贝雷参数对混合料级配特征与施工特性的影响(2)

1.7　混合料施工特性

混合料的施工特性为沥青混合料在摊铺、压实时的难易程度所表现出的工作特征,如是否容易发生材料

贝雷参数对混合料级配特征与施工特性的影响

第32卷　第5期　　　　　马登成,刘洪海,马尉倘,等:贝雷参数对混合料级配特征与施工特性的影响　　　　69离析,碾压推移、开裂及压实的难易程度等。混合料的施工特性直接决定了沥青路面的压实度、平整度和耐久性等。

2　贝雷级配设计方法

2.1　粗集料选取设计密度

粗集料设计密度与嵌挤程度有很好的相关性,直接决定粗集料的骨架结构。贝雷法提出的设计密度大于粗集料的松装密度,以满足粗集料形成相互嵌挤,干捣实密度为设计密度的上限,越接近干捣实密度施工难度越大,压实越困难。设计密度一般应从松装密度开始,最大不超过松装密度与干捣实密度的平均值[8,9]。坚硬的集料可取最小值,较软的集料取最大值。通常干捣实密度为松装密度的110%以上[6]。按松装密度的百分比计算,粗级配混合料取松装密度的100%～105%,细级配混合料取松装密度的90%以下。对于密级配混合料避免采用松装密度的90%～95%,以免混合料粗集料骨架不稳定,施工出现严重的变异性。

2.2　级配设计步骤

1)选取粗集料的预期密度;2)初步拟定几种集料组成比例;3)度,矿粉仅作视密度;4)测定大于0.22D、0.222D、0.22nDmm222D、0.22nD等合成集料的松装密度和干捣实密度)。各级粗,VMA是否满足要求;8)对合成级配进行分析。

3　贝雷参数对混合料级配特征的影响

贝雷法采用贝雷参数对粗细集料的级配进行约束。贝雷法的矿粉级配特征是粗细集料的用量有严格的范围,粗一级集料形成的空隙决定了细一级集料的用量,形成多级嵌挤密实结构,使混合料既具有抗车辙能力又具有抗水损坏的综合性能。

3.1　贝雷参数

3.1.1　粗集料的粗料率CA值

第一控制筛孔决定了粗细集料,可用1/2D(公称最大粒径)将粗集料进一步分为粗料和细料,通过该尺寸筛孔,材料的变化会影响粗集料自身结构,称为粗集料结构分界点[3,10]。其特性可用粗集料的粗料率(CA)描述,见式(2)。

CA=(PNMPS/2-PPCS)/(100-PNMPS/2)(2)

式中,PNMPS/2、PPCS为1/2公称最大粒径的通过率、第一控制筛孔通过率。

式(2)中分母为粗集料的粗料部分,分子为粗集料的细料部分,因此PNMPS/2决定了粗集料颗粒之间的均衡关系。粗集料称为填塞料,CA减小时,填塞料的比例增加,会增加对空隙的填充,矿料间隙率减小;CA值增大时,干涉料增加,细料的干涉作用越来越明显,空隙率逐渐增大,矿料间空隙率增大。

3.1.2　细集料的粗料率

若将细集料视为一种也是由粗料和细料组成的合成级配的混合料,其分界点可用第一控制筛孔的公式计算称为第二控制筛孔,见式(3)、式(4)。同理可进一步计算第三控制筛孔。

SCS=PCS×0.22

TCS=SCS×0.22(3)(4)

式中,PCS、SCS、TCS为第一控制筛孔尺寸、第二控制筛孔尺寸、第三控制筛孔尺寸。

粗集料相互嵌挤产生的空隙由细集料填充,同理细集料中较粗的部分相互嵌挤产生的空隙由较细的集料填充。评价细集料中粗颗粒填充特性的参数用细集料的粗料率FAC,见式(5)。评价细集料中的细颗粒填充特性的参数用细集料的细料率FAf,见式(6)。

FAC=PSCS-PPCS

(5)

贝雷参数对混合料级配特征与施工特性的影响

　　　　　　　　　　　　　　　　　　武　汉　理　工　大　学　学　报　　　　　　　　　　　　　　2010年3月70

FAf=PTcs/PScs(6)

式中、PPcs、PScs、PTcs为合成级配在第一控制筛孔、第二控制筛孔和第三控制筛孔的通过率。

3.2　贝雷参数值范围表1　各参数建议范围

最大公称尺寸/mm

37.50

25.50

19.00

12.50

9.50

4.75CA0.80～0.900.70～0.850.60～0.750.50～0.650.40～0.550.30～0.450.35～0.500.35～0.50FACFAf由于贝雷参数值直接决定了集料的填充特性和混合料的体积参数,因此文献[1,2]中WilliamRVavrik提出了CA值应为0.4～0.8之间,FAC、FAf参数值范围为0.35～0.50之间,后来修正为根据最大公称粒径给出不同的CA值。见表1。各最大公称粒径

的控制筛孔和贝雷参数比值计算见表2[3]。

最大公称粒1/2最大公称第一控制

径NMPS/mm筛孔/mm

37.5

25

19

12.5

9.5

4.7519.012.59.54.75表2　集料控制筛孔和参数比值计算第二控制筛孔/mm2.361.181.180.6030第三控制筛孔/mm0.600.300.075筛孔/mm9.54.754.752.CA(P19.0-P9.5(100-P19.0)(-4.75)(100-5)(P54.75)/100-P)P-)/-P75)(P4.75-P2.36)/(100-P4.75)(P2.36-P1.18)/(100-P2.36)FACP2.36/P1./P4.751./75P0.60/P2.36P0.60/P2.36P0.30/P1.18FAfP0.60/P2.36P0.30/P1.18P0.30/P1.18P0.15/P0.60P0.15/P0.60P0.075/P0.304　贝雷参数对混合料施工特性的影响

贝雷法密级配混合料设计中,选取的设计密度在粗集料松装密度和干捣实密度之间是为了保证粗集料形成面2面相互接触的嵌挤骨架,以具有较高的稳定性。贝雷参数CA、FAC、FAf值的合理范围则是保证集料的合理填充产生符合要求的体积指标,满足耐久性的要求,并具有良好的施工特性,以提高和保证施工质量。

4.1　CA对混合料施工特性的影响

粗集料形成骨架嵌挤的前提条件如式(3)、式(4)所示,混合料中的粗集料间隙率应小于粗集料干捣实空隙率。这要求粗集料足够多,细集料对粗集料不能产生过大的干涉。即次一级集料粒径不能过大,数量不能过多。

CA比的变化在很大程度上决定了粗集料的嵌挤程度和混合料的施工特性[10]。当CA比增大时,粗集料中的细集料增多易对集料级配发生干涉,混合料中的粗细级骨架从强骨架向弱骨架发展;CA比过大时骨料不能形成骨架结构,当CA比值接近1.0时,细料和粗料两部分数量接近,在形成骨架时都不占主要地位,由于中间粒径过多,不能形成一致的骨架结构。混合料在碾压时容易推移,也很难压实。当CA值大于1.0时,细集料占据主要地位,粗颗粒少,处于悬浮状态;当比偏小时,需要较多的细集料填充空隙,虽然粗集料嵌挤较好,但是由于粗、细集料比例失调,粗料成分往往不均匀,混合料容易发生。建议控制在0.4～0.6之间。

4.2　FAC、FAf对混合料施工特性的影响

若将混合料中的细集料作为一个整体看待时,也有粗、细料之分,较粗的成分形成的空隙由较细的成分填充,FAC反映了细集料中粗料部分与细料部分的嵌挤情况。FAC增大,细料成分比例增大使细集料形成更紧密的结构。但比值过大,表明细料过多,在0.45次级配图上会出现“驼峰”曲线。产生以下不良后果:1)降低混合料的强度和抵抗永久变形的能力;2)集料VMA不合格,不能保证足够的沥青膜厚;3)混合料对沥青含量非常敏感,沥青的微小变化都会使混合料变得不稳定;4)可能造成压实不稳定,出现严重的推移、开裂。

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