ATB_25沥青混合料级配优化
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
其次，从沥青混合料的集料级配角度上来说，要 使沥青混合料密实不透水的话，集料间隙率不能太 大。尽管大的集料间隙率，可以通过多用沥青来使 其密实，但这样不仅经济性差，而且务必会降低沥青 混合料的高温稳定性。而要使沥青混合料具有较强 的高温稳定性，就应使沥青混合料中的粗集料形成 骨架嵌挤结构，我国沙庆林院士开发的 SAC、德国开 发的 SMA、法国开发的 BBM 等等，都是应用了这一
mm 的通过量以满足一定的粗集料间隙率 VCAmix， 到不同级配下粗集料的自然堆积状态下以及捣实状
且路面不渗水来加以确定。
态下的密度，计算所得 VCADRC与 VCAnat 值见表 1。
ATB —25 作为基层（ 或下面层） 使用，一般都不
从表中结果可以发现： VCADRC 一般介于39． 0%
表 1 ATB —25 VCADRC 与 VCAnat 值一览表 Table 1 The VCADRC and VCAnat value of ATB —25
了级配上限细集料比例，使 ATB —25 混合料始终处骨架密实结构，提高了 ATB — 25 混合料的高温抗车辙性能。同
时，ATB —25 矿料级配骨架密实结构理论分析与试验验证表明，考虑正常的施工偏差，优化后的级配范围始终处于
骨架密实结构，高温稳定性和水稳性能可以得到保证，可以应用在我国高温多雨大交通量高速公路的下面层中。
① 规范 推 荐 级 配 范 围 太 宽，4． 75 mm 与 2. 36 mm 筛孔通过率的上、下限差值超过了 12% （ 现行规 范要求控制在 12% 以内） ，分别达到了 20% 和 17% 。
② 当实际级配靠近低限时，难以保证 ATB 的 密实性，空隙率会比较大，在多雨地区容易导致水损 害。
1 级配优化技术思路
首先提出的混合料级配要满足使用环境条件对 沥青混合料基本性能的要求。本文主要针对用于高 温多雨、大交通量高速公路下面层的 ATB — 25 级配 范围进行优化。以往道路工作者认为，下面层在高 温季节由于层位较低，温度相对较低，且混合料粒径 相对较粗，不是产生车辙的主要层次。但是调查分 析表明，在超载、重载现象非常严重的我国高速公路 上，特别是在南方高温多雨地区，下面层的车辙也是 不容忽视的。因此，沥青混合料的基本性能要求为： ①密实不透水； ②具有较强的高温稳定性。
［关键词］ 道路工程； ATB —25 混合料； 级配优化； 骨架密实结构
［中图分类号］ U 416． 217 ［文献标识码］ A
［文章编号］1674 —0610（ 2011） 06 —0001 —05
Optimization of Aggregate Gradation for ATB-25 Asphalt Mixture
ZHONG Mengwu1 ，JIANG Gongxue2 ，SUN Chaolin2 ，ZHU Yuanfeng1 ， LUO Zhigao2 ，YUAN Haiya2 ，WU Kai1
（ 1． Hunan Communications Research Institute，Changsha，Hunan 410015，China； 2． Hunan Changxiang Expressway Construction and Development Co． ，Ltd，Changsha，Hunan 410219，China）
基本原理［3］。 应 用 在 高 温 多 雨 大 交 通 量 条 件 下 的 ATB —25 的矿料级配优 化 原 则 是 用 粗 集 料 形 成 骨 架，用细集料填充骨架中的空隙，使设计出的沥青混 合料既密实不渗水，又具有较高的高温抗永久变形 能力，即形成骨架嵌挤密实结构。
同时，应保证在当前施工技术水平条件下，考虑 正常的材料偏差、配料偏差与施工离析，最终沥青混 凝土的有关技术指标仍在允许范围之内。以往规定 的级配范围过大，往往接近范围下限的矿料级配的 沥青混凝土性质，与接近范围上限的矿料级配的沥 青混凝土性质，会有质的差别。即使实际施工级配 没有超出规定范围，其路用性能也是得不到基本保 证的。
2
公路工程
36 卷
和矿粉组成的矿料级配起到了重要作用。有研究表 明，沥青混合料的高温抗车辙能力有 60% 依赖于矿 料级配的嵌挤作用，沥青结合料的粘结性能只能有 40% 的贡献［1］。实践经验与理论分析表明，当 ATB— 25 用做高温多雨大交通量高速公路沥青路面的下 面层时，不 仅 应 密 水，而 且 应 具 有 良 好 的 高 温 稳 定 性。而我 国 现 行《公 路 沥 青 路 面 施 工 技 术 规 范》 （ JTG F40 —2004） ［2］中推荐的 ATB — 25 级配范围，实 践证明却并不理想，难以确保上述性能，主要原因有 以下几个方面：
［Key words］ road engineering； ATB-25 mixture； optimization of aggregate gradation； skeleton dense structure
0 前言
沥青混合料是由沥青结合料粘结矿料组成的， 其高温稳定性的形成机理也来源于沥青结合料的高
③ 当 ATB —25 取代通常用的 AC — 25，作为沥青 路面下面层使用时，在实际级配靠近规范上限时，将 成为一种悬浮式密实结构，在高温地区的大交通量 高速公路上，将影响其抗车辙的能力。
鉴于上述情况，本文在现有规范级配的基础上， 通过试验与理论分析，对用于下面层的 ATB — 25 级 配开展优化技术研究，提出适合于高温多雨大交通 量高速公路的级配范围。
［摘 要］ 以混合料骨料填充理论为基础，运用理论计算的手段给出了高温多雨大交通量高速公路沥青路面
下面层用 ATB —25 的合理级配范围，并且根据生产实践对级配进行了优化。与规范规定的级配范围相比，优化后
的 ATB —25 混合料级配范围，适当提高了级配下限的细集料比例，保证了 ATB — 25 混合料的密实性； 且大幅度减少
实骨架结构。国内许多学者均对此进行过研究，利
பைடு நூலகம்
用逐级填充理论，通过大量的试验，得出混合料最小
间隙率下粗细集料的比例，最终得出混合料的级配 范围［4 ～ 5］。还有学者，采用正交试验设计方法和使
用 性 能 试 验，得 出 不 同 环 境 下 混 合 料 的 最 佳 级 配［6 ～ 10］。这些研究，通过大量的试验，合理的给出
第6 期
钟梦武，等： ATB —25 沥青混合料级配优化
3
的最大粒径，mm； di为某筛孔尺寸，mm； k、n 为系数。 ATB —25 的最大粒径为 31． 5 mm，公称最大粒径
为 26． 5 mm，其通过量一般为 90% ～ 100% 。4. 75
使用改性沥青，其抗车辙能力更加要依赖于混合料 的骨架结构。因此，VCAmix 接近 VCADRC 为宜。课题 组采用不同的 ATB — 25 石灰石粗集料级配，试验得
第 36 卷，第 6 期 2011 年12 月
公路工程 Highway Engineering
Vol． 36，No． 6 Dec ． ，2 0 1 1
ATB — 25 沥青混合料级配优化
钟梦武1 ，蒋功雪2 ，孙超林2 ，朱沅峰1 ，罗志高2 ，袁海雅2 ，吴 开1
（ 1． 湖南省交通科学研究院，湖南 长沙 410015； 2． 湖南省长湘高速公路建设开发有限公司，湖南 长沙 410219）
温粘结性和矿料级配的嵌挤作用。但是在高温状态 下，即使采用了经过改性的高粘度沥青结合料，仅仅 依靠沥青是无法承受重载车辆荷载的强大水平推挤 力和水平剪切作用的。在这种情况下，由粗、细集料
［收稿日期］2011 —09 —10 ［基金项目］ 交通部西部交通科技项目（ 2009 318 785 104） ［作者简介］ 钟梦武（ 1966 — ） ，男，湖南新邵人，教授级高级工程师，从事路面结构与材料设计研究。
了混合料的级配范围。本文从理论计算分析的角
度，试图给出适合高温多雨（ 大交通量） 条件下，ATB
—25 的合理级配范围。
骨架密实结构是以粗集料为主的断级配，矿料
级配分为三大部分，一部分是粗集料，第二部分是细
集料，第三部分是填料。粗细集料的分界线统一定
为 4． 75 mm，即 大 于 4． 75 mm 为 粗 集 料，4． 75 ～
［Abstract］Base on the theory of filling aggregate mixture，this paper gives a reasonable gradation range of ATB-25 mixture used in lower layer below the highway which is in high temperature，rainy and high traffic by means of theoretical calculations，and optimizes the gradation according to production practice． Comparing to the specification of the gradation range，the differences between the optimized ATB-25 mixture gradation are that the lower limit of aggregate gradation appropriately increase the fine aggregate ratio，ensuring the density of ATB-25 mixture． While the upper limit of aggregate gradation substantially reduce the proportion of fine aggregate，making the ATB-25 mixture always at the skeleton dense structure and improving ATB-25 mixture ＇s performance of resisting rutting in high temperature． Meanwhile，the skeleton dense structure theory and experimental verification of ATB-25 aggregate gradation shows that considering the deviation of the normal construction，the optimized gradation range is always in the skeleton dense structure，whose high temperature stability and water stability properties can be guaranteed． Therefore，it can be used in lower layer below the highway which is in high temperature，rainy and high traffic．
2 矿料级配设计方法
矿料级配骨架密实结构的设计，目前有 2 种基
本方法。①凭经验确定一个较宽的级配范围，让使
用者按照较宽范围的中值和根据矿料的组成，自己
选择一条级配曲线，这种方法随意性太大。②是以
一种连续级配的粗集料为骨架，在保证粗集料骨架
不被挤开的条件下，用另一连续级配细集料填隙，形
成一个既具有高的密实度，又具有高内摩阻力的密
0. 075 mm 为细集料，小于 0． 075 mm 的为填料。本
文将矿料级配计算分别按粗集料、细集料两部分进
行，填料含量事先根据经验确定。
2． 1 粗集料的级配范围理论计算
ATB — 25 粗集料的级配计算可以按照基本公式
（ 1） 进行。
( ) Pdi = k
di Dmax
n
（ 1）
式中： Pdi为筛孔尺寸 di 的通过量，% ； Dmax 为矿料
mm 的通过量以满足一定的粗集料间隙率 VCAmix， 到不同级配下粗集料的自然堆积状态下以及捣实状
且路面不渗水来加以确定。
态下的密度，计算所得 VCADRC与 VCAnat 值见表 1。
ATB —25 作为基层（ 或下面层） 使用，一般都不
从表中结果可以发现： VCADRC 一般介于39． 0%
表 1 ATB —25 VCADRC 与 VCAnat 值一览表 Table 1 The VCADRC and VCAnat value of ATB —25
了级配上限细集料比例，使 ATB —25 混合料始终处骨架密实结构，提高了 ATB — 25 混合料的高温抗车辙性能。同
时，ATB —25 矿料级配骨架密实结构理论分析与试验验证表明，考虑正常的施工偏差，优化后的级配范围始终处于
骨架密实结构，高温稳定性和水稳性能可以得到保证，可以应用在我国高温多雨大交通量高速公路的下面层中。
① 规范 推 荐 级 配 范 围 太 宽，4． 75 mm 与 2. 36 mm 筛孔通过率的上、下限差值超过了 12% （ 现行规 范要求控制在 12% 以内） ，分别达到了 20% 和 17% 。
② 当实际级配靠近低限时，难以保证 ATB 的 密实性，空隙率会比较大，在多雨地区容易导致水损 害。
1 级配优化技术思路
首先提出的混合料级配要满足使用环境条件对 沥青混合料基本性能的要求。本文主要针对用于高 温多雨、大交通量高速公路下面层的 ATB — 25 级配 范围进行优化。以往道路工作者认为，下面层在高 温季节由于层位较低，温度相对较低，且混合料粒径 相对较粗，不是产生车辙的主要层次。但是调查分 析表明，在超载、重载现象非常严重的我国高速公路 上，特别是在南方高温多雨地区，下面层的车辙也是 不容忽视的。因此，沥青混合料的基本性能要求为： ①密实不透水； ②具有较强的高温稳定性。
［关键词］ 道路工程； ATB —25 混合料； 级配优化； 骨架密实结构
［中图分类号］ U 416． 217 ［文献标识码］ A
［文章编号］1674 —0610（ 2011） 06 —0001 —05
Optimization of Aggregate Gradation for ATB-25 Asphalt Mixture
ZHONG Mengwu1 ，JIANG Gongxue2 ，SUN Chaolin2 ，ZHU Yuanfeng1 ， LUO Zhigao2 ，YUAN Haiya2 ，WU Kai1
（ 1． Hunan Communications Research Institute，Changsha，Hunan 410015，China； 2． Hunan Changxiang Expressway Construction and Development Co． ，Ltd，Changsha，Hunan 410219，China）
基本原理［3］。 应 用 在 高 温 多 雨 大 交 通 量 条 件 下 的 ATB —25 的矿料级配优 化 原 则 是 用 粗 集 料 形 成 骨 架，用细集料填充骨架中的空隙，使设计出的沥青混 合料既密实不渗水，又具有较高的高温抗永久变形 能力，即形成骨架嵌挤密实结构。
同时，应保证在当前施工技术水平条件下，考虑 正常的材料偏差、配料偏差与施工离析，最终沥青混 凝土的有关技术指标仍在允许范围之内。以往规定 的级配范围过大，往往接近范围下限的矿料级配的 沥青混凝土性质，与接近范围上限的矿料级配的沥 青混凝土性质，会有质的差别。即使实际施工级配 没有超出规定范围，其路用性能也是得不到基本保 证的。
2
公路工程
36 卷
和矿粉组成的矿料级配起到了重要作用。有研究表 明，沥青混合料的高温抗车辙能力有 60% 依赖于矿 料级配的嵌挤作用，沥青结合料的粘结性能只能有 40% 的贡献［1］。实践经验与理论分析表明，当 ATB— 25 用做高温多雨大交通量高速公路沥青路面的下 面层时，不 仅 应 密 水，而 且 应 具 有 良 好 的 高 温 稳 定 性。而我 国 现 行《公 路 沥 青 路 面 施 工 技 术 规 范》 （ JTG F40 —2004） ［2］中推荐的 ATB — 25 级配范围，实 践证明却并不理想，难以确保上述性能，主要原因有 以下几个方面：
［Key words］ road engineering； ATB-25 mixture； optimization of aggregate gradation； skeleton dense structure
0 前言
沥青混合料是由沥青结合料粘结矿料组成的， 其高温稳定性的形成机理也来源于沥青结合料的高
③ 当 ATB —25 取代通常用的 AC — 25，作为沥青 路面下面层使用时，在实际级配靠近规范上限时，将 成为一种悬浮式密实结构，在高温地区的大交通量 高速公路上，将影响其抗车辙的能力。
鉴于上述情况，本文在现有规范级配的基础上， 通过试验与理论分析，对用于下面层的 ATB — 25 级 配开展优化技术研究，提出适合于高温多雨大交通 量高速公路的级配范围。
［摘 要］ 以混合料骨料填充理论为基础，运用理论计算的手段给出了高温多雨大交通量高速公路沥青路面
下面层用 ATB —25 的合理级配范围，并且根据生产实践对级配进行了优化。与规范规定的级配范围相比，优化后
的 ATB —25 混合料级配范围，适当提高了级配下限的细集料比例，保证了 ATB — 25 混合料的密实性； 且大幅度减少
实骨架结构。国内许多学者均对此进行过研究，利
பைடு நூலகம்
用逐级填充理论，通过大量的试验，得出混合料最小
间隙率下粗细集料的比例，最终得出混合料的级配 范围［4 ～ 5］。还有学者，采用正交试验设计方法和使
用 性 能 试 验，得 出 不 同 环 境 下 混 合 料 的 最 佳 级 配［6 ～ 10］。这些研究，通过大量的试验，合理的给出
第6 期
钟梦武，等： ATB —25 沥青混合料级配优化
3
的最大粒径，mm； di为某筛孔尺寸，mm； k、n 为系数。 ATB —25 的最大粒径为 31． 5 mm，公称最大粒径
为 26． 5 mm，其通过量一般为 90% ～ 100% 。4. 75
使用改性沥青，其抗车辙能力更加要依赖于混合料 的骨架结构。因此，VCAmix 接近 VCADRC 为宜。课题 组采用不同的 ATB — 25 石灰石粗集料级配，试验得
第 36 卷，第 6 期 2011 年12 月
公路工程 Highway Engineering
Vol． 36，No． 6 Dec ． ，2 0 1 1
ATB — 25 沥青混合料级配优化
钟梦武1 ，蒋功雪2 ，孙超林2 ，朱沅峰1 ，罗志高2 ，袁海雅2 ，吴 开1
（ 1． 湖南省交通科学研究院，湖南 长沙 410015； 2． 湖南省长湘高速公路建设开发有限公司，湖南 长沙 410219）
温粘结性和矿料级配的嵌挤作用。但是在高温状态 下，即使采用了经过改性的高粘度沥青结合料，仅仅 依靠沥青是无法承受重载车辆荷载的强大水平推挤 力和水平剪切作用的。在这种情况下，由粗、细集料
［收稿日期］2011 —09 —10 ［基金项目］ 交通部西部交通科技项目（ 2009 318 785 104） ［作者简介］ 钟梦武（ 1966 — ） ，男，湖南新邵人，教授级高级工程师，从事路面结构与材料设计研究。
了混合料的级配范围。本文从理论计算分析的角
度，试图给出适合高温多雨（ 大交通量） 条件下，ATB
—25 的合理级配范围。
骨架密实结构是以粗集料为主的断级配，矿料
级配分为三大部分，一部分是粗集料，第二部分是细
集料，第三部分是填料。粗细集料的分界线统一定
为 4． 75 mm，即 大 于 4． 75 mm 为 粗 集 料，4． 75 ～
［Abstract］Base on the theory of filling aggregate mixture，this paper gives a reasonable gradation range of ATB-25 mixture used in lower layer below the highway which is in high temperature，rainy and high traffic by means of theoretical calculations，and optimizes the gradation according to production practice． Comparing to the specification of the gradation range，the differences between the optimized ATB-25 mixture gradation are that the lower limit of aggregate gradation appropriately increase the fine aggregate ratio，ensuring the density of ATB-25 mixture． While the upper limit of aggregate gradation substantially reduce the proportion of fine aggregate，making the ATB-25 mixture always at the skeleton dense structure and improving ATB-25 mixture ＇s performance of resisting rutting in high temperature． Meanwhile，the skeleton dense structure theory and experimental verification of ATB-25 aggregate gradation shows that considering the deviation of the normal construction，the optimized gradation range is always in the skeleton dense structure，whose high temperature stability and water stability properties can be guaranteed． Therefore，it can be used in lower layer below the highway which is in high temperature，rainy and high traffic．
2 矿料级配设计方法
矿料级配骨架密实结构的设计，目前有 2 种基
本方法。①凭经验确定一个较宽的级配范围，让使
用者按照较宽范围的中值和根据矿料的组成，自己
选择一条级配曲线，这种方法随意性太大。②是以
一种连续级配的粗集料为骨架，在保证粗集料骨架
不被挤开的条件下，用另一连续级配细集料填隙，形
成一个既具有高的密实度，又具有高内摩阻力的密
0. 075 mm 为细集料，小于 0． 075 mm 的为填料。本
文将矿料级配计算分别按粗集料、细集料两部分进
行，填料含量事先根据经验确定。
2． 1 粗集料的级配范围理论计算
ATB — 25 粗集料的级配计算可以按照基本公式
（ 1） 进行。
( ) Pdi = k
di Dmax
n
（ 1）
式中： Pdi为筛孔尺寸 di 的通过量，% ； Dmax 为矿料