骨架密实类AC-13型沥青混凝土级配范围设计

骨架密实类AC-13型沥青混凝土级配范围设计摘要:本文以安徽省S205省道改扩建工程为背景,就骨架密实类的沥青混凝土进行级配设计,提出以关键筛孔以上颗粒为主骨料,其他作为填料来分析混合料的构成。主骨料的空隙除预留设计空隙以外均被填料填充,这样就形成了理想的骨架密实类结构,考虑到实际施工时的压实情况,主骨料的空隙范围确定为在堆积松散状态空隙和振实状态空隙之间。整个级配通过六个控制性筛孔来控制,结合相关参数来设计骨架密实类的AC-13型沥青混凝土级配范围。

关键词:骨架空隙级配混凝土

1 工程概况

本项目背景是二零零九年度安徽省公路管理局的大修项目S205省道改扩建工程,由于该道路车辆荷载为重交通,主要行驶车辆为砂石矿料车辆,超载严重,所以在对沥青混凝土面层设计时采用高温稳定性好、抗车辙的骨架密实类级配。本项目的沥青混凝土分为两层,上面层为4cmAC-13型,下面层为6cmAC-20型,本文主要作面层AC-13型的骨架密实类级配范围设计。

2 骨架密实类级配范围设计

2.1 控制性筛孔的确定

(1)最大粒径的确定,由AC-13型本身性质定义为最大粒径

dmax=16mm。

(2)最大公称粒径的确定,由AC-13型本身性质定义为d公称=13.2mm。

(3)d1/2max粒径的确定,为控制粗集料中的集料离析,需要控制d1/2max粒径,由AC-13型本身性质定义为d1/2max=9.5mm。

(4)d关键粒径的确定,《JTGD50-2006公路沥青路面设计规范》第5.3.2款规定d关键=2.36mm。

(5)响粉胶比粒径的确定,即控制0.075mm颗粒的含量,d粉胶=0.075mm。

(6)“禁区”筛孔的确定,为避免矿料级配中细集料用量向最大理论密度线靠近,致使成型后的沥青混合料矿料间隙率(VMA)偏小,所以要对在靠近最大理论密度线的矿料级配进行控制,所控制的区域为“禁区”,控制标准为(表1)。

2.2 空隙率的确定

经试验测得关键性筛孔2.36mm以上粗集料在堆积松散状态下的密度与最大表观密度相比,空隙体积率在42%～43%,在振实紧密状态下的密度和最大表观密度相比,空隙体积率在38%～39%。

2.3 级配范围上限计算

本项目AC-13用集料筛分结果见（表2）,不同规格下的矿料理论密度见（表3）。

由于本项目为二级公路,重交通量,设计空隙率(VV)取高限5%,矿料间隙率(VMA)取15%,沥青饱和度65%～75%取中值70%,计算沥青占有体积率为15%×70%=10.5%。

已知关键性筛孔尺寸2.36mm以上粗集料在松散状态下最小绝对体积为58%,所以关键性筛孔尺寸尺寸2.36mm以下的细集料+矿粉+沥青+预留孔隙率总和为42%,细集料在沥青混合料总绝对体积应占42%-15%=27%(包含矿粉)。

根据不同规格矿料筛分结果可知大于关键性筛孔尺寸2.36mm以上的颗粒含量为:

1#:100%;2#:99.6%;3#:88.7%;4#:14.7%;5#:0%。

大于关键性筛孔尺寸 2.36mm以上粗集料综合平均理论密度为:(2.801×1+2.807×0.996+2.793×0.887+2.785×0.147)/(1+0.996+0.887+ 0.147)=2.799(g/cm3)。

小于关键性筛孔尺寸2.36mm以下细集料(包含矿粉)综合平均理论密度为:(2.807×0.004+2.793×0.113+2.785×0.853+2.766×0.03)/(0.004+0.113+ 0.853+0.03)=2.785(g/cm3)。

关键性筛孔尺寸2.36mm以上粗集料的重量相对单位体积的沥青混合料而言下为:58×2.799=162.342。

2.36mm以下细集料(包含矿粉)的重量相对单位体积的沥青混合料而言下为:27×2.785=75.195。

沥青用量为:10.5×1=10.5。

为提高沥青混合料的抗老化性能,增加沥青胶泥的裹覆矿料的比表面积上的粘附性和粉胶比采用1:1.5的粉胶比,则填料用量为10.5×1.5=15.75。所以关键性筛孔尺寸2.36mm以下至0.075mm以上的细集料用量为:75.195-15.75=59.445。

矿料总量为:162.342+75.195=237.492。

配合比计算为:

粗集料:细集料:矿粉=162.342/237.492:59.445/237.492:15.75/237.492=68:25:7。

d关键为:25%+7%=32%。

油石比为:10.5/237.492=4.4%。

推算沥青混合料设计空隙率为:15%-10.5%=4.5%。

所以各控制性筛孔通过率计算如下:

(1)dmax通过率,dmax=100%。

(2)d公称通过率,为控制集料的离析需要控制集料的公称粒径,取d公称=97.5%。

(3)d1/2max粒径通过率,(d1/2max-d关键)/(100-d关键)=0.4～0.8,为了提高高温稳定性,比值取0.6。得d1/2max=78.8%。

(4)d关键通过率,由前部分计算可知d关键=32%。

(5)d粉胶通过率,由前部分计算可知d0.075=7%。

(6)禁区通过率见（表1）中的禁区下限。至此,AC-13骨架密实型各控制性筛孔的上限通过率全部求出,列表为（表4）。

2.4 级配范围下限计算

本项目AC-13用集料筛分结果见表5.2,不同规格下的矿料理论密度见表5.3。本项目为二级公路,重交通量,设计空隙率(VV)取高限5%,矿料间隙率(VMA)取15%,沥青饱和度65%～75%取中值70%,计算沥青占有体积率为15%×70%=10.5%。

已知关键性筛孔尺寸2.36mm以上粗集料在振动状态下最小绝对体积为62%,所以关键性筛孔尺寸尺寸2.36mm以下的细集料+矿粉+沥青+预留孔隙率总和为38%,细集料在沥青混合料总绝对体积应占38%-15%=23%(包含矿粉)。