论文部分内容阅读
【摘 要】 矿料、沥青还有矿粉这三种成分组成了沥青混合料，沥青混合料的配比对于沥青发挥其功能具有重要的作用，正确的配比有利于沥青马路发挥其最大的作用。20世纪以来，人们越来越认识到了这些有关体积的参数对于沥青马路发挥其功能的重要作用。
【关键词】 矿料级配；马歇尔实验；沥青
一、前言
沥青马路在生活中广泛的出现，一条马路是否能够发挥它的重要功能，材料的配对是最主要的。本文就会通过对沥青马路的材料配对进行分析，重点阐述矿料级配，以及通过实验结果的展示，表明矿料及配对沥青混合料体积指标的影响。
二、沥青混合料的概述
沥青混凝土柔性路面具有良好的平整度、行驶舒适、干净、低噪音的特点已经被广泛使用在高速公路和其它高等级的公路上，为了提高沥青混凝土的质量，除了原材料、机械设备、施工工艺必须得到保证外，一个良好的沥青混凝土配合比设计也起到非常关键的作用，尤其是矿料级配的设计是否与道路交通量相匹配的程度。
1.沥青混合料类型。沥青混合料是由粗集、细集料、填料、沥青及添加剂组成，根据库仑定律τ=c+σtanφ，沥青混合的路用性能和力学特性依赖于集料的内摩阻力和沥青胶浆的凝聚力。美国联邦公路局将热拌沥青混合料（HMA）划分为连续密级配沥青混合料、SMA和OGFC等主要类型，从混合料组成上分为骨架密实型、悬浮密实型和骨架空隙型。
2.沥青混合料特性。高等级公路通车情况则要求路面材料要满足路面功能要求包括高温抗变形、低温抗开裂、抗疲劳等；足够的耐久性，也就是对自然环境因素影响的抵抗能力，如老化、冻融、浸水等等；合理的结构适应性，不同的沥青混合料结构类型应满足于不同的结构层次；优异的表面特性，包括良好的平整度、抗滑能力、排水能力等等；此外还必须有良好的施工特性，包括运输、摊铺和碾压。
3.级配要求。国家规范规定的指标是最基本的要求，规范必须兼顾全国各种不同的情况，很难满足每一个具体工程的要求。满足规范指标只是一个起码要求，并不一定是最优化的设计。一个好的设计应该具有良好的使用性能，施工操作性好及变异性小、容易压实，尤其是经得起实践考验，确保沥青路面不产生损坏。
矿料级配应集料的料径规格以方孔筛为主。集料级配的变化直接导致沥青混合料级配的变化。要减小沥青混合料的级配变异性，必须控制集料的级配变异性。矿料级配的目的是选配一个具有足够密实度，并且有较高内摩擦阻力的矿质混合料，矿料级配应该具有良好的嵌挤能力。合成级配曲线宜尽量接近设计级配中值，尤其应使0.075mm、2.36mm、4.75mm筛孔的通过量接近设计级配范围的中值。对高速公路，一级公路，城市快速路，主干路等交通量大，轴载重的道路，宜偏向级配范围的下（粗）限。对一般道路，中小交通量，或人行道等宜偏向级配范围的上（细）限。2.4合成的级配曲线应接近连续或有合理的间断级配，不得有过多的犬牙交错。
三、沥青混凝土马歇尔试验配合比方法
沥青路面施工中，应充分意识到混合料配合比设计的重要性，配合比设计的优劣，直接影响整个施工路段的使用质量。目前配合比的设计方法通常采用马歇尔配合比设计方法。
1.参照《规范》推荐，根据以往经验，固定一个最佳沥青含量，以预估的沥青含量为中值，按0.5%间隔变化，取5个不同的沥青用量，用小型拌和机与矿料拌和，击实成型马歇尔试件。分别测定试件的毛体积相对密度。确定沥青混凝土的最大理论相对密度。分别计算沥青混凝土试件的空隙率、矿料间隙率、有效沥青的饱和度等体积指标，进行体积组成分析。然后进行马歇尔试验，测定马歇尔稳定度、流值，计算马歇尔模数。然后进行马歇尔试验结果分析：绘制沥青用量与物理—力学指标关系图。以沥青用量为横坐标，以毛体积密度，空隙率，矿料间隙率，有效沥青饱和度，稳定度和流值为纵坐标，将试验结果绘制成沥青用量与各项指标的关系曲线。
2.对炎热地区公路以及高速公路、一级公路的重载交通路段，预计有可能较大车辙时，宜在空隙率符合要求的范围内将计算的最佳沥青用量减小0.1%～0.5%作为设计沥青用量。
3.对寒区公路、旅游公路、交通量很少的公路，最佳沥青用量可以在OAC的基础上增加0.1%～0.3%，以适当减小设计空隙率，但不得降低压实度要求。
4.在沥青混凝土配合比设计中，温度指标控制是很重要的，应采取适宜的拌和温度、击实温度。过高的拌和、击实温度将使最佳沥青用量偏少，降低路面耐久性，过低的温度使沥青偏大，降低抗车辙性能，且易出现泛油。
四、沥青混合料矿料级配设计的理论基础
级配组成理论的研究，最早发源于我国的垛积理论，但是没有得到广泛的发展。目前常用的级配理论主要有最大密度曲线理论、粒子干涉理论及分形理论。
富勒（W.B.Fuller）提出的最大密度曲线是一种理想曲线。该理论认为当曲线接近于抛物线时可获得最大密度，主要应用于连续级配。以此理论为基础，发展出以几种级配的算法：泰波提出的n法。此种方法只是强调如何使级配達到最大密实度，没有考虑是否形成骨架密实结构，满足不了级配的设计要求。同济大学林绣贤提出的I法。此种方法通过确定通过百分率的递减率I的范围，确定粗集料和细集料的级配。泰波法中的幂指数n与林氏法中的I两者存在着一定联系，都存在一个缺点，即它们都是无穷级数，最小粒径不能得到控制，会使矿粉用量偏多而影响路面的稳定性。然而前苏联伊万诺夫提出K法却能控制最小粒径的通过量，不会造成矿粉过多的问题。
五、矿料级配对沥青混合料体积指标的影响的实验结果
灰色系统理论着重研究的是其他不确定性系统。研究方法所难以解决的小样本贫信息不确定性问题其特点是少数据建模。采用传统方法对矿料级配与沥青混合料体积参数的关系进行研究需要大量数据和计算对各个因素之间的相互影响也难以估量，而灰色关联分析适用于少样本和无规律样本的分析其用于分析级配粒径对体积参数的影响具有优势。由灰色关联度分析可知2.36mm部分矿料粒径对沥青混合料空隙率VV和矿料间隙率VMA的影响最大。在沥青混合料中，大于等于2.36mm以上粒径是形成沥青混合料的主骨架该部分用量的多少及其搭配状况决定了混合料的骨架与剩余空隙大小对混合料的体积参数特别是空隙率与矿料间隙率有着至关重要的影响。其次是0.3mm粒径和沥青用量这两部分是构成沥青胶浆的主体部分能否在0.32～0.36mm部分集料填充粗集料间隙后使混合料充填密实。这一部分将起到关键作用而且沥青饱和度受这部分影响最大对于混合料体积参数来说矿料级配的影响比沥青用量的影响大，这主要是因为沥青混合料中矿料级配的状况直接决定了混合料中的空隙与间隙分布状况进而影响到沥青饱和度。沥青在体积参数方面主要是与矿粉一起形成沥青胶浆起填充与胶结作用如果矿料级配形成的空隙过大由于沥青析漏等原因不可能通过过量的沥青来解决。因此在混合料设计时首先应根据需求进行合理的矿料级配设计然后确定沥青用量。
六、结束语
应用灰色关联度理论分析级配与混合料体积参数之间的关系，可以利用少量的数据得到比较好的结果。对于影响因素较多、数据比较离散的研究对象灰色理论分析是一种比较好的方法。对沥青混合料体积参数影响最大的是粒径大于2.36mm部分矿料，其次是小于0.3mm粒径和沥青形成的沥青胶浆，0.32～0.36mm部分对体积参数的影响最小。整体而言，矿料级配对沥青混合料体积参数的影响大于沥青用量，在进行配合比设计时，首先应注重矿料级配特别是粗集料骨架结构的设计。
参考文献：
[1] JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范[S].
[2]李斌.浅析混凝土结构及其外观质量控制[J].企业科技与发展，2011.
[3]占宏；邓蕾蕾.水泥混凝土路面开裂机理探讨[J].重庆交通大学学报（自然科学版）；2010年03期
【关键词】 矿料级配；马歇尔实验；沥青
一、前言
沥青马路在生活中广泛的出现，一条马路是否能够发挥它的重要功能，材料的配对是最主要的。本文就会通过对沥青马路的材料配对进行分析，重点阐述矿料级配，以及通过实验结果的展示，表明矿料及配对沥青混合料体积指标的影响。
二、沥青混合料的概述
沥青混凝土柔性路面具有良好的平整度、行驶舒适、干净、低噪音的特点已经被广泛使用在高速公路和其它高等级的公路上，为了提高沥青混凝土的质量，除了原材料、机械设备、施工工艺必须得到保证外，一个良好的沥青混凝土配合比设计也起到非常关键的作用，尤其是矿料级配的设计是否与道路交通量相匹配的程度。
1.沥青混合料类型。沥青混合料是由粗集、细集料、填料、沥青及添加剂组成，根据库仑定律τ=c+σtanφ，沥青混合的路用性能和力学特性依赖于集料的内摩阻力和沥青胶浆的凝聚力。美国联邦公路局将热拌沥青混合料（HMA）划分为连续密级配沥青混合料、SMA和OGFC等主要类型，从混合料组成上分为骨架密实型、悬浮密实型和骨架空隙型。
2.沥青混合料特性。高等级公路通车情况则要求路面材料要满足路面功能要求包括高温抗变形、低温抗开裂、抗疲劳等；足够的耐久性，也就是对自然环境因素影响的抵抗能力，如老化、冻融、浸水等等；合理的结构适应性，不同的沥青混合料结构类型应满足于不同的结构层次；优异的表面特性，包括良好的平整度、抗滑能力、排水能力等等；此外还必须有良好的施工特性，包括运输、摊铺和碾压。
3.级配要求。国家规范规定的指标是最基本的要求，规范必须兼顾全国各种不同的情况，很难满足每一个具体工程的要求。满足规范指标只是一个起码要求，并不一定是最优化的设计。一个好的设计应该具有良好的使用性能，施工操作性好及变异性小、容易压实，尤其是经得起实践考验，确保沥青路面不产生损坏。
矿料级配应集料的料径规格以方孔筛为主。集料级配的变化直接导致沥青混合料级配的变化。要减小沥青混合料的级配变异性，必须控制集料的级配变异性。矿料级配的目的是选配一个具有足够密实度，并且有较高内摩擦阻力的矿质混合料，矿料级配应该具有良好的嵌挤能力。合成级配曲线宜尽量接近设计级配中值，尤其应使0.075mm、2.36mm、4.75mm筛孔的通过量接近设计级配范围的中值。对高速公路，一级公路，城市快速路，主干路等交通量大，轴载重的道路，宜偏向级配范围的下（粗）限。对一般道路，中小交通量，或人行道等宜偏向级配范围的上（细）限。2.4合成的级配曲线应接近连续或有合理的间断级配，不得有过多的犬牙交错。
三、沥青混凝土马歇尔试验配合比方法
沥青路面施工中，应充分意识到混合料配合比设计的重要性，配合比设计的优劣，直接影响整个施工路段的使用质量。目前配合比的设计方法通常采用马歇尔配合比设计方法。
1.参照《规范》推荐，根据以往经验，固定一个最佳沥青含量，以预估的沥青含量为中值，按0.5%间隔变化，取5个不同的沥青用量，用小型拌和机与矿料拌和，击实成型马歇尔试件。分别测定试件的毛体积相对密度。确定沥青混凝土的最大理论相对密度。分别计算沥青混凝土试件的空隙率、矿料间隙率、有效沥青的饱和度等体积指标，进行体积组成分析。然后进行马歇尔试验，测定马歇尔稳定度、流值，计算马歇尔模数。然后进行马歇尔试验结果分析：绘制沥青用量与物理—力学指标关系图。以沥青用量为横坐标，以毛体积密度，空隙率，矿料间隙率，有效沥青饱和度，稳定度和流值为纵坐标，将试验结果绘制成沥青用量与各项指标的关系曲线。
2.对炎热地区公路以及高速公路、一级公路的重载交通路段，预计有可能较大车辙时，宜在空隙率符合要求的范围内将计算的最佳沥青用量减小0.1%～0.5%作为设计沥青用量。
3.对寒区公路、旅游公路、交通量很少的公路，最佳沥青用量可以在OAC的基础上增加0.1%～0.3%，以适当减小设计空隙率，但不得降低压实度要求。
4.在沥青混凝土配合比设计中，温度指标控制是很重要的，应采取适宜的拌和温度、击实温度。过高的拌和、击实温度将使最佳沥青用量偏少，降低路面耐久性，过低的温度使沥青偏大，降低抗车辙性能，且易出现泛油。
四、沥青混合料矿料级配设计的理论基础
级配组成理论的研究，最早发源于我国的垛积理论，但是没有得到广泛的发展。目前常用的级配理论主要有最大密度曲线理论、粒子干涉理论及分形理论。
富勒（W.B.Fuller）提出的最大密度曲线是一种理想曲线。该理论认为当曲线接近于抛物线时可获得最大密度，主要应用于连续级配。以此理论为基础，发展出以几种级配的算法：泰波提出的n法。此种方法只是强调如何使级配達到最大密实度，没有考虑是否形成骨架密实结构，满足不了级配的设计要求。同济大学林绣贤提出的I法。此种方法通过确定通过百分率的递减率I的范围，确定粗集料和细集料的级配。泰波法中的幂指数n与林氏法中的I两者存在着一定联系，都存在一个缺点，即它们都是无穷级数，最小粒径不能得到控制，会使矿粉用量偏多而影响路面的稳定性。然而前苏联伊万诺夫提出K法却能控制最小粒径的通过量，不会造成矿粉过多的问题。
五、矿料级配对沥青混合料体积指标的影响的实验结果
灰色系统理论着重研究的是其他不确定性系统。研究方法所难以解决的小样本贫信息不确定性问题其特点是少数据建模。采用传统方法对矿料级配与沥青混合料体积参数的关系进行研究需要大量数据和计算对各个因素之间的相互影响也难以估量，而灰色关联分析适用于少样本和无规律样本的分析其用于分析级配粒径对体积参数的影响具有优势。由灰色关联度分析可知2.36mm部分矿料粒径对沥青混合料空隙率VV和矿料间隙率VMA的影响最大。在沥青混合料中，大于等于2.36mm以上粒径是形成沥青混合料的主骨架该部分用量的多少及其搭配状况决定了混合料的骨架与剩余空隙大小对混合料的体积参数特别是空隙率与矿料间隙率有着至关重要的影响。其次是0.3mm粒径和沥青用量这两部分是构成沥青胶浆的主体部分能否在0.32～0.36mm部分集料填充粗集料间隙后使混合料充填密实。这一部分将起到关键作用而且沥青饱和度受这部分影响最大对于混合料体积参数来说矿料级配的影响比沥青用量的影响大，这主要是因为沥青混合料中矿料级配的状况直接决定了混合料中的空隙与间隙分布状况进而影响到沥青饱和度。沥青在体积参数方面主要是与矿粉一起形成沥青胶浆起填充与胶结作用如果矿料级配形成的空隙过大由于沥青析漏等原因不可能通过过量的沥青来解决。因此在混合料设计时首先应根据需求进行合理的矿料级配设计然后确定沥青用量。
六、结束语
应用灰色关联度理论分析级配与混合料体积参数之间的关系，可以利用少量的数据得到比较好的结果。对于影响因素较多、数据比较离散的研究对象灰色理论分析是一种比较好的方法。对沥青混合料体积参数影响最大的是粒径大于2.36mm部分矿料，其次是小于0.3mm粒径和沥青形成的沥青胶浆，0.32～0.36mm部分对体积参数的影响最小。整体而言，矿料级配对沥青混合料体积参数的影响大于沥青用量，在进行配合比设计时，首先应注重矿料级配特别是粗集料骨架结构的设计。
参考文献：
[1] JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范[S].
[2]李斌.浅析混凝土结构及其外观质量控制[J].企业科技与发展，2011.
[3]占宏；邓蕾蕾.水泥混凝土路面开裂机理探讨[J].重庆交通大学学报（自然科学版）；2010年03期