第11讲_热拌沥青混合料配合比设计最佳沥青用量范围估算

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
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
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• 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 时必须按集料吸收沥青的情况予以考虑。
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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16.0㎜。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、2.884和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 准要求，表1列出了部分沥青含量的计算结 果。 15
100 Pb Pb ( ) γ 100 VV f γ se γa γ (100 P ) f 100 VMA b γ sb
注意式中的 Pb，表示沥青含量
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• 解方程组得：
100 VV 1 1 P ( ) γ a a 100-VMA γsb γse 100 VV γ f 100 Pb Pb γse γa
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• 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 。
返 回
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作业
要求阅读 《沥青混合料目标配合比设计快速确定法》 （华东公路2001第1期）等几篇文献。 作者：林绣贤
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5
♥ 然后在此较小的范围内再进行马歇尔试 验进一步确定最佳油石比，只要这个范 围较小，那么进一步的试验量就将大为 减少，估算法就显示出其意义。
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二、估算法分析计算过程
1、体积指标计算公式及其变换
• 空隙率计算公式及其变换
f VV 1 100 mm
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♥ 由表2最佳沥青含量范围估算结果看，估算法 的原理解释了实际工程中为什么各种各样的级 配经试验确定的最佳沥青含量却往往都在5% 左右的现象。 ♥ 可见，估算法能必然地寻找到最佳油石比或最 第7讲的内 容 佳沥青含量所在的局部小范围，然后在此小范 围内以中值、中值+0.5%和中值-0.5%三个沥 青用量，再分别进行马歇尔试验，以确定最佳 沥青用量，显然此时工作量已大为减少（减少 40%）。
γ mm 100 Ps Pb γ se γ a
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后式代入前式整理得到：
100 Pb Pb ( ) γ f 100 VV γ se γa
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• 矿料间隙率计算公式及其变换
VMA 100
(100 Pb ) γf γ sb
γf γsb
Ps
100 VMA
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三、讨论及结论
所举工程实例的最佳沥青含量全部落在了估算的最佳 沥青含量范围之内，这是偶然现象还是必然事实？ 事实上，这是一种必然的情形，首先因为油石比 的求解过程可逆（方程组求解），其次因为： 1、估算法确定最佳沥青含量范围时，依据的是空 隙率、矿料间隙率和沥青饱和度三个体积指标的 技术标准范围，这就决定了所估算的最佳沥青含 量范围是一个理论上的范围，只有在此范围内的 沥青用量才能保证沥青混合料的体积指标满足规 范的要求。
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• 沥青饱和度计算公式
VA VFA 100 VA VV
现行试验规程公式
VMA VV VFA 100 VMA
美国、现行施 工规范公式
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2、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 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：
2
0.2 研究现状
3
研究现状，文献【】
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一、估算法确定最佳油石比范围的 技术思路
♥ 考虑到最佳油石比不过是上述较大沥青 含量范围内的一个点值，所以，在进行 了各种集料的毛体积相对密度、表观相 对密度的测试与矿料级配设计后，先不 进行马歇尔试验，而是依据空隙率、矿 料间隙率及沥青饱和度等技术标准的要 求，通过相关公式的推演、计算，来寻 求最佳油石比的范围，认为同时符合上 述体积指标要求的油石比构成最佳油石 比范围。
第 11 讲
热拌沥青混合料配合比设计 最佳沥青用量、及其范围估算
0 . 1 问题的提出
♥ 最佳沥青用量确定是沥青混合料配合比设计的 核心内容之一 ♥ 马歇尔试验法需要拟定5个沥青用量进行击实 试验，试验工作量既大，试验周期又长。 ♥ 如何减少马歇尔试验工作量，而又不影响最佳 油石比的确定应是积极探索的问题。 ♥ 估算法确定最佳沥青用量及其小范围
注意，解出的 Pa 是油石比
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• 方程组解的讨论
100 VV 1 1 Pa ( ) a 100 VMA sb se
（1）如果认为集料完全不吸收 1 P' a a 100 VMA sb
(2) 两式相减得：
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• 有效沥青含量的确定可按下式计算：
γa Pbe (VMA VV) γf
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表2 估算法确定最佳沥青含量范围工程实例
矿 料 相 对 密 度 工程 实例 沥青 相对 密度 最佳沥青含量范围 估算值/% 最佳沥青含量 实测值/% 马 歇 尔 法 4.5 4.7
毛体积 相对密度 2.803 2.813
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2、实际最佳沥青用量的确定尽管还需要考虑稳定 度和流值的大小，但这两个指标所需要的沥青 用量范围往往要大于体积指标的确定的范围 【回忆】 即：
。 因而实际沥的最佳沥青用量主要取决于（或就 在）体积指标决定的范围（内）。 从此意义上讲，估算法得到的最佳沥青含量范 围是衡量实际试验确定的最佳沥青含量是否正 确的一把标尺。 只要是体积设计法，上述估算法就能必然地 确定出最佳沥青用量的小范围。
——实质为有效油石比
se sb 1 1 Pa ( ) a a sb se se sb
——实质为吸收的油石比
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3、估算时所需输入量
• 空隙率的取值范围：例如3%～ 5%，但为 减少计算工作量，可取范围中值。 • 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 （不小于0.6%），也不宜过大，对于粗级 配混合料一般不大于最小值加2%。 • 沥青饱和度的取值范围：例如60% ～75%
1.029 1.029 1.039
4.5～5.3 4.4～5.3 5.1～5.7
4.6 4.8 5.2
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• 由表2可见，不论是针对哪种方法的设计 结果，估算法得到的最佳沥青含量范围 全部包含了实际试验确定的最佳沥青含 量，而且这个范围较小，说明估算法能 十分有效地搜索到最佳沥青含量所在的 局部小区域，进而表明该法确有参考实 用价值。
表观 相对密度 2.884 2.901
有效 相对密度 2.868 2.883
我国 AK级配 4.4～4.8 4.4～4.8
Super -pave 级配
Super -pave
1 2
1.034 1.034
3 4 5
2.851 2.875 2.658
2.898 2.919 2.700
2.889 2.910 2.692