响矿料体积特性的主要因素有：矿料的级配、矿料材质的硬度、表面纹理、颗粒的形状、压实条件。级配是指沥青混合料中矿料不同粒径的分布，一般采用各个筛孔的通过率表示。它是沥青混合料中矿料的最重要特性，几乎影响到沥青混合料的几乎所有重要特性，包括劲度、稳定性、耐久性、渗水性、施工和易性、抗疲劳能力、抗滑能力甚至抗开裂能力。根据美国沥青路面协会NAPA的资料指出，对于高压力作用下的沥青混合料，如果是一个稳定的混合料，高温车辙的抗力80％是由集料骨架结构提供的，其余的20％是由沥青胶结料提供。虽然这个比例笔者认为有些

4、片面夸大矿料结构的作用，但也足以说明矿料结构在沥青混合料中的重要性。2对矿料级配的主要相关研究在对级配研究过程中我们发现，早期的级配研究主要是采用最大密实度理论，研究如何得到矿料的最大密实度。考虑的沥青混合料的特殊性，当时认为良好的沥青混合料级配组成应该是在热稳定性允许的条件下混合料的空隙率最小，以及保证一定的矿料比表面积使沥青可以裹覆，并使矿料之间处于最密实状态。最大密实理论主要有以下几种代表性理论。早在1900年Weymouth提出级配的干涉理论，在研究小球分布规律时，他指出，小于某一筛孔的部分与以上部分最密实时，在对数坐标图上是一条斜率等于0.5的直线

5、。之后许多人采用小球对级配进行了进一步的研究，W．B．FULLER提出的FULLER曲线、A.N.TABOL提出TABOL曲线（即N法），Bolomey，他提出的最大理论密度公式。1930年Nijboer采用实际的集料代替不同粒径的小球研究其最大密实性。他也是采用对数坐标进行研究，他发现，和小球不同的是最大密实线的斜率不是0.5而是0.45。其研究结果适合于破碎集料和非破碎集料。最大密实理论的研究为连续级配沥青混合料的级配选择提供了理论基础，具有最大密度的沥青混合料通过增大内部颗粒的接触与减少集料孔隙可以提供更大的密实度。热拌沥青混合料具有最大密度在级配理论

6、上似乎是合理的，但是由于最大密实理论计算出的矿料级配组成过于密实，通常含有过量的填充料，致使沥青胶结料没有足够的体积变化空间，以适应沥青胶结料高温膨胀的要求，另外，在最大密实状态的矿质混合料，较粗的集料通常悬浮在较细的集料中，并不能保证矿质混合料具有较大的内摩阻力。经过实践证明通常这些级配曲线并不能过直接地应用到工程实践中去，因为混合料必须留有一定的孔隙以保证其耐久性，避免泛油现象和车辙的发生。通常最大理论密度线只能作为级配曲线的参考线，以偏离最大理论密度线的多少来估计混合料的矿质混合料参与空隙的多少。除了密实以外，级配则需要充分考虑高温稳定性、抗离析能力、

7、施工特性（压实特性等）各方面的因素。而这些性能因素与沥青混合料的体积性质以及粗集料的比例组成有着更直接的关系。与矿质混合料级配性质最密切的体积指标就是矿料间隙率VMA。为了将沥青混合料的级配与使用性能建立起关系，许多业内人士针对沥青混合料的实用级配进行了大量的研究，这方面主要成果主要有：1950年Mcleod进行了以推荐最小矿料间隙率为基础的实用性能研究，经过研究认为如果沥青混合料中矿料过于密实，将产生软弱的沥青混合料。另外，提出了不同最大公称尺寸的矿质混合料其最小间隙率VMA的要求。为了增加矿料孔隙率，级配曲线需要离开最大理论密度线。该技术指标的提出，为设

8、计出高温稳定性较好的沥青混合料打下了基础。1962年