本發(fā)明涉及建筑工程領(lǐng)域，尤其涉及公路工程建筑建設(shè)領(lǐng)域，特別涉及高級(jí)公路瀝青路面中使用的大粒徑瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
：瀝青混合料是由瀝青、粗集料、細(xì)集料和礦粉以及外加劑所組成的復(fù)合材料，是一種具有空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的多相分散體系。其力學(xué)強(qiáng)度主要由礦質(zhì)集料顆粒之間的內(nèi)摩阻力和嵌擠力、瀝青膠結(jié)料及其與礦料之間的粘結(jié)力所構(gòu)成。大粒徑瀝青混合料(large-stoneasphaltmixes，簡(jiǎn)稱lsam)是瀝青混合料的一種類型，一般是指礦料的最大公稱粒徑大于25mm，最大可達(dá)63mm的瀝青混合料。與傳統(tǒng)的瀝青混合料一樣，其組成結(jié)構(gòu)也可分為骨架-空隙結(jié)構(gòu)、懸浮-密實(shí)結(jié)構(gòu)及骨架-密實(shí)結(jié)構(gòu)。骨架-空隙結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的級(jí)配是開級(jí)配，懸浮-密實(shí)結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的級(jí)配是密級(jí)配，但在生產(chǎn)實(shí)踐中因其抗車轍性能較差，使用受到了限制。骨架-密實(shí)結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的級(jí)配為密級(jí)配，也是工程實(shí)踐中最常用的大粒徑瀝青混合料結(jié)構(gòu)類型，其常用形式有適用于下面層和上基層的嵌擠骨架-密實(shí)型結(jié)構(gòu)(空隙率3％～6％)。大粒徑瀝青混合料的設(shè)計(jì)采用了新的理念，從級(jí)配設(shè)計(jì)角度考慮，大粒徑瀝青混合料應(yīng)當(dāng)是一種新型的瀝青混合料，通常由較大粒徑(25mm～62mm)的單粒徑集料形成骨架，由一定量的細(xì)集料形成填充而組成的骨架型瀝青混合料。大粒徑瀝青混合料設(shè)計(jì)為半開級(jí)配或者開級(jí)配。由于大粒徑瀝青混合料有著良好的排水效果，通常為半開級(jí)配(空隙率為13～18％)。它不同于一般的瀝青處治碎石(atpb)基層，也不同于密級(jí)配大粒徑瀝青混合料(atb)。瀝青處治碎石粗集料形成了骨架嵌擠，但基本上沒有細(xì)集料填充，因此空隙率很大，一般大于18％，具有非常好的透水效果，但由于沒有細(xì)集料填充，其空隙率過大、模量較低而且耐久性較差。密級(jí)配大粒徑瀝青混合料也具有良好的骨架結(jié)構(gòu)，空隙率一般在3～6％，因此其不具有排水性能。大粒徑瀝青混合料級(jí)配經(jīng)過嚴(yán)格設(shè)計(jì)，形成了單一粒徑骨架嵌擠，并且采用少量細(xì)集料進(jìn)行填充，提高混合料模量與耐久性，在滿足排水要求的前提下降低混合料的空隙率，空隙率一般為13～18％，因此其既具有良好的排水性能又具較高模量與耐久性。最近十幾年以來，美國(guó)、英國(guó)、南非、日本、澳大利亞、加拿大等對(duì)大粒徑瀝青混合料進(jìn)行了研究，并修筑了許多試驗(yàn)路，但是他們的研究報(bào)告卻沒有公開。我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)也對(duì)lsam動(dòng)彈性模量與壓實(shí)度、溫度關(guān)系，進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究。他們采用的lsam的礦料級(jí)配見表3-1。由國(guó)內(nèi)外參考級(jí)配可以看出，這些級(jí)配設(shè)計(jì)有的是根據(jù)最大密度曲線理論算出的，而有的根據(jù)粒子干涉理論，通過反復(fù)試驗(yàn)得出的；這些級(jí)配設(shè)計(jì)并沒有考慮superpave設(shè)計(jì)體系提出的限制區(qū)和控制點(diǎn)的概念。美國(guó)的nchrpreport386也認(rèn)為lsam級(jí)配的設(shè)計(jì)是沒有控制點(diǎn)，也沒有限制區(qū)的，只要空隙率和粉膠比適當(dāng)，通過試驗(yàn)證明其具有良好的路用性能，則lsam的設(shè)計(jì)級(jí)配是適用的。國(guó)外和我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)都著重對(duì)骨架-密實(shí)結(jié)構(gòu)級(jí)配的lsam進(jìn)行研究。目前，由于我國(guó)正對(duì)大粒徑瀝青混合料路用性能進(jìn)行研究，lsam礦質(zhì)集料級(jí)配設(shè)計(jì)還沒有一個(gè)實(shí)用的方法，主要根據(jù)普通瀝青混合料ac集料級(jí)配的計(jì)算公式如i法、n法或k法來計(jì)算lsam的級(jí)配，或根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和習(xí)慣用法進(jìn)行級(jí)配設(shè)計(jì)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明在總結(jié)國(guó)內(nèi)外大粒徑瀝青混合料級(jí)配范圍和級(jí)配設(shè)計(jì)的方法，提出一種lsam集料級(jí)配的設(shè)計(jì)方法，其中主要需要判斷粗集料是否形成骨架結(jié)構(gòu)的基本條件，即形成骨架結(jié)構(gòu)的前提條件是壓實(shí)狀態(tài)下瀝青混合料中的粗集料骨架間隙率vcamix必須等于或小于沒有其它集料、結(jié)合料存在時(shí)的粗集料集合體在搗實(shí)狀態(tài)下的間隙率vcadrc。具體設(shè)計(jì)過程如下：(1)測(cè)定粗集料的毛體積相對(duì)密度(ρc)(2)(2)測(cè)定在搗實(shí)狀態(tài)下粗集料骨架間隙率vcadrc用jtj058-2000中t-0309的搗實(shí)方法測(cè)定粗集料的松方相對(duì)密度ρ，按下式計(jì)算搗實(shí)狀態(tài)下粗集料骨架間隙率vcadrc。式中：ρca-粗集料合成毛體積相對(duì)密度(g/cm3)。3)測(cè)定在壓實(shí)狀態(tài)下瀝青混合料中粗集料骨架間隙率vcamix本發(fā)明確定的lsam的最佳油石比一般在3％～4.5％左右。因此，對(duì)不同礦料級(jí)配組成選擇適當(dāng)?shù)挠褪戎谱黢R歇爾試件，測(cè)定瀝青混合料毛體積相對(duì)密度ρmb，按下式計(jì)算vcamix：式中：pca-瀝青混合料中大于2.36mm的顆粒含量(％)。4)vcadrc、vcamix分析，判斷骨架間隙率vcamix是否小于或等于沒有其他集料、結(jié)合料存在時(shí)的粗集料集合體在搗實(shí)狀態(tài)下的間隙率vcadrc間隙率。5)根據(jù)vcadrc、vcamix分析，選取vcadrc≥vcamix的級(jí)配。具體實(shí)施方式下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述，但是以下描述的實(shí)施例僅僅作為對(duì)本發(fā)明進(jìn)行的進(jìn)一步說明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)容作出的一些非實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)和調(diào)整也屬于本發(fā)明保護(hù)范圍。本發(fā)明創(chuàng)造性的提出一種lsam集料級(jí)配的設(shè)計(jì)方法，其中主要需要判斷粗集料是否形成骨架結(jié)構(gòu)的基本條件，即形成骨架結(jié)構(gòu)的前提條件是壓實(shí)狀態(tài)下瀝青混合料中的粗集料骨架間隙率vcamix必須等于或小于沒有其它集料、結(jié)合料存在時(shí)的粗集料集合體在搗實(shí)狀態(tài)下的間隙率vcadrc。本發(fā)明設(shè)計(jì)了7種集料的級(jí)配，并通過本發(fā)明的設(shè)計(jì)方法確定最佳的lsam集料級(jí)配。具體過程如下：(1)測(cè)定粗集料的毛體積相對(duì)密度(ρc)按jtj058-2000中t-0304的方法測(cè)定，試驗(yàn)結(jié)果見表1：表1粗集料的毛體積相對(duì)密度篩孔尺寸(mm)37.531.526.519.016.013.29.54.75ρc(g/cm3)2.7382.7262.6962.6892.7042.7012.7032.694(2)測(cè)定在搗實(shí)狀態(tài)下粗集料骨架間隙率vcadrc用jtj058-2000中t-0309的搗實(shí)方法測(cè)定粗集料的松方相對(duì)密度ρ，按下式計(jì)算搗實(shí)狀態(tài)下粗集料骨架間隙率vcadrc，結(jié)果見表2：式中：ρca-粗集料合成毛體積相對(duì)密度(g/cm3)。表2搗實(shí)狀態(tài)下粗集料骨架間隙率vcadrc(3)測(cè)定在壓實(shí)狀態(tài)下瀝青混合料中粗集料骨架間隙率vcamix本發(fā)明中，lsam的最佳油石比一般在3％～4.5％左右。因此，針對(duì)不同礦料級(jí)配組成選擇適當(dāng)?shù)挠褪戎谱黢R歇爾試件，測(cè)定瀝青混合料毛體積相對(duì)密度ρmb，按下式計(jì)算vcamix：式中：pca-瀝青混合料中大于2.36mm的顆粒含量(％)。具體油石比的選擇和測(cè)試結(jié)果見表3：表3壓實(shí)狀態(tài)下粗集料骨架間隙率vcamix(4)vcadrc、vcamix分析對(duì)配比的幾種級(jí)配進(jìn)行vcadrc、vcamix分析，結(jié)果見下表：表4vcadrc、vcamix數(shù)值對(duì)比級(jí)配類型1#級(jí)配2#級(jí)配3#級(jí)配4#級(jí)配5#級(jí)配6#級(jí)配ac-16vcadrc(％)36.6538.6338.7241.0837.5036.8640.08vcamix(％)44.6248.4843.5250.4747.0130.4656.82通過比較可以看出，七種級(jí)配類型中只有6#級(jí)配的粗集料vcamix值小于vcadrc值，形成了嵌擠結(jié)構(gòu)，其余幾種級(jí)配的粗集料則懸浮于細(xì)集料之間，沒有形成嵌擠結(jié)構(gòu)。通過對(duì)輪碾成形板切割的小梁型試件的斷面進(jìn)行觀察可以清楚的看出，6#級(jí)配中的粗集料互相嵌擠、細(xì)集料充填密實(shí)，明顯地形成了很好的骨架一密實(shí)結(jié)構(gòu)；而其它幾種級(jí)配，雖然結(jié)構(gòu)比較密實(shí)、且有相當(dāng)?shù)拇旨希患?xì)集料撐開，形成了懸浮一密實(shí)結(jié)構(gòu)。由以上分析可知，具有不同結(jié)構(gòu)組成的瀝青混合料其整體強(qiáng)度形成存在很大差異，并將對(duì)路用性能產(chǎn)生不同程度的影響，這就需要對(duì)不同結(jié)構(gòu)組成的瀝青混合料分別進(jìn)行路用性能分析。當(dāng)前第1頁12