骨架密实型沥青混合料集料级配设计方法

骨架密实型沥青混合料集料级配设计方法

第21卷 第5期2008年9月

文章编号:1001 7372(2008)05 0006 04

中 国 公 路 学 报

ChinaJournalofHighwayandTransport

Vol.21 No.5

Sept.2008

骨架密实型沥青混合料集料级配设计方法

王立久,刘 慧

(大连理工大学土木水利学院,辽宁大连 116024)

摘要:通过对球体颗粒的堆积和填充特性的研究,从理论上分析了骨架密实型沥青混合料集料中粗、细集料和填料的用量。结合逐级堆积理论和分形理论,根据粗、细集料的架构效应和填充作用的不同,提出了粗、细集料级配设计的数学公式,并给出了粗集料级配调整的数学公式,根据这些数学公式,得出了3种不同的设计级配。结果表明:骨架密实型沥青混合料中粗集料质量分数为74%,细集料质量分数为15.2%,填料质量分数为10.8%;集料的3种级配的体积参数均满足相应的规范要求,3种级配形成的混合料的稳定度和流值也均满足技术规范要求。

关键词:道路工程;骨架密实型沥青混合料;分形理论;级配设计;填充理论;堆积理论中图分类号:U414.1 文献标志码:A

MethodofAggregateGradationDesignofSkeleton

DensenessAsphaltMixture

WANGLi jiu,LIUHui

(SchoolofCivilEngineeringandHydraulics,DalianUniversityofTechnology,Dalian116024,Liaoning,China)

Abstract:Throughthestudyofpackingandfillingcharacteristicsofaggregate,thedosagesofcoarseandfineaggregateandfillingwerecalculatedforaggregateofskeletondensenessasphaltmixture.Accordingtothepackingtheoryandthefractaltheory,themathematicalmodelsofcoarseandfineaggregategradationdesignwerepresentedintermsofthedifferentframeeffectsandfillingactionsofcoarseandfineaggregate.Theformulaeofcoarseaggregateadjustablegradationdesignwereputforward.Threegroupsofthemineralgradationsofasphaltsmixturesweregotbytheseequations.Resultsshowthatthecoarseaggregateis74%;thefineaggregateis15.2%andthefilleris10.8%inskeletondensenessasphaltmixture;thevolumeparametersofthreegradations,flowvalueanddynamicstabilityofthreegroupsofasphaltmixturesallmeettheneedsoftechnicalspecification.

Keywords:roadengineering;skeletondensenessasphaltmixture;fractaltheory;gradationde sign;fillingtheory;packingtheory

级配考虑不足。靠经验形成的各自的配制沥青混合料矿料级配的设计成果,更新周期长,对条件变化的适应性差,不利于沥青路面材料的广泛应用。只有在沥青混合料矿料级配的设计方法从实践上升到理论试验研究后,沥青路面结构材料的创新才能进入

0引 言

目前多级嵌挤结构矿料级配设计方法的研究方兴未艾,研究方法和手段也各不相同,但侧重点都是在实现嵌挤密实这一功能上,对于粗集料、细集料的

收稿日期:2008 02 12

基金项目: 十一五 国家科技支撑计划项目(2006BAJ04A004):),,,,,E m

骨架密实型沥青混合料集料级配设计方法

第5期 王立久,等:骨架密实型沥青混合料集料级配设计方法一个高速发展的新时代。

关于级配理论的研究,实质上发源于中国的垛积理论

[1]

7

1.2堆积理论

在达到理想紧密堆积的状态时,不同粒径颗粒

。由于理论模型与实际情况存在较大的差

通过量的累积百分数的理论分布可用Dinger Funk方程表示[5 6]

lgR

PFTflgRfmin

=100Dmax-Dmin

异,故其在级配应用上没有得到广泛的发展。对于沥青混合料的级配组成,常用的级配理论主要有最大密度曲线理论、粒子干涉理论和分形理论。

Fuller提出的最大密实曲线理论是从集料以何种比例组合能达到最大密实度的角度出发来确定级配中各种粒径的分布,主要描述了连续级配的粒径分布,用于计算连续级配。Weymouth提出的粒子干涉理论是在填充颗粒粒径不大于前一级颗粒间隙距离的前提下,逐级进行填充,达到最大密实度,否则前一级颗粒与次级颗粒之间势必发生干涉现象。粒子干涉理论则可用于计算连续级配、间断级配和折断级配

[3]

[2]

(1)

式中:D为颗粒的粒径;CPFT为粒径不大于D的颗粒的量(质量比或体积比)的累积百分数;Dmin为集料中的最小粒径;Dmax为集料中的最大粒径;f=,Dr为相邻两筛孔的直径比;R为通过相邻两lgDr

筛孔的颗粒量之比。1.3

分形理论

当不同密度的碎石混合后,表征碎石特征尺寸的筛孔孔径形成一种分布,这个分布函数是一种数学分形,由此导致其不同粒径之间的级配情况也为分形。集料的分形级配形式可用式(2)表示[7]

min

P(D)=!100%Dmax-Dmin

集料粒径分布维数。

根据给出的不同D值,即可得到料场相同情况下的不同级配集料。根据无穷破碎体分形和集料的

自身特性,级配集料的分维数在2~3之间的情况较为常见。

3-x

3-x

。分形理论是近年来随着材料学的

发展,将分形几何理论应用于路面材料集料级配研究而出现的一种新方法,目前相关研究很少。

本文中根据前人研究的成果,以逐级填充和干涉理论为基础,借鉴混凝土集料和土粒的分形理论,从理论上对骨架密实型沥青混合料矿料级配设计方法进行了研究。

(2)

式中:P(D)为筛孔孔径为D时集料的通过率;x为

1

1.1

理论基础

填充理论

根据文献[4]可知,相同粒径或相同粒径比的球

形颗粒排列时,空隙率与其粒径的大小无关,仅与排列和填充方式有关。对于同种粒径和次级填充的球体,不同紧密排列方式下的空隙率和堆积率如表1所示,r1、r2分别为一级球体和次级球体的半径。

表1

Tab.1

不同填充方式下填充球体有规则排列的堆积率及空隙率

PackingRatesandVoidagesforFillingSpheres

RegularArrangementUnderDifferentFillingPatterns

2

多级骨架密实型沥青混合料矿料级

配设计的理论方法

沥青混合料矿料级配设计的关键主要有以下几个方面:粗、细集料的合理比例,粗、细集料的合理组成等。根据上述理论基础,本文中借鉴集料骨架的传递性和继承性,在众多学者研究的基础上提出了多级骨架密实型沥青混合料矿料级配设计方法Stone stoneFrameAggregateGrading)。:

,相当于一,相当于二细集料各级用量时,分别将粗、细,,

骨架密实型沥青混合料集料级配设计方法

8中 国 公 路 学 报 2008年

表2

Tab.2

粗集料级配各级通过率计算结果CoarseAggregateGradation

筛孔孔径/mmP(Di1)/%P(Di2)/%P(Di3)/%

19100100100

16879494

13.2636873

9.5283236

4.75000

体的堆积率都是74%,即空隙率为26%。因此,根据集料的填充理论可知,骨架密实级配粗集料的用量(质量分数,后文同)为74%,即控制筛孔的通过率为26%。2.2

确定粗、细集料组成的理论方法

对于多级集料而言,混合料骨架的形成和空隙率的大小并不仅仅与某一单一级别的粒径的填充状态有关,还与集料粒径比和相对数量息息相关。粗集料和细集料在混合料中都会起到一定的架构效应和填充作用,但二者对骨架形成的贡献不同。粗集料在混合料中主要贡献是形成骨架,即以架 …… 此处隐藏：6330字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……