集料骨架间隙率用于评价沥青混合料级配的研究现状

２ 粗 集 料 集 料 骨 架 间 隙 率 （ Ｃ 用 于 粗 集 料 级 配 设 计 的 研 Ｖ Ａ）
究 ２１ ＶＣ ． Ａ压实方式的研究 对某种 特定 的粗集料而言 ． 其粒径 、 级配 、 形状和表面纹理都 已确 定 ．因此 Ｖ Ａ Ｒ Ｃ Ｄ Ｃ的大小则取决于粗集料的颗粒排列方式与颗粒接 触状况 。颗粒排列方式与颗粒接触状况又与压实方式和压实功有关 ＶＡＲ Ｃ Ｄ Ｃ和 Ｖ 的测量 方法有如下不同 ： Ｃ 一是压实方法 不同 ， 前者 用铁棒 插捣密实 。 后者为重锤冲击压实 ， 两者的压实功能无可 比性 ； 二 是试 验测量精 度不 同． 者密 实后体 积为 １ Ｌ 试样直径 ２ ． ｍ． 前 ０（ ３ ｃ 试样 ７ 高度 ２ ． ｍ）后者压实体积约 Ｏ １ ８ （ ２ｃ ， ７ ． ４ Ｌ 试样直径 １ ． ｃ ， 样高度 ５ ０１ ｍ 试 ６
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２１ ０ ２年
第２ １期
集料骨架问隙率用于评价沥青 混合料级配的研究现状
张一 军
ｆ 州 市市政 工 程设计 研 究院 广
广东
广州
５０ ６ ） １ ０ ０
【 摘 要】 除最大密实度 设计方法外， 粒子 干涉理论和各种 间断 密实级配设计方法均需要对沥青混合料结 构是 否嵌挤或填充 密实进行设计 和评价 ． 目 而 前仅靠对沥青混合料 物理性质和 力学性质 的检验是不够的。本文从集料骨架 间隙率研 究的专业 背景 、 集料骨 架间隙率用于粗 、 细 集料级配设计的研究和集料骨架间隙率的影 响因素三个方 面对 已有研究成果进行 了分析。 【 关键词】 道路工程 ； 沥青混合料 ； 集料 骨架间隙率； 堆积 密度 ； 角性 棱
骨架结构对于沥青混合料的强度 和变形 性质有直接影 响。 集料 骨 架 间隙率 与矿料 的粒径 、 形状 、 级配 、 棱角性 、 表面纹理 和强度密切相 关 对某种特定石质 的集料而言 ， 在破碎工艺已经优化或 已无可能调 整 的情况下 ， 其粒径 、 形状和表面纹理都已确 定 ， 应该在此基础上对矿 料混合料 的集料骨架间隙率进行研究 ， 得到合 理的矿料级配 。 粗集料形 成骨架空隙结 构 ． 用于抵抗 车轮荷载 ． 细集料 和矿粉则 填充这些空隙 ． 使混合料具有较好的高温性能 、 水稳定性和耐久性 ， 这 就是骨架密实型沥青混合料设计的用意。 子干涉 理论 和富勒（ｕｅ） 粒 Ｆ ｌｒ 提出的最大密度 曲线理论以追求最大密度为 目的 ， 只考虑 了沥青混合 料 的强 度 ． 综合考虑路用 性能 ， 没有 更不 能有 效指导 间断密级配混合 料设计 应用集料骨架间隙率分别评价粗 、 细集料结构和整个矿料混 合料结构是否逐级填充密实则是有效的手段 之一 。 本 文从 集料骨架 间隙率研究 的专业 背景 、集料骨架 间隙率用 于 粗、 细集料级配设计的研究和集料骨架 间隙率 的影响因素三个方 面对 已有研究成果进行 了分析
然． 沥青混凝土 的设计 仅靠物理性质 检验是不够 的。 还必须经过力学 性质的检验 例如 ． 水稳性试验 、 高温抗永久形变能力试验（ Ｇ Ｍ试 用 Ｔ 验 、 轮辙试验仪 ） 以及抗剪切形变能力检验 。美 国沥青协会 （ Ｉ 各种 ． Ａ） １９ 年编制 的“ ９５ 水准 １ 沥青混合 料设计 ” 中对于水 准 ２ 沥青混 合料 ， 需要通过 Ｓ Ｐ 力试验仪和间接抗拉试验仪得 出可 预估路面使用性 Ｕ 剪 能（ 指辙槽 深度） 资料后 ． 能使用 。 至今未见发表 的有关资料。 才 但 这方 面的试 验还有 单轴压缩蠕变试验和三轴试验等 。因此 ， 沙庆林院士提 出用 ｖ Ａ 方法检验确定 的紧密接触 骨架密实结构【在实际密实沥 ｃ 引 ， 青混凝 土中 ， 粗集料到底处于什么状态 ， 是松装或疏松接触状态 、 还是 干捣实紧装或紧密接触状 态 、 或处于两者 之间的某一状态 ． 对沥青混 凝土的高温抗永久形变能力具有重要影响
１ 集料骨 架间隙率研 究出现 的专业背 景——沥青 混合料嵌 挤 结 构 设计 和 评 价 方 法 研 究
间断密实级配沥青混 合料设计 中． 集料应该形成 骨架 ， 粗 或者 粗 集料碎石应该互相紧密接触 ， 使其作为承受行 车荷载的主体 ； 细集料 、 填料（ 矿粉或水泥 ） 和沥青 形成 的沥青砂 胶则填充在粗 集料骨架 的孔 隙中 ． 同时将粗集料胶结 在一起形成一整体 ， 同承受 行车荷载 的反 共 复作 用 ｙ ｏｔ 提 出的粒子干涉理论则认为要达到最大密实度 ， Ｗｅｍ ｕ ｈ 前 ６ ５ｍ ； ． ｅ ）三是计算 Ｖ Ａ时， ３ Ｃ 所用密度指标 的测量 体系不同 ， 前者在测 级颗粒之 间的空隙应 由次一级颗粒填充 ， 剩余空隙再 由更次一级颗 量时 ． 试样体积 已经 固定 ． 为测量筒的容积 １Ｌ 即计算 Ｖ Ａ Ｒ ０， Ｃ Ｄ Ｃ用的 它包括 了试 样表面 的所有 空隙 ： 计算 Ｖ Ａ 而 Ｃ， ￣ 粒填 充 ． 但填充的颗粒粒 径不得大于其 间隙的距离 。 则大小颗粒之 是体积法毛体 积密度 ． 否 间势必发生干涉现象 。逐级填充理论认为ｌ （ ） 】 １ 相同粒径的颗粒排列 时 ， ］ ： 用的是水中重法毛体积密度 ， ｖ Ａ 故 Ｃ 未 包括试样表 面的粗大空 时。 空隙率与其粒径 的大 小无 关 ， 仅与排列 和填充方式 有关 ；２ 间 断 隙。 （） 计 算 ＶＡ Ｒ 与 Ｖ Ａ 所 用 的试 样成 型方 法相 差悬 殊 ． ＣＤＣ Ｃｍ 填充 比逐级填充得到 的空隙率更小 ． 故间断级 配较连续级配能形成更 小的骨架 间隙率 ， 具有更加密实的骨架结构 ；３ 利用逐级填充理论设 Ｖ Ａ Ｒ （） Ｃ Ｄ Ｃ是用干插捣 ． 本不会 发生粗集料 的破碎 ： ＶＣ ｍ是用重 基 而 Ａ 计集料级配 ．其骨架间隙率与填充 方式和各 级集料 的填充比例相关 。 锤冲击 的方法密实 ， 粗颗粒往往 被击碎 ， 矿料级 配改变 ， 影响 了 ｖ Ａ ｃ 可见 ． 三种级配设计方法都需要对沥青混合料结构是否嵌挤或填充进 计算 的 准确 性 行设 计和评价 。 作者认 为 ．Ｃ Ｄ Ｃ与 Ｖ Ａ ＶＡＲ Ｃ ｍ两个 指标 的试验条件 、 法和机理 方 以某一档集料 的最佳含量和母体形成新的母体为底 ． 寻找次级集 不完全 一致 。无论是捣实或振实 ， 都是 由粗集料颗粒间的剪切力使颗 料的最佳含量 而得到 的骨架性能最优 次级料不能恰好填充 在上一级 粒相对运动 、 填充密实 。 ｖ Ａ 而 ｃ 是 由对 沥青混合料 的测试后 计算得 集料形成的空隙中 （ 除非 次级集料 的粒径 足够小 ）而是 随搅拌 、 ， 装填 到 ． 由于添加了细集料 和沥青胶浆 ， 颗粒 间的剪切力不再是使 得颗粒 和压实随机地分布在上一级集料形成的母 体中 ． 它只能符合某种统计 相对运动的唯一因素 ． 学机理发生 了较大 变化 ． 力 使得试验结果 之间 规律 ． 只能表现 出一种宏 观规律 ． 至于这 种宏 观规律又取决 于母体 的 的比较具有 了较大 的主观 陛和经验性 粒径分 布 、 次级粒料与母体的 比例关系 ２２ ＶＣ 用 于级 配设 计 的研 究 ． Ａ 由于混合料 中胶浆相对体积对粗颗粒 骨架结构有较大影响 ． 以 所 张肖 宁等基于 ２ 个基本假定［ （ ） ４ １假定 细集 料的颗粒不 对粗骨料 １ ： ＶＡ Ｃ ｍ的大小还能 间接反映 出混合料配比中胶浆数量是否合适 。 这也 的嵌挤结构形成干涉 ：２ （ ）细集料与沥青 混合 的胶浆也不对粗骨料的 正是美 国规范判断 Ｓ ＭＡ骨架是否形成的判据之根据所在。由于 Ｓ 嵌挤结 构形 成干涉 ．提 出了沥青混合料组成设 计的主骨料空 隙填 充 ＭＡ 良好 的路用 性能 而被 引入我 国公 路建设 ．公 路工程 集料 试验 规程 法， 其检验公式如下 ： （ 一 ） ＋ Ｌ＋ 。 ＝ （ Ｊ５ — ０ ０ 对粗 集料的堆积 密度 增加 了捣 实密度试 验 ． 之前只 Ｊ ０８２０ ） Ｔ 而 ｌ ｑ￣ ｕ ｏｃ Ｐ ｎ 有 自然 堆积和振实密度试验 卢 永贵等所进 行的试 验取配重 为 ２０ ｇ 配重 直径 １８ ｍ． 重 ５０ ． ４ｒ 配 ａ 用美 国工程兵 的旋转 击实仪 Ｇ Ｍ 得到的沥青 混合料 的密度 、ｖ 高度 １ｍ 。每次试验振动时 间为 ２ ｉ。为 了研究 四级粗集料 （９ Ｔ ｖ ５ｍ ｍｎ １～ （ 隙率 ） Ｖ Ａ 沥青混合 料矿料 间隙率 ） 空 和 Ｍ （ 最小 。 Ｆ 沥青饱 和度 ） ４ ５ ｍ 用量对粗集料 间隙率 （ Ｃ ） Ｖ Ａ（ ．ｍ ） ７ Ｖ Ａ 的影 响 ． 采用配方均匀设 计方法 最大 ：用美 国 Ｓ Ｐ的旋转击 实仪 Ｓ Ｃ得 到的密度 、 ｖ和 ＶＭＡ稍大 ， 安排 了多水平 的试验方 案 ． 果表 明 ， Ｕ Ｇ ｖ 结 粗集 料 中的最细粒径 组 （．～ ９５ Ｖ Ａ稍小： 马歇尔试验得到的密度 、 ｖ和 Ｖ Ｆ 用 ｖ ＭＡ最大 ， Ａ最小 。 �