热拌沥青混合料配合比设计最佳沥青用量范围估算

第 1 讲

热拌沥青混合料配合比设计最佳沥青用量问题研究

0 问题的提出♥

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一马氏设计方法简要回顾、马氏设计方法简要回顾¾

z级公路，宜在工程设计

宜在工程设计级配范围内计算

z

最佳沥青用量的确定

二、估算法确定最佳油石比范围的

技术思路

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三、估算法分析计算过程

•

100

γ+=γγ

•⋅−

s P VMA =100

• 沥青饱和度计算公式
VA VFA = × 100 VA + VV
VMA − VV × 100 VFA = VMA

2、估算最佳油石比 估算最佳油石比/最佳沥青含量
• 在VV、VMA技术标准已知的情况下，如 技术标准已知的情况下 如 果把前式中的沥青含量和毛体积相对密 度看作未知量 那么有方程组 度看作未知量，那么有方程组：
⎧ 100 − Pb Pb ( + ) ⋅ γ = 100 − VV f ⎪ γ se γa ⎪ ⎨ γ ⎪(100 − P ) ⋅ f = 100 − VMA b ⎪ γ sb ⎩

• 解方程组得：
100 − VV 1 1 ⎧ P = ( ⋅ − ) ⋅ γ a a ⎪ 100 -VMA A γsb γse ⎪ ⎪ 100 − VV ⎨ ⎪γ f = 100 − P P b b + ⎪ ⎪ γse γa ⎩

• 方程组解的讨论 方程 解的讨
100 − VV 1 1 Pa = ( ⋅ − ) ⋅γ a 100 − VMA γ sb γ se
（1）如果认为集料完全不吸收沥青，则
γ se = γ sb
，上式变为 ：
VMA− VV 1 P'a = ⋅ ⋅γ a 100 − VMA γ sb
(2) 两式相减得： 式相减得
——实质为有效油石比
γ se −γ sb ΔP − ) ×γ a = ×γ a a =( γ sb γ se γ se ×γ sb
1 1
——实质为吸收的油石比

3、估算时所需输入量 估算时所需输入量
• 空 空隙率的取值范围：例如 率 值 3%～ 5%，但为 减 计算 作 减少计算工作量，可取范围中值。 取范围中值 • 矿料间隙率的取值范围：规范往往给定最 小值的要求 但VMA距最小值不宜太近 小值的要求，但 （不小于0.6%），也不宜过大，对于粗级 配混合料 般不大于最小值加2% 配混合料一般不大于最小值加 %。 • 沥青饱和度的取值范围：例如60% ～75%

4、估算法举例
• 矿料级配为AK系列，空隙率技术标准为 4%～10%，集料最大粒径为 集料最大粒径为16.0 16 0㎜。据前 ㎜ 据前 述，矿料间隙率取值范围宜为15.1%～ 16.5%。沥青饱和度的技术标准60%～75%， 沥青的相对密度为1.034，矿料的合成毛体 积相对密度、表观相对密度和有效相对密度 分别为2.803 2 803、2.884 2 884和2.868 2 868；计算时取空 隙率范围中值VV=7%。把各计算参数代入 方程组求解 根据计算的沥青饱和度及其标 方程组求解，根据计算的沥青饱和度及其标 准要求，表1列出了部分沥青含量的计算结 果。

表1 估算法确定最佳沥青含量范围
体积指标 技术标准
矿料 间隙率 /%
集料吸收沥青时 计算结果
有效 沥青 含量 /%
集料不 吸收沥青时 计算结果
沥青 含量 /% 饱和度 /%
空隙率 /%
饱和度 /%
沥青 含量 /%
饱和度 /%
7.0 7.0 7.0 7.0 7.0 7.0
15.5 15.7 15.9 16.1 16.3 16.5
60～75 60～75 60～75 60～75 60～75 60～75
4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8
3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 4.0
59.8 60.2 60.7 61.1 61.5 61.9
3.6 3.7 3.8 3.8 3.9 4.0
54.8 55.4 56.0 56.5 57.1 57.6

• 由表可见，同时满足空隙率、矿料间隙率及 沥青饱和度等体积指标标准的沥青含量范围 是4.4%～4.8%，而马歇尔试验确定的最佳沥 青含量为4.5%，处于该范围之间，表明估算 法找到了最佳沥青含量所在的较小范围 。 • 为了比较，表中也列出了根据Superpave方 法计算的有效沥青含量。另外由表知，认为 集料不吸收沥青时所得沥青含量明显偏小， 从而造成沥青饱和度均不合格，因此得不出 最佳沥青含量范围。表明不考虑集料吸收沥 青时找不出最佳沥青含量的有效范围 估算 青时找不出最佳沥青含量的有效范围。估算 时必须按集料吸收沥青的情况予以考虑。

• 为了对估算法确定最佳沥青含量范围的 有效性与可信性探个究竟，又利用了另 外一些沥青混合料组成设计的工程实例， 现将其估算与试验的结果连同上例共 现将其估算与试验的结果连同 例共5 项一并汇于表2。其中前两项所用集料 相同，但级配曲线不同，不过均属我国 AK系列，其最佳沥青含量为马歇尔试验 结果，为笔者的实际试验；后三项的最 佳沥青含量是美国Superpave体系的设 计结果，为林绣贤先生的实际试验 。

• 有效沥青含量的确定可按下式计算：
γa Pbe = (VMA − VV) ⋅ γf

矿料相对密度

沥青最佳沥青含量范围

估算值/%

最佳沥青含量实测值

/%工程实例

相对密度

毛体积

表观

有效

我国

Super

p 马歇Super pave 相对密度相对密度相对密度AK级配-pave 级配

尔法-pave

1

2.8032813 2.8842901 2.8682883 1.0341034 4.4～4.844～48 4.5472 2.813

2.901

2.883

1.034

4.4～4.8

4.7

3

285128982889102945～534645 2.8512.8752.658 2.8982.9192.700 2.8892.9102.692 1.0291.0291.039 4.5～5.34.4～5.35.1～5.7 4.64.85.2