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级配·密度·油石比 交通运输部公路院 王旭东 Xd.wang@rioh.cn 沥青混合料性能评价的基础 不同沥青混合料设计方法； 不同沥青混合料类型； 不同沥青胶结料； 不同技术性能。 其比较的基本条件：相同级配，相同的密度测量方法，分别确定的油石比。 沥青混合料设计的三要素 沥青混合料质量控制的核心 级 配 级配的本质 级配的类型 级配的构成 级配对路用性能的影响 对级配的控制 1.1 级配的本质 各个粒径大小矿料之间的相互搭配，达到某种路用性能。（图） 受到粒径的大小、颗粒形状、矿料品质等因素影响。（表） 1.2 级配的类型 最大密实理论——连续型级配 最大密度曲线认为，固体颗粒按粒度大小，有规律地组合排列，粗细搭配，可以得到密度最大、空隙率最小的混合料；矿质混合料的颗粒级配曲线越接近抛物线，则其密度越大。 连续性级配—N法 泰波A.N法，根据最大密度原则提出： 通常情况下n=0.3~0.7； 当n=0.5，为富勒曲线； 日本推荐n=0.35~0.45； 美国以n=0.45作为标准级配依据。 连续性级配—K法 前苏联控制筛余量递减系数方法。 同济大学主张k=0.7~0.8较为合理； 在我国南方k=0.7为好，北方k=0.75为好，当k0.8容易产生车辙。 连续性级配—I法 同济大学林绣贤教授70年代提出，已通过百分率的递减率i为参数。 i=0.7~0.8为合理范围。 i0.8细料偏多； i0.7容易透水。 i=0.75为最佳。 经典连续型级配曲线（16型） 经典连续型级配曲线（16型） 连续型级配的特点 优点在于 密实性好 水稳性能好 施工和宜性好 缺点在于 高温稳定性不足 低温容易开裂 SUPERPAVE级配 ——修正的连续级配 根据最大密实曲线构建 禁区 S形曲线 近似于断级配 适用条件 以0.45次方最大密度曲线为依据——连续级配的思想； 同时认为，此时混合料的空隙太少，沥青膜薄，耐久性不够——级配限制区； 形成S形曲线； 问题： 设计限制区的合理性？ 级配构成仍是传统思想——高温性能不足。 粒子干涉理论——断级配的设计思想 级配构成的基本理论——粒子干涉理论，通过各个粒径矿料之间的相互嵌挤形成混合料的骨架结构。从而提高混合料的力学性能。 起源于八十年代末 以提高混合料抗车辙能力、抗水损坏能力、抗裂能力以及提高抗疲劳能力为目标。 国外代表性的断级配 法国BBTM 德国、美国SMA ARAC 我国断级配的发展历程 京津塘高速公路LH20 济青高速公路、京石高速公路 长吉高速、沪宁高速、石安高速、安新高速、SMA 济青高速试验路 京沪高速试验路、ARAC 环海高速（河北） 1.3 粗集料断级配的构成 由两条或两条连续曲线构成的级配。 三控制点，双曲线构成模型 三个控制点 最大公称粒径 间断点 0.075mm含量 两条曲线 最大公称粒径~间断点 间断点~0.075mm 粗集料、骨架密实型结构的 断级配特点 间断点为4.75mm； 碎石含量高，在70~65%； 0.075mm通过率较高，6~8% 空隙率一般不大于5%。 与SMA相比 碎石含量低5~7% 0.075mm含量低2~3% 曲线模型选择 两条间断曲线选择 幂函数模型 对数函数模型 指数函数模型 均有两个待定参数：a、b。 Y为各粒径的通过率； X为各粒径的孔径（mm）。 幂函数、对数函数、指数函数 三种模型粗集料级配曲线对比 指数函数最粗，幂函数居中，对数函数最细。 尽管粗集料含量相同，但粗集料内各档石料的搭配嵌挤情况不同。 三种模型粗集料级配的混合料密实型对比 粗集料或细集料曲线构建模型的受到矿料颗粒形状、品质等多种因素的影响，理论上的标准化模型还有待于深入研究和完善。 现有的方法可供工程上参考使用。至少提供了一种构建断级配的方法。 算例——幂函数模型 对于16型混合料，采用幂函数模型。 间断点和控制点确定： 4.75mm通过率30%； 0.075mm通过率6%； 16mm通过率95%。 根据以上控制点确定粗集料级配曲线方程组和细集料级配曲线方程组。 左式为粗集料方程组，右式为细集料方程组； 解方程组得到：a1=0.0684，b1=0.9491；a2=0.1639，b2=0.3880。 从而得到粗集料级配曲线为： Y=0.0684x0.9491 细集料级配曲线： Y=0.1639x0.3880 根据这两个级配曲线构成整个粗集料断级配曲线。 1.5 级配对路用性能的影响 级配对： 高温性能 低温性能 水稳定性 疲劳性能 粗集料断级配路用性能综合最佳 1.6 对级配的控制 原材料的源头控制 单粒径筛分 理论配合比设计优化 目标配合比试验的目的 生产配合比设计的核心 生产过程中的抽检 间歇式与连续式拌和设备 单粒径筛分 必要性 可行性