摘要:本文在魏矛斯(Weymouth)粒子干涉理论基础上,以集料每一级填充的集料的CBR为控制指标,提出了多级抗压级配的设计方法,并按照此方法进行基于抗压性能AC-20优化设计。
关键词:抗剪强度;CBR;多级抗压级配;AC-20
近年来,随着交通量的增加,重载超载车辆的增多,以及高速公路渠化交通的影响,使得车辙己经成为我国高速公路沥青路面的主要病害之一,本文针对中面层AC-20受力特点,提出了多级抗压级配的优化设计方法,运用此方法对中面层AC-20混合料进行了优化设计,提高了高温抗压稳定性能。
1多级抗压级配沥青混合料优化设计方法
魏矛斯(Weymouth)粒子干涉理论认为:为了达到最大密度前一级颗粒之间空隙应由次一级颗粒所填充,其所余空隙又由再次级小颗粒所填充,但填充空隙的颗粒粒径不得大于其间隙之距离,否则大小颗粒粒子之间势必发生干涉现象。这种逐级填充理论为集料嵌挤结构级配设计提供了理论依据,具有一定的指导意义,但在进行逐级填充时是以最大密实度为主导思想,最后得到的级配不一定具有很大的内摩擦角,那么混合料的抗压能力也就无法得到保证,多级抗压级配设计方法是以每一级填充的集料的CBR为主要控制指标进行逐级填充,保证了最后的级配在不发生粒子干涉的条件下获得最大的抗压强度,以提高混合料的抗车辙能力。
表1第一级填充试验结果
根据第一级填充试验结果看出,当9.5-19.5mm:
根据第二级填充试验结果看出,同时当(9.5-19.5mm和4.75-9.5mm):3-5mm=8:2时, CBR值是峰值,所以第二级填充确定的最佳比例为8:2,
通过以上分析,第一级填充确定的最佳比例为9.5-19.5mm:4.75-9.5mm=6:4;第二级填充确定的最佳比例为(9.5-19.5mm和4.75-9.5mm):3-5mm=8:2;粗集料最佳填充比例下的CBR1=145%。
表3第填充的试验结果
根据试验结果可以看出,当填充比例为8:2时,CBR2值与CBR1很接近,说明该填充比例下,细集料没有对粗集料产生干涉,提供抗压力的主要是粗集料的骨架嵌挤作用,此时,细集料填充确定的最佳比例为(9.5-19.5mm和
图2抗剪切AC-20级配曲线
表6路用性能试验结果
4结论
从表中试验结果表明,规范中值级配与抗剪级配在水稳定性能差别不大,但是稳定度和动稳定度方面,设计级配却高于规范级配30%左右,也就是说该方法设计的混合料高温性能方面是突出的,此方法也是适用的。
参考文献:
黄晓明,潘钢华,赵永利.土木工程材料[M].南京:东南大学出版社,2001.10
林绣贤.沥青混凝土合理集料组成的计算公式[J].华东公路,2003(1)
[3]于本信 怎样修好沥青混凝土路面[M].北京:人民交通出版社 ,2005
关键词:抗剪强度;CBR;多级抗压级配;AC-20
近年来,随着交通量的增加,重载超载车辆的增多,以及高速公路渠化交通的影响,使得车辙己经成为我国高速公路沥青路面的主要病害之一,本文针对中面层AC-20受力特点,提出了多级抗压级配的优化设计方法,运用此方法对中面层AC-20混合料进行了优化设计,提高了高温抗压稳定性能。
1多级抗压级配沥青混合料优化设计方法
魏矛斯(Weymouth)粒子干涉理论认为:为了达到最大密度前一级颗粒之间空隙应由次一级颗粒所填充,其所余空隙又由再次级小颗粒所填充,但填充空隙的颗粒粒径不得大于其间隙之距离,否则大小颗粒粒子之间势必发生干涉现象。这种逐级填充理论为集料嵌挤结构级配设计提供了理论依据,具有一定的指导意义,但在进行逐级填充时是以最大密实度为主导思想,最后得到的级配不一定具有很大的内摩擦角,那么混合料的抗压能力也就无法得到保证,多级抗压级配设计方法是以每一级填充的集料的CBR为主要控制指标进行逐级填充,保证了最后的级配在不发生粒子干涉的条件下获得最大的抗压强度,以提高混合料的抗车辙能力。
1.1 AC-20粗集料比例确定
AC-20沥青混合料采用三档粗集料,分别是9.5-19.5mm、4.75-9.5mm及3-5mm,按粗集料逐级填充的方法,首先进行9.5-19.5mm与4.75-9.5mm这两档粗集料的填充,每个填充比例做三次平行试验取平均值,然后由前两档最佳比例作为一档粗集料,与3-5mm这档集料进行二级填充,确定最佳比例。每一级填充的CBR结果如下表。表1第一级填充试验结果
根据第一级填充试验结果看出,当9.5-19.5mm:
4.75-9.5mm=6:4时值均达到峰值,此填充比例为第一级填充的最佳比例;
表2第二级填充试验结果根据第二级填充试验结果看出,同时当(9.5-19.5mm和4.75-9.5mm):3-5mm=8:2时, CBR值是峰值,所以第二级填充确定的最佳比例为8:2,
通过以上分析,第一级填充确定的最佳比例为9.5-19.5mm:4.75-9.5mm=6:4;第二级填充确定的最佳比例为(9.5-19.5mm和4.75-9.5mm):3-5mm=8:2;粗集料最佳填充比例下的CBR1=145%。
1.2 AC-20细集料的比例确定
参考体积法设计确定初试粗集料(19.5mm-3mm)与细集料(0-3mm)的填充比例为8:2,测定第填充不同比例下的CBR值,试验结果见表3。表3第填充的试验结果
根据试验结果可以看出,当填充比例为8:2时,CBR2值与CBR1很接近,说明该填充比例下,细集料没有对粗集料产生干涉,提供抗压力的主要是粗集料的骨架嵌挤作用,此时,细集料填充确定的最佳比例为(9.5-19.5mm和
4.75-9.5mm 和3-5mm):0-3mm=8:2,取CBR2=140%。
初定4%的矿粉用量,由(3-19摘自:毕业论文评语www.udooo.com
.5):(0-2.36)=8:2,推出0-2.36的比例为96%*0.2=19.2%,由(4.75-19.5):(3-5)=8:2,推出3-5的比例为(100%-4%-19.2%)*0.2=15.36,以此类推出4.75-9.5为24.6,9.5-19.5为36.8。在初定4%的矿粉用量下的最终的矿料比例及级配曲线如下表4及图2。
表4 矿料级配比例图2抗剪切AC-20级配曲线
1.3 AC-20初试沥青用量
初试沥青用量的确定采用油膜厚度估计法,利用矿料比表面积上裹覆的沥青油膜厚度计算公式计算初始油石比为4.5%。
2.4 AC-20最佳沥青用量的确定
以初试沥青用量4.5%上下变化4个用量(初试油石比为4.5%,则变化3.7%、4.2%、4.5%、4.8%、5.1%)制作马歇尔试件,继续测定试件的CBR3,并与 CBR2比较,参考车辙试验温度,对马歇尔试件进行剪切时也采用60度的温度,结果发现, CBR3与CBR2相比差别较小,结果较为符合,试验结果如下表5所示。通过最终试验结果确定,最佳油石比为4.5%。
表4.560℃最佳配比的剪切力和CBR试验结果
2.5 AC-20混合料路用性能验证
同一批石料采取严格单粒径进行规范级配AC-20中值配制及SUP-19的中值级配配制,并与上述确定的抗剪混合料进行相关路用性能试验对比,对比试验结果如下表6。表6路用性能试验结果
4结论
从表中试验结果表明,规范中值级配与抗剪级配在水稳定性能差别不大,但是稳定度和动稳定度方面,设计级配却高于规范级配30%左右,也就是说该方法设计的混合料高温性能方面是突出的,此方法也是适用的。
参考文献:
黄晓明,潘钢华,赵永利.土木工程材料[M].南京:东南大学出版社,2001.10
林绣贤.沥青混凝土合理集料组成的计算公式[J].华东公路,2003(1)
[3]于本信 怎样修好沥青混凝土路面[M].北京:人民交通出版社 ,2005