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骨架型沥青混合料体积参数变化规律及影响机制深度剖析

一、引言

1.1研究背景与意义

随着经济的快速发展，交通量日益增长，对道路的性能和质量提出了更高的要求。沥青混合料作为道路建设的关键材料，其性能直接影响着道路的使用寿命、行车安全与舒适性。骨架型沥青混合料凭借其独特的结构优势，在道路工程中占据着关键地位。这种混合料由粗集料相互嵌挤形成骨架结构，再填充细集料、沥青结合料等，使其具备良好的高温稳定性、抗车辙能力以及耐久性，能够有效应对重载交通和恶劣环境条件下的道路使用需求。

在骨架型沥青混合料的众多性能影响因素中，体积参数起着举足轻重的作用。体积参数，如空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度等，直接反映了混合料中各组成部分的体积比例和空间分布状态，进而对混合料的力学性能、水稳定性、耐久性等产生显著影响。合理的空隙率能确保混合料在具备足够承载能力的同时，具有良好的排水性能，防止路面积水导致的行车安全问题，同时避免因空隙率过小而在高温时产生过大的内应力，引发车辙等病害；矿料间隙率则影响着沥青的填充空间和集料间的嵌挤效果，对混合料的强度和稳定性至关重要；沥青饱和度体现了沥青与矿料的裹覆程度，合适的饱和度可保证沥青混合料具有良好的粘结性能和耐久性。因此，深入研究骨架型沥青混合料体积参数的变化规律，对于优化混合料设计、提高道路性能具有至关重要的意义。

然而，目前对于骨架型沥青混合料体积参数变化规律的研究仍存在一定的局限性。一方面，不同原材料特性、级配组成以及施工工艺等因素对体积参数的综合影响机制尚未完全明晰，导致在实际工程中难以精准控制体积参数以满足设计要求；另一方面，现有的体积参数测试方法和评价指标在某些情况下无法准确反映混合料的真实性能状态，给工程质量的评估和控制带来困难。

本研究致力于系统地探究骨架型沥青混合料体积参数的变化规律，通过理论分析、试验研究和数值模拟等手段，深入剖析原材料特性、级配组成、施工工艺等因素对体积参数的影响机制，建立体积参数与混合料性能之间的定量关系模型，提出更为科学合理的体积参数控制指标和设计方法。这不仅有助于完善骨架型沥青混合料的设计理论和方法体系，为道路工程的材料设计和施工提供坚实的理论依据，而且能够在实际工程中有效指导混合料的生产和施工，提高道路的建设质量和使用寿命，降低后期维护成本，具有显著的经济效益和社会效益。

1.2国内外研究现状

在国外，对骨架型沥青混合料体积参数的研究起步较早。美国在Superpave设计体系中，就十分重视体积参数对沥青混合料性能的影响。通过旋转压实仪（SGC）成型试件，模拟现场压实情况，确定混合料的体积参数，如空隙率、矿料间隙率等，并以此为依据进行混合料的配合比设计。研究表明，Superpave设计方法下，合适的体积参数能使沥青混合料在高温稳定性和耐久性方面表现出色。例如，控制空隙率在一定范围内，可有效减少路面在高温时的车辙变形，提高路面的使用寿命。欧洲一些国家也对沥青混合料体积参数进行了深入研究，如德国采用的马歇尔试验方法，在确定最佳沥青用量时，充分考虑了体积参数的变化，通过大量试验建立了体积参数与混合料性能之间的关系，为工程实践提供了重要参考。

国内对骨架型沥青混合料体积参数的研究近年来也取得了显著进展。许多学者针对不同类型的骨架型沥青混合料，如SMA（沥青玛蹄脂碎石混合料）、OGFC（开级配抗滑磨耗层）等，开展了体积参数的研究工作。在SMA混合料研究中，发现粗集料的含量和级配组成对矿料间隙率和沥青饱和度影响显著，合理调整粗集料级配，可优化混合料的体积参数，进而提高其抗滑、耐磨和高温稳定性能。对于OGFC混合料，空隙率是关键体积参数，研究表明，合适的空隙率既能保证良好的排水性能，又能维持一定的力学强度。通过调整级配和沥青用量，可将OGFC混合料的空隙率控制在理想范围内。同时，国内也在不断探索新的体积参数测试方法和评价指标，以更准确地反映混合料的性能状态。

尽管国内外在骨架型沥青混合料体积参数研究方面取得了一定成果，但仍存在一些不足。在原材料特性对体积参数的影响研究中，对于一些新型材料或特殊产地的原材料，其与体积参数之间的作用机制尚未完全明确。例如，某些新型添加剂或特殊岩性的集料，在不同配合比下对体积参数的影响规律有待进一步研究。在级配组成与体积参数关系方面，虽然已有多种级配设计方法，但如何更精准地根据体积参数要求设计出满足不同工程需求的级配，还缺乏系统的理论和方法。此外，施工工艺如拌和温度、拌和时间、压实方式等对体积参数的动态影响研究还不够深入，在实际工程中难以实现对体积参数的全过程有效控制。因此，进一步深入研究骨架型沥青混合料体积参数变化规律，解决现有研究中的不足，是当前道路工程领域的重要课题之一。

1.3研究内容与