一种沥青混合料矿料间隙率大小排序预估方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于沥青路面材料技术领域，具体涉及热拌沥青混合料配合比设计过程中 一种沥青混合料矿料间隙率大小排序预估方法。
【背景技术】
[0002] 矿料级配设计是热拌沥青混合料配合比设计的核心内容之一，其设计的合理性与 否直接关系到混合料路用性能的高低。目前，规范层面的设计方法，不管是我国沥青路面施 工规范还是美国Superpave体系，矿料级配设计依据的技术指标均是矿料间隙率。由于事 先无法掌握矿料间隙率指标与级配的确定关系，也无从知晓不同级配矿料间隙率大小排序 关系，因而不得已采用试探性拟定级配曲线的做法，通过混合料制件来进行级配设计。具体 过程是，先在级配设计范围或控制点范围内，人为拟定3条初试级配曲线，然后制件、测得 试件的毛体积相对密度等参数，计算空隙率、矿料间隙率（Superpave体系需换算为空隙率 为4%时的矿料间隙率）等体积指标，最后根据矿料间隙率大小来选择符合技术标准要求 的一条级配。
[0003] 这类级配设计方法存在下述不足：
[0004] 1、人为拟定的初试级配曲线受限于设计人员的理论和经验水平，不可避免地带有 一定的盲目性，经验色彩浓，因而存在所拟定的级配曲线均不符合要求的可能，但还无法预 知，从而会导致后面不必要的试验工作。
[0005] 2、马歇尔击实或Superpave旋转压实的沥青混合料制件过程较为繁琐，试验工作 量大，矿料间隙率获知用时较长，设计效率低，况且Superpave关于矿料间隙率换算的经验 公式还存在不准确的情况，因此又存在设计结果不正确的可能。
[0006] 3、上述两方面不足，导致的一个可能情况就是，做了大量试验，耗费了较长时间， 却仍未能设计出合格的级配；而即使设计出了合格的级配，但也无法保证结果是最优的。
[0007] 鉴于矿料间隙率指标在级配设计中的重要性及其对沥青混合料路用性能如高温 性能良好的解释性作用，诸多文献研究了影响其大小的诸多因素，得出了一些有益的结论， 但这些结论多基于数理统计原理分析得到，往往是一些平均意义上的规律性认识，用之来 指导级配设计时就未必总是可靠，甚至起相反的作用，因而其对级配设计的指导作用还有 明显的局限性。
[0008] 综上所述，目前沥青混合料级配设计理论有待于进一步发展。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的是为了克服上述现有技术的不足，基于无沥青的矿料，通过建立矿 料间隙率的诸多物理模型，提供一种沥青混合料矿料间隙率大小排序的理论预估方法。
[0010] 为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
[0011] -种沥青混合料矿料间隙率大小排序预估方法，包括以下步骤：
[0012] 步骤1 :设定粗细料分界粒径，大于该分界粒径的各档粗集料统称为粗料，小于该 分界粒径的细集料和填料统称为细料，将整条矿料级配曲线看作由粗料与细料两部分组 成；
[0013] 步骤2:通过试验分别获取粗料和细料的筛分曲线与合成毛体积相对密度，由下 式计算骨架密实型的分界粒径的细料含量，即临界通过率X。：
[0014]
[0015]式中，丫。3为粗料的合成毛体积相对密度，无量纲；yfa为细料的合成毛体积相对 密度，无量纲；为粗料骨架间隙率，以小数计；vfa为细料的间隙率，以小数计；
[0016] 步骤3:根据级配设计时所拟定的各级配曲线的分界粒径的通过率x与临界通过 率X。的对比，判断级配类型，选用对应的公式，进行矿料间隙率的计算；
[0017] 步骤4:对计算的矿料间隙率依据大小进行排序，从而预测出各级配沥青混合料 的矿料间隙率大小顺序。
[0018] 步骤2中，所述粗料由各档粗集料混合得到，混合的质量比是依据粗料的S形级配 曲线，或依据最大密度法则所确定；所述细料由各档细集料和填料混合得到，混合的质量比 是按照确定粗料质量比的法则，或根据工程经验所确定。
[0019] 步骤2中，所述粗料骨架间隙率U安照振实试验获得，所述细料的间隙率vfa按照 不施加外力击实的松装试验获得。
[0020] 步骤2中，所述粗料中无或有极少细料，所述细料中无或有极少小粒径粗料。
[0021] 步骤3中，当所述级配曲线的分界粒径的通过率小于所述临界通过率时，所述级 配为骨架空隙型结构；当所述级配曲线的分界粒径的通过率大于所述临界通过率时，所述 级配为悬浮密实型结构；当级配曲线的分界粒径的通过率等于临界通过率时，所述级配为 密实型结构。
[0022] 步骤3中，对于所述骨架空隙型矿料模型的矿料间隙率VMAa，通过下式获得：
[0023]
[0024] 式中，Y。3为粗料的合成毛体积相对密度，由各档粗集料的毛体积相对密度计算获 得，无量纲；x为分界粒径的通过率，以小数计。
[0025] 步骤3中，所述骨架空隙型矿料模型的矿料间隙率VMAa，通过下式获得：
[0026]
[0027] 式中，Ysb(x)为合成矿料的毛体积相对密度，与粗细料掺配质量比有关，为变量， 无量纲。
[0028] 步骤3中，所述骨架密实型矿料模型的矿料间隙率VMAa。，通过下式获得：
[0029] Yma0=vfaVca
[0030] 式中，vfa为细料的间隙率，以小数计；V为粗料骨架间隙率，以小数计。
[0031] 步骤3中，所述悬浮密实型矿料的矿料间隙率VMAa，通过下式获得：
[0032]
[0033] 步骤3中，所述悬浮密实型矿料的矿料间隙率VMAa，通过下式获得：
[0034]
[0035] 式中，x为分界粒径的通过率，以小数计；vfa为细料的间隙率，以小数计；Y为粗 料的合成毛体积相对密度，无量纲；7&为细料的合成毛体积相对密度，无量纲。
[0036] 本发明的有益效果为：
[0037] 针对现行规范层面级配设计存在的问题，本发明通过建立无沥青矿料的矿料间隙 率物理模型和做少量简单的试验，来对拟定的不同级配曲线的矿料间隙率进行预测，并对 其大小予以排序，实现无需通过马歇尔击实或旋转压实即可预知不同级配矿料间隙率的大 小关系，进而较早地筛除那些矿料间隙率较小或不合格的级配曲线。目的是在级配曲线的 拟定阶段，就可根据级配通过率信息和矿料密度信息掌握级配的矿料间隙率大小情况，减 少级配设计的盲目性和试验工作量，大大缩短设计周期，提高设计效率，并为级配优化设计 提供了可行的理论与技术支持。
[0038] 我国现行规范的方法或Superpave体系的方法是通过马歇尔击实或旋转压实制 件测得试件的毛体积相对密度，经试验测得沥青混合料的最大理论相对密度（我国规范改 性沥青通过计算法确定），然后计算获得初拟级配沥青混合料试件的矿料间隙率。相对于这 种必须通过较为繁琐的制件等试验才能得知矿料间隙率大小顺序的做法，本发明相关试验 工作量大为减少，无需进行繁琐的沥青混合料制件，而仅需进行各级配粗料简单的振实试 验、细料的松装密实试验及其相对密度与筛分试验即可，并突出了通过理论计算来预估不 同级配沥青混合料的矿料间隙率大小关系，使级配设计的原理性更强，效率大为提高。
[0039] 粗集料的振实试验按照现行集料试验规程进行；细料松装密实试验采用马歇尔试 模，无需击实，但要求细料为干燥状态。
【附图说明】
[0040] 图1模型构建流程图；
[0041] 图2根据模型预测的矿料间隙率变化趋势图；
[0042] 图3合成矿料堆体积组成示意图。
【具体实施方式】
[0043] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0044] 本发明的模型构建流程，如图1所示，具体步骤如下：
[0045] 步骤1 :基本假设1)存在一个适当的粗、细料分界粒径，大于该分界粒径的粗集料 统称为粗料，小于该分界粒径的细集料和填料统称为细料。2)设有粗料和细料两个料堆， 粗料是由各档粗集料依据某个法则（如追求S形级配曲线或最大密度）确定的质量比混合 而成的，细料是由细集料和填料按类似的法则或工程经验确定的质量比混合而成的；粗料 中无或有极少细料，细料中无或有极少小粒径粗料。3)当粗料为主时，粗料与细料混合是 粗料颗粒嵌挤形成的骨架间隙被细料颗粒所填充的过程，且填充过程中细料颗粒不对粗料 颗粒的嵌挤方式产生干涉作用，当粗、细料的混合比例变化时，其各自的组成配比不变。4) 在影响压实沥青混合料矿料间隙率的诸多因素，如矿料级配、沥青用量、压实温度、压实工 艺等之中，当压实温度、压实工艺等其他条件相同时，压实沥青混合料的矿料间隙率主要取 决于矿料级配，且其大小顺序与无沥青时矿料的矿料间隙率大小顺序一致。合成矿料堆体 积组成如图3所示，x为细料的含量，1-x