专利名称：现代高密实沥青混凝土配制方法及其配合比的制作方法
技术领域：
本发明涉及一类路面材料——现代沥青混凝土的配制方法及使用该方法配制的现代沥青混凝土配合比。
在公路建设和城市建设中，由于沥青路面具有表面平整、行车舒适、耐磨抗滑、低噪声、施工周期短、维修简便等特点，而被广泛应用。
背景技术：
本发明之前配制沥青混凝土的方法有三种马歇尔法(富勒公式法)、美国的Superpave法和沙庆林先生的发明的断级配法。
发明内容
发明目的和作用本发明在对沥青混凝土客观规律认识的基础之上，建立了一种全新的沥青混凝土配制方法。这种方法在不改变现有沥青混凝土施工工艺的情况下，通过对沥青混凝土组成材料配合比例的优化——包括材料重量比例和材料颗粒直径比例的优化，运用发明人发现的混凝土内在规律——现代混凝土学口袋理论，配制出一种节约能源，超长耐久的高密实沥青混凝土。本发明配制的沥青混凝土密度大，致密防水，具有一定的摩擦系数和表面构造深度，高温稳定，低温抗裂，无侧限抗压强度高，抗疲劳抗车辙能力强。本发明配制的沥青混凝土空隙率先知，空隙率可控，空隙率可调；具有合理的材料比例及超长耐久性；混凝土表面粗糙程度可以随意控制，维修少寿命长；在合适温度下，本发明配制的沥青混凝土施工更容易压实，更便于施工，具有很高经济性和适用性。在中高级沥青混凝土路面施工中，即使减少沥青混凝土的摊铺层数(不是摊铺厚度)，理论上也不会降低沥青混凝土质量，节约成本，简单实用，准确可靠。 -
名词解释:现代高密实沥青混凝土是用现代理念配制的、合理材料比例的
13——包括合理重量比例和合理颗粒直径比例的、以沥青为胶结物的、
极大发掘了沥青混凝土潜在能力的高技术环保沥青混凝土；是强度、耐久性、适用性、经济性、环保性、高温稳定、低温抗裂、质量均衡性的和谐统一。合理材料比例、极大地发掘了混凝土的潜在能力、沥青混凝土各项功能高性能化，安全、低价、可控、易用、耐久是现代高密实沥青混凝土的最重要特点，其均质性稳定性抗渗透性抗裂性耐久性均明显提高。
现代高密实沥青混凝土发明人又称作现代沥青混凝土、高性能沥青混凝土、高密度沥青混凝土、高密实沥青混凝土。
现代高密实沥青混凝土由集料和胶结材料组成。
集料是粗集料、细集料、超细集料的统称。
粗集料是指颗粒直径大于2.36mm机制碎石、破碎砾石。按照最
大颗粒直径从大到小的顺序粗集料从理论上又分为三级颗粒直径16 mm以上最粗集料，颗粒直径6 mm — 16 mm次粗集料，颗粒直径2.36 mm — 6 mm较粗集料。最粗集料平均颗粒直径至少次粗集料平均颗粒直径2. 41倍；次粗集料平均颗粒直径至少是较粗集料平均颗粒直径2. 41倍。
细集料是指颗粒直径2. 36mm——0. 075mm的天然砂、机制砂、石屑；较粗集料颗粒直径至少应该是细集料颗粒直径的2.41倍。按照颗粒直径从大到小的顺序砂从理论上又可以分为四级平均颗粒直径0. 85 mm — 2. 36 mm粗砂、平均颗粒直径0. 85mm — 0. 35 mm中砂、平均颗粒直径O. 35mm— O. 15 mm细砂、平均颗粒直径0. 15mm —0.075 mm特细砂；即粗一级砂平均颗粒直径是细一级砂平均颗粒直径的2. 41倍。
超细集料在本发明中一般指比表面积300 — 500M7kg矿粉。矿粉指高炉矿渣、硅粉、硅质岩石、硅藻土、石灰石粉、石灰粉、水泥等工业废料或者天然材料、比表面积大于大一级细集料比表面积
2. 41倍以上(即大一级细集料颗粒直径至少是矿粉颗粒直径的2. 41倍以上)的加工矿粉或天然矿粉。按照颗粒直径从大到小的顺序，理
论上矿粉又可以分为数级粗矿粉、次粗矿粉、细矿粉、……。
配制沥青混凝土时，优先选用碱性集料。不得不使用酸性集料时，
应该考虑在沥青中掺加抗剥离剂。沥青为沥青混凝土胶结材料。
高密实沥青混凝土中， 一般使用 一种或者两种不同颗粒直径砂，使用一种比表面积矿粉。
混凝土配制是指沥青混凝土配合比设计施工检验全过程，包括沥青混凝土配合比设计、沥青混凝土组成材料比例加热拌合、运输摊铺碾压等过程。
发明原理发明人创建的现代沥青混凝土学口袋理论口袋本身没有抗压强度，干燥的粮食也没有抗压强度，但我们把粮食装入口袋并使粮食密实，装粮口袋表现出良好的抗压能力，而且粮食愈密实装粮口袋的抗压强度愈高；当我们把不同颗粒直径的粮食——黄豆、小
米、面粉按照一定重量比例均匀混合装入口袋时，装粮口袋的抗压能
力最高。口袋理论的主要内容包括
1.同排列等空隙定则只要集料堆积秩序相同，无论集料的粒径如何变换，堆积集料的空隙率即相同而且是一定值。
证明一我们以卵石为例，先证明同粒径集料行列式排列情况下，集料空隙率不随粒径变化而变化，且是一个定值48%。
设正六面体容器边长为L， 4)为卵石直径，且假定卵石是球形的。当卵石直径4^L时，容器可行列式排列卵石一个，卵石与容器六个面相切，卵石体积Vt = nL76
当卵石直径4>= L/2时，容器可行列式排列卵石23个，此时卵石 总体积EVL/2 =23X4ji (L/4) 76 =iiL76
当卵石直径4>=173时，容器可行列式排列卵石33个，此时卵石 总体积EVL/3 = 33X 4ji/3X (L/6) 3=化3/6
当卵石直径4>=174时，容器可行列式排列卵石43个，此时卵石 总体积EVL/4 =43X 4ji/3X (L/8) 3=jiL3/6
当卵石直径4>= L/5时，容器可行列式排列卵石53个，此时卵 石总体积EVL/5 =53X 4ji/3(L/10) 3=jiL76
同理，当卵石直径4)分别等于L/6， L/7， L/8，……，L/n(n—+ 容器中可容行列式排列的卵石个数为63， 73， 83，……，n3;卵 石总体积均为EVL/n= n3X4Ji/3X (L/2 n) 3=jiL3/6
由于，卵石直径分别为L、 L/2、 L/3、 L/4、 L/5、 L/6、 L/7、 L/8 、 L/9、……L/n (n—+<^>)时，无论容器中卵石个数多还是少，容器 中行列式排列卵石的总体积均为f Ji L3/6
容器中空隙体积均为Ve =L3-nL76= (l-V6) L3 故，不论卵石直径如何变化，只要卵石在容器中呈行列式排列， 容器中卵石的空隙率均为
e=Ve /VX 100% = (1—ji/6) L3/ L3X 100% =47.64 48 %
如果考虑到一种极端情况，空隙处被填充，卵石处为空隙，最大 空隙率可以达到52. 36%。
证明二在同粒径的任意相邻集料间相切情况下，我们仍然假定集料为卵石，且卵石是球形的，此时
当卵石直径4>4时，与卵石相切球体被正六面体所切割，共有 八个球被割成扇体，害U、球体弦长为(V^-l)XL/2，被切扇体体积 V娜=0.22 X (L/2 n) 3 LV都「0.22L3
正六面体内被割球体EV 和内切球V 总体积EV : EV 二V球+EV割体二"/3 X (L/2) 3+ 0.22 L3= 0.74 L3 此时空隙率e=(l- 0.74) X L7 L3X100% = 26 % 同理，我们可以证明当卵石直径4>= L/2、 L/3、 L/4、 L/5 、
L/6、 L/7、 L/8 、 L/9、 ......、 L/n (n—+~)时，均有总体积EV :
EV= ZV" 1>割体=0.74 L3 亦即e = 26 % ......
从以上证明可以得出只要同粒径球体间的排列秩序相同，同一容 器中，无论球体直径是大还是小，容器中可容纳的球体的总体积是一定 的，即容器中可容纳球体的空隙率是一定的。
当我们把球体换成多面体时，通过实验我们知道以上数学法推出
结论仍然是成立的。因此我们得出只要同粒径集料间的排列秩序相
同，无论集料粒径如何改变，同粒径集料空隙率是一定值。我把集料
间存在的以上规律称作同排列等空隙定则。
2.沥青混凝土集料单一粒径定则只要同种集料最大粒径cKax
与最小粒径4)^之比小于2.41，即4>咖/小^<2.41，最小粒径(K^ 集料就不能完全填充到最大粒径4>,材料形成的空隙中，我们就认为 这种材料为单一粒径材料。
2. l.集料在最小空隙率(26 %)情况下，相邻球体间两两相切设直径为(K二2R圆球体A、 B、 C、两两相切，球心为A、 B、 C，内切
球体f直径为4)^2r ，则容易推出，球心平面内 V^XR/2 = 3r+3R—3扭/2 r = (2V^/3 —1) R r = 0. 1547R
R = 6.46 r 艮卩(^= 6. 46 4>2
考虑到集料的不均匀性，在大比例高密实沥青混凝土中，大一级
集料颗粒直径至少是小一级集料颗粒直径6. 46倍以上，小一级集料
才能填充到大一级集料形成的空隙中，使高密实沥青混凝土具有最大
密实度，最小空隙率。
事实上，在大比例高密实沥青混凝土中，只要其组成材料最大颗
粒直径与最小颗粒直径之比不大于6. 46，我们就可以认为它们是同
一颗粒直径范围材料。
2. 2集料在最大空隙率情况下(48%),材料间行列式排列，设
大的一级集料直径为cK，小的一级集料直径为小2，容易推出 4>2= 0.4142135624>i 即4^ = 2.4142 4)2
也就是说小比例高密实沥青混凝土中，大一级集料颗粒直径 至少是小一级集料颗粒直径2. 41倍以上，小一级集料才能完全填充 到大一级集料形成的空隙中，使混凝土具有最大密实度，最小空隙率。 由于组成材料颗行列式排列而且是立体的，8个同直径集料间能
够容纳的球体的最大直径为
4>2= 0. 732050807 4>i 艮卩= 1.3664>2
这就是细一级矿粉比表面积仅仅是粗一级矿粉比表面积1. 366倍时，沥青混凝土中能够容纳少量细一级矿粉的原因。
由2.1、 2.2，我们得出在沥青混凝土中，只要同种材料最大
粒径4)max与最小粒径(tmin之比小于2. 41，即4>max/d>min<2. 41，
我们就认为这种材料为单一粒径材料。我们把以上定则称作混凝土集 料单一粒径定则。
3.相同颗粒直径集料堆积时的最小空隙率为26%，最大空隙率为 52. 36%。
材料相同时，集料比表面积和集料的粒径成反比。
3. 1最小孔隙率最大孔隙率证明见发明原理1.
3. 2半径R球体表面积A = 4 :i R2，我们设每kg集料甲中含半径R 球集料g粒，每kg集料乙含半径r球k粒，甲乙集料为同一种材料， P为集料表观密度，贝U:
EA甲=g4n尺2 EV甲=g4irR3= EA甲R 由于集料重量G =PV EA甲R = EA乙r
EA乙=k4丌r2 EV乙=k4orr3= EA乙r 贝U有PEV甲=PEV乙 EA乙/EA甲=R/r
艮口材料相同时，集料比表面积和集料的粒径成反比。
4.现代高密实沥青混凝土集料填充定则
为保证沥青混凝土具有合理的空隙体积，并且颗粒直径小一级集 料能够完全填充到颗粒直径大一级集料堆积形成的空隙中(有时候我 们还要保证颗粒直径小一级集料能够完全填充满颗粒直径大一级集
料堆积形成的空隙；或者我们需要颗粒直径小一级集料无法完全填充 满颗粒直径大一级集料堆积形成的空隙)，我们规定
现代高密实沥青混凝土集料填充定则现代沥青混凝土集料中，同颗粒直径集料堆积空隙率取值范围为24% — 56%，并且只有大一 级集料颗粒直径是小一级集料颗粒直径的2. 41倍以上时，小一级集 料才能够完全填充到大一级集料形成的空隙中。
大一级集料颗粒直径是小一级集料颗粒直径的2. 41倍以上是 指沥青混凝土中，颗粒直径相邻两级集料颗粒直径之比大于2.41; 即Oh /On>2.41， n为任意正整数。
大比例集料填充定则在大比例集料沥青混凝土中，同颗粒直径 集料空隙率取值范围24% — 34%;并且只有大一级集料颗粒直径是 小一级集料颗粒直径6.46倍以上15.6 (6.46X2.41)倍以下时，小 一级集料才能够填充到大一级集料形成的空隙中并且空隙最小。
中比例集料填充定则在中比例集料沥青混凝土中，同颗粒直径 集料空隙率取值范围35% — 45%;并且只有大一级集料颗粒直径是 小一级集料颗粒直径4.37倍以上10.46 (4.37X2.41)倍以下时， 小一级集料才能填充到大一级集料的空隙中并且空隙最小。
小比例集料填充定则在小比例集料沥青混凝土中，同颗粒直径 集料空隙率取值范围46% — 56%;并且只有大一级集料颗粒直径是 小一级集料颗粒直径的2.41倍以上5.81 (2.41X2.41)倍以下时， 小一级集料才能填充到大一级集料的空隙中并且空隙最小。
以上适合沥青混凝土配合比设计的集料填充定则发明人称作现 代高密实沥青混凝土集料填充定则。
5.各级集料最大总表面积
在表观密度情况下，各级集料最大总表面积
粒径16mm以上最粗集料At = 6*100/1.6=400 M2/M3;
粒径6 — 16mm次粗集料:A2 = 6*100/0.6=1000 M2/M3;
粒径2. 36 — 6mm较粗集料:A3 = 6*100/0.236=3000 M2/M3;
20粒径0. 8 — 2. 36mm粗砂A4 = 6*100/0. 085=8000 M2/M3;
粒径0. 35 — 0. 85m中砂A5 二 6*100/0. 035=18000 M2/M3;
粒径0.15 — 0. 35腿细砂A6= 6*100/0.015=40000 M2/M3;
粒径0. 075 — 0. 15mm特细砂:A7= 6*100/0. 0075=80000 M2/M3;
比表面积400 M7kg矿粉A8= 400*3000=1200000 M2/M3。
6.最大堆集密度原理在合理重量比例和合理颗粒直径比例情 况下，混凝土颗粒直径细一级集料完全填充到颗粒直径粗一级集料形 成的空隙中，使混凝土集料间具有最小空隙率，最大堆集密度。用公 式表达为
DA (1 - eD1) .............................................1
D2= eD1 PD2 (1 - eD2) .......................................2
D3= eDi eD2 PD3 (1 一 eD3) .................................3
D = eD1 eD2 eD3...... (1 - eDn) .....................4
按照大比例沥青混凝土集料填充定则粗、中、细两级及两级以上 颗粒直径集料(集料间颗粒直径比例大于6.46)，或者按照中比例 沥青混凝土集料填充定则粗、中、细三级及三级以上颗粒直径集料(集 料间颗粒直径比例大于等于4.37)，或者按照小比例沥青混凝土集 料填充定则最粗、较粗、中、细四级及四级以上颗粒直径集料(集料 间颗粒直径比例大于等于2. 41)配制的合理比例的现代高密实沥青 混凝土，实际空隙率均不大于6%。
不使用胶凝材料时，上述集料均匀混合压实后为高密实级配碎石。 对高密实级配碎石，根据配制压实后高密实级配碎石空气空隙率
的不同(级配碎石密实度不同、容重不同)，使用三级颗粒直径集料、
四级集料或者五级集料配制高密实级配碎石；高密实级配碎石可以用作沥青混凝土或者水泥混凝土路面基层。高密实级配碎石拌合压实后 空隙率小于5%时，其行车道基层抗压强度不低于碎石母岩抗压强度 的70%。高密实级配碎石抗压强度具体计算方法请参阅国家知识产权
局网发明专利20071011796. 8现代混凝土配制方法及现代混凝土配 合比发明原理9混凝土强度方程。
如果需要加大沥青混凝土的空隙率配制开级沥青混凝土，去掉一 到两级集料或者调整集料空隙率均可。
7.胶集比分配定则沥青混凝土中，起"口袋"作用的产生最 大抗拉强度的沥青胶凝物(胶结物)和产生抗压强度的起"口袋"
填充物"粮食"作用的沥青集料，有大致1: l的分配比例，这个比 例在一定范围内向偏大于沥青集料的比例波动。用公式表达为
C集^C胶 ...................................................5
所以，沥青混凝土中沥青的总用量
C二C胶+C集^2C胶 ..........................................6
考虑到沥青混凝土成本应该最低化，在Ck二C^青况下，沥青 总用量
Vc二2V胶二2V集 .............................................7
7. 1按照大比例集料填充定则配制沥青混凝土时
在集料颗粒直径比大于6. 46并且接近6. 46具有最小实际空隙 率30%情况下，沥青混凝土按照三级颗粒直径集料配制时，集料拌合 后压实空隙率0.33=2.7%。
填充集料压实后的空隙并箍勒集料产生强度的沥青用量-
C》2*2. 7%PC=0.054 Pc
7. 2按照小比例集料填充定则配制沥青混凝土时
22在主要材料颗粒直径比大于2. 41并且接近2. 41具有最大空隙 率48%情况下
7.2.1按照五级颗粒直径集料配制高密实沥青混凝土 (这是配 制沥青混凝土最多级别集料)，集料具有最大实际理论空隙率时，五 级集料均匀拌合压实后空隙率0. 485=2. 5%。
填充集料压实后的空隙并箍勒集料产生强度的沥青最小用量
02*2. 5%PC=0. 05 Pc
7.2.2沥青混凝土按照三级颗粒直径集料配制时(这是配制沥 青混凝土最少级别集料)，集料均匀拌合压实后最大空隙率 0. 483=11 %。
填充集料压实后的空隙并箍勒集料产生强度的沥青最大用量 C = 2*11. %PC=0. 22 Pc
由以上计算我们知道按照胶集比分配定则配制的单位立方高密
实沥青混凝土中，沥青用量一般在沥青表观密度的0. 05倍至0. 22倍 之间。
容易推出在沥青混凝土具有合理的也是最优化的空隙率3% — 5%情况下，混凝土沥青用量为沥青表观密度的0. 06倍至0. 1倍。
8.颗粒包裹理论:沥青胶结物按照其颗粒直径厚度展开面积，大 于或者等于被胶结物(全部集料)的总表面积的一半。用公式表达为
V胶EA卜y(6氺105) .............................................8
按照沥青包裹全部集料总表面积的0. 5倍确定沥青胶结物用量 表观密度时，各级集料的最大总表面积16mm以上最粗集料400 M2/M3， 6 — 16mm次粗集料1000M7M3， 2.35 — 6mm米石3000 M2/M3， 粗砂8000 MVM3，中砂18000 M7M3，细砂40000 M2/M3，特细砂80000 M2/M3，比表面积400 M7kg矿粉1200000 M2/M3。由于沥青粒径约3—
233.3陶，每立方沥青按粒径厚展开面积为3X1051112。假设第n级颗粒 直径集料表观密度为Pn。
8. 1在集料间颗粒直径比例大于2. 41并接近2. 41，五级集料配 制沥青混凝土时，具有最大总表面积的集料组合为粗砂、中砂、细 砂、特细砂、矿粉。粗砂、中砂、细砂、特细砂之间适用小比例集料 填充定则，同粒径集料最大空隙率48%。由于特细砂颗粒直径远远大 于矿粉颗粒直径的6. 46倍，特细砂、矿粉之间适用大比例集料填充 定则，矿粉实际最小空隙率30%。高密实沥青混凝土中各级集料-
粗砂用量D1= 0. 52Pi
粗砂表面积^=8000*0. 52=4200M2
中砂用量D2= 0.48*0. 52P2= 0.25 P2
中砂表面积A2=18000*0. 25=4500M2
细砂用量D3= 0 . 482*0. 52P3= 0. 12 P3
细砂表面积A3=40000*0. 12=4800M2
特细砂用量D4= 0. 483*0. 52P4= 0.06 P4
特细砂表面积A4=80000*0. 06=4800M2
矿粉用量D5= 0. 484*0. 7P4= 0. 04 P5
矿粉表面积A5=1200000*0. 04=48000M2
粗砂、中砂、细砂、特细、矿粉总表面积EAw=66000 M2
包裹表面积66300 M2集料一半，需要沥青胶结物
C胶二66000/ (2*300000) =0. 11M3
填充集料压实后的空隙并箍勒集料产生强度的沥青最大用量 C = 2*0. 11PC=0.22 Pc
8. 2三级集料配制沥青混凝土时，具有较小总表面积的集料组合
为米石、中砂、特细砂。粗砂、中砂、特细砂之间颗粒直径比例大于6.46并接近6.46，适用大比例集料填充定则，同粒径集料较小空 隙率33%。高密度沥青混凝土中，各级集料
次粗集料用量D产0. 69Pi
次粗集料表面积Af3000 * 0. 69 =2100 M2
中砂用量D2= 0. 31 * 0. 69 P2= 0. 214 P2
中砂表面积A2=18000*0. 214=3900 M2
特细砂用量D3= 0. 312*0. 69P3= 0. 0663P3
特细砂表面积A3=80000*0. 0663=5300 M2
次粗集料、中砂、细砂总表面积EA卜fl1300 M2
包裹表面积11000 M2集料一半，需要沥青胶结物-
C胶二l 1300/600000 =0.019 M3
沥青混凝土集料空隙率0. 313=3%
填充集料压实后的空隙并箍勒集料产生强度的沥青最小用量
C = (0.02+0.03) Pc=0.05 Pc
由口袋理论7和8我们推知单位立方高密实沥青混凝土中，沥
青的用量一般在沥青表观密度的0. 05倍至0. 22倍之间。 9.混凝土拌和物体积及混凝土空隙率
高密实沥青混凝土压实体积V ft (单位m3)为沥青混凝土空隙体
积与高密实沥青混凝土全部组成材料表观体积(单位1113)之和
V砼二V[n +VD2 + VD3 +......+VDn + Ve +VC ........................9
沥青混凝土集料拌匀压实后空隙率
e = eDi eD2 eD3......eDn .................................10
沥青混凝土集料拟留空隙率是高密实沥青混凝土摊铺碾压后配
制空隙率2倍
e拟=2 e砼 ...................................................11施工后的沥青混凝土实际空隙体积，与沥青混凝土配合比设计理 念、施工技术、装备水平、集料粒径比例、沥青特定温度下存在状态
有关。由于沥青颗粒直径3um — 3. 3 u m，比表面积300 — 500M7kg
矿粉5ym — 8"m,在沥青混凝土中矿粉为最小一级集料时，矿粉、
沥青之间基本上符合小比例集料填充定则，沥青可以填充粗集料、细
集料及全部或者部分超细集料形成空隙。由于超细集料与沥青颗粒直
径之比小于2. 41大于1. 4，部分沥青可以填充粗集料、细集料和超
细集料空隙体积，沥青填充集料拟留空隙率一半。
沥青能够填充集料空隙体积，我们全部按照1/2计算。
长期以来，发明人一直期望能够建立一组沥青混凝土的强度方程 来表达各种条件下的沥青混凝土的各种强度，由于条件和水平限制， 下列沥青混凝土强度方程组作为引玉之砖，供大家参考
10.沥青混凝土强度方程组
由于我国道路石油沥青以针入度为分级标准，针入度大，沥青 标号高，沥青稀；针入度小，沥青标号低，沥青稠。摄氏温度t'C时 沥青混凝土的无侧限抗压强度Rt, (Mpa)与沥青混凝土的空隙率e、试 件形状尺寸相关系数f、环境温度t(摄氏温度，单位'C)、沥青针入 度入(25。C，100g， 5s;0. lmm)有如下关系
R" = (l- 0.5O*f (150 — ")/2° ...........................12
m = logf l00e .............................................13
即沥青混凝土一定形状尺寸下的无侧限抗压强度Rt, (Mpa)是与沥青 混凝土空隙率e相关的、温度t (摄氏温度，单位'C)和沥青针入度 入(25°C， 100g， 5s;0. lmm)的幂函数。o=**f (150-")/20 .......................................14
式l一式14中Dn表示第n级集料，并且颗粒直径①n /0Dn 《2. 41，单位，kg; n为任意正整数；P表示集料表观密度，单位，kg/M3;
e表示空隙率；ei沥青混凝土集料拟留空隙率；CR，起口袋作用的
沥青胶凝物用量，单位kg; Cft，起"口袋"填充物作用的沥青集料 用量，单位kg; C，沥青总用量，单位kg ; V，沥青混凝土组成材 料表观密度时体积，单位M、 SAh，沥青混凝土全部集料总面积；
V砼，沥青混凝土体积；VDn， Dn级集料表观体积，单位M、 Ve，高密 实沥青混凝土空隙体积， 一般为集料拟留空隙体积一半；Ve，沥青 表观体积;e^为n级集料空隙率;f，常数，对直径152. 4mm试件，f=2. 1; 对直径101.6mm试件，f二2;。为沥青混凝土的抗劈裂强度。
口袋理论能够解释沥青混凝土学的很多未解现象。口袋理论在混 凝土设计施工过程中的运用，极大地提高了沥青混凝土的强度，其均 质性抗渗透性耐久性和抗车辙能力均明显提高，延长了沥青混凝土的 使用寿命。
实施方式
合理的材料比例——合理的重量比例及合理的材料颗粒直径 比例是设计制造现代高密实沥青混凝土生产的必要条件；合理材料比 例加良好施工工艺、施工方法和构成现代高密实沥青混凝土生产的充 分必要条件。
一.现代高密实沥青混凝土配制方法
现代高密实沥青混凝土按照步骤l一步骤7所列方法进行配制 步骤l.确定沥青品种
根据道路所处环境(寒区、温区、热区)、年最低月平均气温、 路面设计标准确定沥青混凝土中使用沥青品种；步骤2.步骤2.根据现代高密实沥青混凝土填充定则，选择与现 代沥青混凝土填充定则相适应的优化的集料颗粒直径范围粗集料 (包括最粗集料、次粗集料、较粗集料)、细集料(包括粗砂、中砂、 细砂、特细砂)、矿粉，并确定它们的表观密度。
现代高密实沥青混凝土填充定则沥青混凝土集料中，同颗粒直
径集料堆积空隙率取值范围为24%—56%，并且只有大一级集料颗粒 直径是小一级材料颗粒直径的2. 41倍以上时，小一级集料才能够完
全填充到大一级集料形成的空隙中。
大一级集料颗粒直径是小一级集料颗粒直径的2. 41倍以上是
指沥青混凝土中，颗粒直径相邻两级集料颗粒直径之比大于2.41;
即c&h /On》2.41， n为任意正整数。
大比例集料填充定则在大比例集料沥青混凝土中，同颗粒直径
集料空隙率取值范围24%—34%;并且只有大一级集料颗粒直径是小 一级集料颗粒直径6.46倍以上15.6 (6.46X2.41)倍以下时，小一 级集料才能够填充到大一级集料形成的空隙中并且空隙最小。
中比例集料填充定则在中比例集料沥青混凝土中，同颗粒直径
集料空隙率取值范围35%— 45%;并且只有大一级集料颗粒直径是小 一级集料颗粒直径4.3倍以上10.46 (4.37X2.41)倍以下时，小一 级集料才能填充到大一级集料的空隙中并且空隙最小。
小比例集料填充定则在小比例集料沥青混凝土中，同颗粒直径 集料空隙率取值范围46%—56%;并且只有大一级集料颗粒直径是小 一级集料颗粒直径的2.4倍以上5.81 (2.41X2.41)倍以下时，小 一级集料才能填充到大一级集料的空隙中并且空隙最小。
以上适合沥青混凝土配合比设计的集料填充定则发明人称作现 代高密实沥青混凝土填充定则。
28按照大比例集料填充定则粗、细两级及两级以上集料配制的沥青 混凝土，按照中比例集料填充定则粗、中、细三级及三级以上集料配 制的沥青混凝土，或者按照小比例集料填充定则粗、较粗、中、细四 级及四级以上集料配制的高密实沥青混凝土，混凝土集料拌匀压实后 计算空隙率均小于12%，实际配制沥青混凝土摊铺压实后空隙率均不
大于6%。
大比例集料填充定则、中比例集料填充定则、小比例集料填充定
则可以相互组合运用；如粗集料间、细集料间运用小比例集料填充定 则进行组合，更多地使用超细集料；粗集料、细集料、超细集料间运 用大比例集料填充定则或者中比例集料填充定则，使集料间比例更合 理，沥青混凝土更经济。——当然，细集料间、细集料与矿粉间也 是可以组合运用大比例集料填充定则、中比例集料填充定则、小比例 集料填充定则，使沥青混凝土成本进一步降低。
步骤3.确定沥青混凝土集料适用空隙率
(1).做实验确定计算集料用量选用空隙率。
根据集料颗粒直径比例确定采用振动台震动法还是松堆法，做实 验确定集料的实际空隙率。
在实验基础上增加或者减少适当的空隙率(一般为0 — 3%)， 确定计算集料用量使用空隙率。
(2).根据沥青混凝土配制成功后空隙率2倍确定多级别集料均 匀拌合压实后的拟留空隙率。
步骤4.确定混凝土组成材料的用量 (1).运用混凝土最大堆集密度原理，确定配制近单位体积(接 近一立方米)沥青混凝土各级集料的用量在合理重量比例和合理颗 粒直径比例情况下，混凝土颗粒直径细一级集料完全填充满或者不完
29全填充满颗粒直径粗一级集料形成的空隙，使混凝土具有合理空隙
率。各级集料最大堆集密度原理用公式表达为
D广Pm (B - eD1) .............................................1…1
D2= eD1 PD2 (1 - eD2) .......................................l."2
D3= eD1 eca Pd3 (1 - eD3) .................................1…3
D4= eD1 eD2 eD3 Pd4 (1 - eD4) ...........................1...4
D5= eD1 eD2 eD3 eD4 PDs (1 — eD5) ...........................1…5
Dn= eD1 eoz eD3......eDn-!Pon (1 — eto) ..................1,"6
1 一 n级集料拌匀压实后的空隙率
e = eD1 eD2 eD3......eDn ....................................l'"了
沥青混凝土集料拟留空隙率是高密实沥青混凝土摊铺碾压后配 制空隙率2倍
e拟二 2 e
砼
1...8
根据高密实沥青混凝土集料拟留空隙率与1 一 n级集料拌匀压 实后的空隙率差，从颗粒直径最细一级开始，通过调整集料用量使集 料空隙率等于集料拟留空隙率。
D调=(e拟—e) P调
'9
(2)运用胶集比分配定则和颗粒包裹理论确定沥青用量 胶集比分配定则沥青混凝土中，起"口袋"作用的产生最大抗 拉强度的沥青胶凝物(胶结物)和产生抗压强度的起"口袋"填充 物"粮食"作用的沥青集料，有大致1: l的分配比例，这个比例在 一定范围内向偏大于沥青集料的比例波动。用公式表达为
c集x:胶 1…10
所以，沥青混凝土中沥青的总用量C》2 C胶》2C集 .............................................
考虑到沥青混凝土成本应该最低化，沥青用量
Vc=2 V胶=2 V集 .......................................1…12
颗粒包裹理论:沥青胶结物按照其颗粒直径厚度展开面积，大于 或者等于被胶结物(全部集料)的(最大)总表面积的一半。用公式
表达为
C胶二EAh/(6氺105) ..........................................1…13
根据胶集比分配定则和颗粒包裹理论，近单位立方沥青混凝土 中，沥青用量
Vc》1000e .............................................1…14
Vc》2Vefe .............................................1…15
C= Vc Pc .............................................1…16
Ac胶^EAh/2 .............................................1…17
其中，n=l; 2; 3; ; n; n为任意正整数。
、胶=W(3*105) ..........................................1…18
Vc= VCIR+ Vc集 ..........................................1…19
单位立方高密实沥青混凝土中，沥青用量一般在沥青表观密度的
0. 05倍至0. 22倍之间；最优用量在沥青表观密度的0. 06倍至0. 1
倍之间。
显然，在沥青混凝土具有最优空隙率3% — 5%时，高密实沥青
混凝土的沥青最优用量为60 — 110 kg。
步骤5.计算沥青混凝土压实后体积、沥青混凝土容重 沥青混凝土体积为沥青混凝土组成材料表观体积、空气空隙体积
之和
V校二 VD1 +VD2+ VD3 +……+ VDn+ 0. 5Ve + Vc ............1…20
31沥青混凝土容重
r二( DA D2+ D3+ D4+ D5+ ......+ Dn+ C)/V砼 ............1…21
式1…1——式1…21中D" D2, D3，……，D。表示颗粒直径 由粗到细的l至n级集料及集料重量(重量单位kg)，并且任意颗 粒直径①k: /0Dn<^2.41; e，空隙率；eDn ，第n级集料Dn的空隙率； e拟，沥青混凝土集料拟留空隙率；砼，高密实沥青混凝土； P，表观 密度，单位kg/M、 B，沥青混凝土工作性调整系数，B《l;胶，起 口袋作用的沥青胶凝物；集，起"口袋"填充物作用的沥青集料； 调，需要调整的最小一级或者两级集料；EAn，沥青混凝土中所有 集料最大总表面积(所有集料表面积之和)，单位M2; C，沥青及沥
青重量，单位kg; Ae，沥青混凝土中沥青按照其颗粒直径厚度展开
总面积，单位M2; V，沥青混凝土组成材料表观密度下体积，单位M VDn，集料Dn表观体积；r，沥青混凝土容重.单位kg/M3。
步骤6.根据步骤4和步骤5，确定沥青混凝土近单位体积理论配 合比或沥青混凝土单位体积理论配合比。
步骤7.做试件验证沥青混凝土配合比设计。
通过对沥青混凝土混合料强度、高温稳定性、水稳定性、抗滑性 能的检验，验证沥青混凝土配合比。
沥青混凝土混合料强度检验包括马歇尔稳定度、抗压回弹模量 (20°C、 15°C)和劈裂强度。沥青混凝土混合料高温稳定性检验包括 马歇尔稳定度、流值、马歇尔模数、车辙试验动稳定度。沥青混凝土 混合料水稳定性试验包括沥青与石料粘附性试验、浸水马歇尔残留稳 定度试验、真空饱水马歇尔试验、真空饱水冻融循环劈裂强度试验、 浸水抗压强度试验、渗水试验。
步骤8.施工合格的高密实沥青混凝土。通过对沥青混凝土组成材料比例加热拌合运输摊铺碾压，对高密 实沥青混凝土进行施工、检验。
在混凝土中加入适量其它材料如强度加强纤维、沥青改性剂、抗 剥离剂等，可以得到抗弯拉、抗冲击、抗剪、抗疲劳等性能得到极大 改善的现代沥青混凝土。
按照以上步骤l——步骤8，可以随意配制任何颗粒直径级别、 任意空隙率的、任何种类的(包括密级和开级)沥青混凝土。合理比 例时，沥青混凝土各项试验指标全部优良，按照"沥青混合料车辙试
验方法"测定的动稳定度一般在5000次/mm以上。 二、现代髙密实沥青混凝土配合比
按照现代高密实沥青混凝土配制方法配制的现代高密实沥青混凝 土由粗集料(包括最粗集料、次粗集料、米石)、细集料(包括粗砂、 中砂、细砂、特细砂)、矿粉、胶凝材料中最少两种及两种以上材料组 成；根据配制沥青混凝土压实后空气空隙率的不同，高密实沥青混凝 土集料组成特征为在最粗集料、次粗集料、较粗集料、粗砂、中砂、
细砂、特细砂、矿粉中组合两级及两级以上颗粒直径比例符合现代高 密实沥青混凝土集料填充定则的集料(颗粒直径大一级集料颗粒直径
与小一级集料颗粒直径之比^2. 41);现代高密实沥青混凝土组成材 料的重量比例为(重量单位kg):最粗集料用量为其表观密度的0 —
0. 76倍，次粗集料用量为其表观密度的0 — 0. 76倍，较粗集料用量 为其表观密度的0 — O. 76倍，粗砂用量为其表观密度的0 —0. 76倍， 中砂用量为其表观密度的O —0.5倍，细砂用量为其表观密度的O — 0.4倍，特细砂用量为其表观密度的0 —0.3倍，矿粉用量为其表观密 度的0 — 0. 2倍，沥青用量为其表观密度的0 — 0. 22倍。
对大比例高密实沥青混凝土，其特别优化的集料组成特征为使
33用两级或者三级颗粒直径集料配制沥青混凝土，在最粗集料、次粗集 料、较粗集料、粗砂、中砂、细砂、特细砂、矿粉中组合两级或者三 级颗粒直径比例符合大比例集料填充定则的集料；集料间特别优化的 颗粒直径比例特征为颗粒直径大一级集料是小一级集料颗粒直径的 6. 46倍以上15. 6倍以下；现代高密实沥青混凝土组成材料重量比例 特征为(重量单位kg):颗粒直径最大一级集料用量为其表观密度的
(0. 5—0. 76)倍，颗粒直径第二大集料用量为其表观密度的(0. 15 — 0. 25)倍，颗粒直径最小一级集料用量为其表观密度的0 — 0. 18倍， 沥青用量为(50 — 240)，沥青最优用量为(60 — 110);空隙特征为 集料均匀拌合压实后空隙率可以随意调整，理论空隙率(2 — 12) %; 高密实沥青混凝土摊铺压实后空隙率(1 — 6) %。
对中比例高密实沥青混凝土，其特别优化的集料组成特征为使
用三级或者四级颗粒直径集料配制高密实沥青混凝土，在最粗集料、 次粗集料、较粗集料、粗砂、中砂、细砂、特细砂、矿粉中组合三级
或者四级颗粒直径比例符合中比例集料填充定则的集料；集料间特别 优化的颗粒直径比例特征为大一级集料是小一级集料颗粒直径的 4. 37倍以上10. 6倍以下；现代高密实沥青混凝土组成材料重量比例 特征为(重量单位kg):颗粒直径最大一级集料用量为其表观密度的
(0. 4 — 0. 65)倍，颗粒直径第二大集料用量为其表观密度的(0. 19 — 0.39)倍，颗粒直径第三大集料用量为其表观密度的(0.06 — 0.23) 倍，颗粒直径最小一级集料用量为其表观密度的O — 0.18倍，胶凝 物沥青用量为(50 — 240)，沥青最优用量为(60 — 110);空隙特征
为集料拌匀压实后空隙率可以随意调整，理论空隙率(1 — 12) %;
高密实沥青混凝土摊铺压实后空隙率(0.5 — 6) %。
对小比例高密实沥青混凝土，根据配制沥青混凝土压实后空气空隙率的不同，其优化的集料组成特征为(重量单位kg):使用三级或 者四级或者五级颗粒直径比例符合小比例集料填充定则的集料配制 高密实沥青混凝土，在最粗集料、次粗集料、较粗集料、粗砂、中砂、 细砂、特细砂、矿粉中组合三级或者四级或者五级颗粒直径比例符合 小比例集料填充定则的集料；集料间特别优化的颗粒直径比例为大 一级集料是小一级集料颗粒直径的2. 41倍以上5. 81倍以下；现代高 密实沥青混凝土组成材料重量比例为颗粒直径最大一级集料用量为
其表观密度的(0.3— 0.55)倍，颗粒直径第二大集料用量为其表观 密度的(0. 19 — 0.31)倍，颗粒直径第三大集料用量为其表观密度的
(0.08 — 0. 18)倍，颗粒直径第四大集料用量为其表观密度的O — 0. 18倍，颗粒直径最小一级集料用量为其表观密度的0 — 0. 15倍， 胶凝物沥青用量为(50 —240)，沥青最优用量为(60 — 110);空隙 特征为集料均匀拌合压实后空隙率可以随意调整，理论空隙率
(2 — 11) %;高密实沥青混凝土摊铺压实后空隙率(1 一 6) %。 对小比例高密实沥青混凝土，使用三级或者四级颗粒直径集料配 制现代高密实沥青混凝土时，集料组成可以进一步优化为在最粗集
料、次粗集料、较粗集料、粗砂、中砂、细砂、特细砂、矿粉中组合
三级或者四级颗粒直径集料；集料间颗粒直径比例特征为大一级集 料是小一级集料颗粒直径的2. 41倍以上5. 81倍以下；高密实沥青混 凝土组成材料重量特征为(重量单位kg):颗粒直径最大一级集料用 量为其表观密度的(0.3 — 0.55)倍；颗粒直径第二大集料用量为其 表观密度的(0.19 — 0.31)倍；颗粒直径第三大集料用量为其表观密 度的(0. 08 — 0.16)倍；颗粒直径最小一级集料用量为其表观密度的 0_0. 13倍；沥青用量为(50 —240)，沥青最优用量为(60 — 110); 空隙特征为集料均匀拌合压实后空隙率可以随意调整，理论空隙率(4 — 11) %;沥青混凝土压实后空隙率(2 _ 6) %。
对小比例高密实沥青混凝土，使用四级或者五级颗粒直径集料配 制现代高密实沥青混凝土时，集料组成可以进一步优化为在最粗集 料、次粗集料、较粗集料、粗砂、中砂、细砂、特细砂、矿粉中组合 四级或者五级颗粒直径集料；集料间颗粒直径比例特征为大一级集 料是小一级集料颗粒直径的2. 41倍以上5. 81倍以下；高密实沥青混 凝土组成材料重量特征为(重量单位kg):颗粒直径最大一级集料用
量为其表观密度的(0.3 — 0.55)倍；颗粒直径第二大集料用量为其 表观密度的(0.19 — 0.31)倍；颗粒直径第三大集料用量为其表观密 度的(0.08 — 0.18)倍；颗粒直径第四大集料用量为其表观密度的
(0.03 — 0.16)倍；颗粒直径最小一级集料用量为其表观密度的 0_0. 13倍；沥青用量为(50 —240),沥青最优用量为(60 — 110);
空隙特征为集料均匀拌合压实后空隙率可以随意调整，理论空隙率
(1.8 — 6) %;沥青混凝土压实后空隙率(1 — 3) %。
如果希望加大沥青混凝土空隙率，仅需适当减少乃至取消超细集
料或者适当减少乃至取消细集料用量即可。如果希望配制抗滑沥青混
凝土，仅需适当减少细集料和超细集料用量或者减少超细集料用量即
可。如果希望配制更小空隙率沥青混凝土，需按照颗粒直径比例和最
大堆积密度原理再增加更小一级颗粒直径集料即可。不使用胶凝材料
时，上述混合材料为高密实级配碎石。
对高密实级配碎石，根据配制压实后高密实级配碎石空气空隙率 的不同(级配碎石密实度不同、容重不同)，使用三级集料、四级集
料或者五级集料配制高密实级配碎石；特别优化的集料比例为(重量 单位kg):大一级集料是小一级集料颗粒直径的2.41倍以上，三级 或者三级以上集料按照最大密度原理进行配制；粗集料用量为其表观密度的(0.4 — 0.9)倍；细集料用量为其表观密度的(0.08 — 0.39) 倍；超细集料用量为其表观密度的(0 —0.2倍)；沥青用量为O。
高密实级配碎石可以用作沥青混凝土或者水泥混凝土路面基层，空 隙率小于5%时，行车道基层实际抗压强度可以达到母岩强度的70%。
实施效果
现代高密实沥青混凝土配制方法简单易学，可操作性强，适应性 高，实用性强。按照现代高密实沥青混凝土配制方法配制的现代高密 实混凝土密度大，致密防水，具有一定的摩擦系数和表面构造深度， 高温稳定，低温抗裂，抗疲劳抗车辙能力强，沥青混凝土各项使用全 部高性能化，主要具有下列主要特点-
1、 沥青混凝土空隙率先知，空隙率可控，空隙率可调；混凝土 表面粗糙程度可以随意控制，即沥青混凝土路面表面摩擦系数可以随 意调整。
2、 具有合理的材料比例。相邻两级集料粒径比大于2.41，较细 一级集料重量应正好填充满或者相差一定比例无法填充满较粗一级 集料形成的空隙——合适颗粒直径、合适材料重量填充合适的空隙体 积，沥青混凝土质量均匀，离差小，计算容重与实际施工容重相比， 最大误差不超过5%， 一般仅1%左右，完全可以忽略不计。
3、 具有很好工作性， 一次试验合格率高。在适当温度下，现代 沥青混凝土配制方法设计的沥青混凝土施工更容易压实，更便于施 工，可以显著减少施工过程的质量管理及质量控制难度；在原材料合 格情况下，按照本发明配制的高密实沥青混凝土一次试验合格率基本 上可以达到100%。
4、 具有很高经济性和适用性。高温稳定性低温抗裂提高，抗疲 劳抗车辙防拥包能力增强，现代沥青混凝土本身并不高的成本……；
37在中高级沥青混凝土路面施工中，即使减少沥青混凝土的摊铺层数
(不是摊铺厚度)，理论上也不会降低沥青混凝土质量，现代沥青混 凝土具有很高经济性和适用性。
5、 具有超长耐久性和极高稳定性。现代沥青混凝土空隙率可控， 致密防水，抗水破坏能力大，高温抗永久变形能力强，各项性能稳定，
动稳定度一般在5000次/mm以上，维修少寿命长，具有超长耐久性 和极高稳定性。
6、 具有很高环保性。由于现代沥青混凝土具有极高稳定性和超 长耐久性，建设同等数量、同等规模、使用同样年限的沥青混凝土路 面，高性能沥青混凝土的沥青沙石料的用量减少，达到节能降耗减排 增效目的。
总之，通过对沥青混凝土客观规律的认识，本发明使沥青混凝土 这样一门只有通过试验才能知道结果的热敏感材料试验科学开始转 变为普通计算科学、数字科学，使沥青混凝土的很多实验结果通过计 算即可先知，减少科技人员劳动，节约设计试验时间。本发明配制的 高密实沥青混凝土具有组成材料比例合理，密度大，空隙可控，强度 高，超长耐久，抗水毁抗变形能力强，节能环保，成本降低，各项功 能高性能化的突出特点。
具体实施方式
举例
具体实施方式
举例实际上为高密实沥青混凝土设计方法举例，施工过程及工 后检测略。
例1.假定沥青混凝土粗集料表观密度2730 kg/m3，细集料表观密度2690 kg/m3,矿粉的表观密度2900 kg/m3，沥青表观密度1050 kg/m3。按大比例集料配 制空隙率3%的高密实沥青混凝土。
根据道路所处环境(寒区、温区、热区)、年最低月平均气温、路面设计标 准确定使用沥青品种。
3885 mm，即粗集料平均颗粒直径大于6 mm时，中 砂完全可以填充到任何粗集料形成的空隙中。
由于0.36/ (8*10—3) = 45》6.46;超细集料完全可以填充到平均颗粒直 径最小的中砂形成的空隙中。
粗集料、中砂、矿粉间适用大比例集料填充定则。
按大比例集料填充定则三级集料可以配制AC-5 I 、 AC-10 I 、 AC-13 I 、 AC-16 I 、 AC-20 I 、 AC-25 I 、 AC-30 I及AK-13 I 、 AK-161沥青混凝土；即选用 三级大比例集料可以配制任何颗粒直径的密实型沥青混凝土。沥青混凝土集料拟 留空隙率6%。
采用振动台振动粗集料、细集料、超细集料，粗集料、细集料空隙率在32% 一 34%之间，计算粗集料、细集料用量使用空隙率选用34%;超细集料空隙率38% —42%之间，计算超细集料用量使用空隙率42%。
粗集料用量D, 2730 *(1 — 0.34)= 1802 kg
中砂用量D2= 0.34 * 2690 *(1 — 0.34)= 604 kg
矿粉用量D3= 0. 342 * 2900 *(1 - 0.42)= 194 kg
以上集料拌合均匀压实后的空隙率e = 0.42*0.342 = 4.9。/。
减少超细集料用量(6%-4. 9%) * 1000 * 2.9 = 32 kg
矿粉实际用量D3= 194 - 32 = 162 kg
沥青使用量选用95 kg。
沥青混凝土体积V砼:1802/2730 + 604/2690 + 162/2900
+95/1050 +30/1000 =1. 06 m3
单位体积沥青混凝土配合比
粗集料中砂矿粉沥青=1700: 570: 152: 90
沥青混凝土理论容重r = 1700 + 570 + 152 + 90 = 2512 kg/m3
沥青混凝土油石比90/ (2512 - 90) =3.7% 做试件验证沥青混凝土配合比。
通过对沥青混凝土混合料强度、高温稳定性、水稳定性、抗滑性能的检验， 验证沥青混凝土配合比。 一次试验合格率基本上为100%。
按照例1设计的沥青混凝土，沥青混凝土搅拌站集料冷料仓仅需要3个。三 级集料配制沥青混凝土时，高密实沥青混凝土的空隙率可以容易地控制在2% —
39一 6%。
上例中，当超细集料使用量为0时，集料拌和均匀压实后空隙率9% — 12%，
沥青混凝土空隙率4% — 6%。
例2.假定沥青混凝土集料表观密度同例1，按照小比例集料填充定则和大
比例集料填充定则组合计算，配制空隙率4%的AC-30 I高密实沥青混凝土。
根据道路所处环境(寒区、温区、热区)、年最低月平均气温、路面设计标
准确定使用沥青品种。
当配制沥青混凝土为AC-30 I时，沥青混凝土最大集料颗粒直径为20 — 30ram，较粗集料颗粒直径6 — lOmm，粗集料间比例适用小比例集料填充定则， 粗集料、中砂、超细集料之间适用大比例集料填充定则。沥青混凝土集料拟留空 隙率8%。
釆用松堆法检测颗粒直径20 — 30 ram最粗集料、颗粒直径6 —IO mm较粗 集料的空隙率，最粗集料、较粗集料空隙率在44%—47%之间，计算最粗集料、 较粗集料使用空隙率选用47%。；采用振动法检测细集料、超细集料空隙率，细 集料空隙率在32% — 34%之间，计算细集料用量使用空隙率选用34%;超细集料 空隙率38% — 42%之间，计算超细集料用量选用空隙率45%。
20 — 30咖最粗粗集料用量Dr 2730 *(1 - 0.47)= 1447 kg 较粗集料的用量D2= 0.47 * 2730 *0. 53= 622 kg 细集料用量D3= 0.472 * 2690 *(1 — 0.34)= 392 kg 超细集料用量:D4= 0.472 * 0.34 * 2900 *(1 - 0.45)= 120 kg 集料拌合均匀压实后的空隙率e = 0.472 * 0.34 * 0.45=3.38% 减少超细集料用量(挑-3. 38%) * 1000 * 2.9 = 134 kg 矿粉实际用量D4= 120 - 134 = - 14 kg,即不仅不需要矿粉，还需要比 例体积减少砂的用量。需要减少中砂用量2690*14/2900 =13kg。 中砂的实际用量D3= 392 - 13= 379 kg 沥青使用量选用95 kg。
沥青混凝土体积Ve= 1447/2730 + 622/2730 + 379/2690
+ 95/1050 +40/1000 =1. 029m3
单位体积沥青混凝土配合比最粗粗集料较粗集料细集料沥青=1406: 605: 363: 92
混凝土理论容重r= 1406 + 605 + 363 + 92 = 2466 kg/m3
沥青混凝土油石比92/ (2502 - 91) =3.88% 做试件验证沥青混凝土配合比。
显然，两级粗集料、 一级细集料组合运用小比例集料填充定则和大比例集料 填充定则即可以配制出空隙率小4%的高密实沥青混凝土。
大比例集料填充定则和小比例集料填充定则组合运用可以配制AC-5 I 、 AC-10 I 、 AC-13 I 、 AC-16 I 、 AC-20 I 、 AC-25 I 、 AC-30 I及AK-13 I 、 AK-161 沥青混凝土；即选用大小比例集料填充定则组合运用可以配制全部级别任何颗粒 直径的空隙率在1%——6%的高密实沥青混凝土。
例3.假定沥青混凝土集料表观密度同例l，按小比例集料配制空隙率1%的
AC-16 I高密实沥青混凝土。
根据道路所处环境(寒区、温区、热区)、年最低月平均气温、路面设计标
准确定使用沥青品种。
由于0. 075/0. 008=9. 4 > 6.46;矿粉完全可以按照大比例集料填充定则填 充到特细砂(石粉)形成的空隙中。
当配制沥青混凝土为AC-16 I时，集料需10 — 16咖次粗集料，2. 35 — 6 mm米石，平均颗粒直径0.5咖以上较粗中砂、细砂、矿粉。粗集料间、细集 料间、粗集料、细集料之间适用小比例集料填充定则；细集料、超细集料之间适 用于大比例集料填充定则。沥青混凝土集料拌和均匀压实后拟留空隙率2%。
采用松堆法检测次粗集料、较粗集料、较粗中砂、特细砂的空隙率，空隙率 在44% — 46%之间，计算最粗集料、较粗集料使用空隙率选用46%。采用振动法 检测超细集料空隙率，矿粉空隙率在35% — 42%之间，计算超细集料使用空隙 率选用42%。
次粗集料用量D, 2730 *(1 — 0.46)= 1474 kg 较粗集料用量D2= 0.46 * 2730 *(1 — 0.46)= 678 kg
中砂用量D3= 0.462 * 2690 *(1 - 0.46)= 307 kg 特细砂用量D4= 0. 463* 2690 *(1 - 0.46)= 141 kg
矿粉用量D5= 0. 464 * 2900 *(1 — 0.42)= 75 kg 以上集料拌合均匀压实后的空隙率e = 0.464 * 0.42 = 1.88%需要减少矿粉用量(2-1.88) * 2900/100 = 3 kg 矿粉的实际用量75 - 3 = 72 kg 沥青选用100kg。
沥青混凝土体积Ve= 1474/2730 + 678/2730 + 307/2690
+ 141/2690+ 72/2900 + 100/1050 +10/1000=1. 085 m3 单位体积沥青混凝土配合比
次粗粗集料较粗集料中砂特细砂超细集料沥青
=1359: 625: 283: 130: 66: 92
沥青混凝土理论容重r = 2555 kg/m3
沥青混凝土油石比92/ (2555 - 92) =3.7% 做试件验证沥青混凝土配合比。
显然，在高密实沥青混凝土选用小比例集料填充定则最多五级集料(沥青混 凝土搅拌站使用五个集料冷料仓)也可以配制全部级别的高密实沥青混凝土。
权利要求
1. 一种全新的现代高密实沥青混凝土配制方法，其特征在于运用发明人发现的沥青混凝土规律，并按照下列步骤1——步骤8顺序对沥青混凝土进行配制步骤1. 根据道路所处环境(寒区、温区、热区)、年最低月平均气温、路面设计标准确定沥青混凝土中使用沥青品种；步骤2. 根据现代高密实沥青混凝土填充定则，选择与现代沥青混凝土填充定则相适应的优化的集料颗粒直径范围粗集料(包括最粗集料、次粗集料、较粗集料)、细集料(包括粗砂、中砂、细砂、特细砂)、矿粉，并确定它们的表观密度；现代高密实沥青混凝土填充定则沥青混凝土集料中，同颗粒直径集料堆积空隙率取值范围为24％—56％，并且只有大一级集料颗粒直径是小一级材料颗粒直径的2.41倍以上时，小一级集料才能够完全填充到大一级集料形成的空隙中；大一级集料颗粒直径是小一级集料颗粒直径的2.41倍以上是指沥青混凝土中，颗粒直径相邻两级集料颗粒直径之比大于2.41；即Φn-1/Φn≥2.41，n为任意正整数；大比例集料填充定则在大比例集料沥青混凝土中，同颗粒直径集料空隙率取值范围24％—34％；并且只有大一级集料颗粒直径是小一级集料颗粒直径6.46倍以上15.6(6.46×2.41)倍以下时，小一级集料才能够填充到大一级集料形成的空隙中并且空隙最小；中比例集料填充定则在中比例集料沥青混凝土中，同颗粒直径集料空隙率取值范围35％—45％；并且只有大一级集料颗粒直径是小一级集料颗粒直径4.3倍以上10.46(4.37×2.41)倍以下时，小一级集料才能填充到大一级集料的空隙中并且空隙最小；小比例集料填充定则在小比例集料沥青混凝土中，同颗粒直径集料空隙率取值范围46％—56％；并且只有大一级集料颗粒直径是小一级集料颗粒直径的2.4倍以上5.81(2.41×2.41)倍以下时，小一级集料才能填充到大一级集料的空隙中并且空隙最小；以上适合沥青混凝土配合比设计的集料填充定则发明人称作现代高密实沥青混凝土填充定则；大比例集料填充定则、中比例集料填充定则、小比例集料填充定则可以组合运用；如粗集料间、细集料间运用小比例集料填充定则进行组合，粗集料、细集料、超细集料间运用大比例集料填充定则或者中比例集料填充定则，使集料间比例更合理，粗细集料用量更多，沥青混凝土更经济；——当然，细集料间、细集料与矿粉间也是可以组合运用大比例集料填充定则、中比例集料填充定则、小比例集料填充定则，使沥青混凝土成本进一步降低；步骤3. 确定沥青混凝土集料适用空隙率(1). 做实验确定计算集料用量选用空隙率根据集料颗粒直径比例确定采用振动台震动法还是松堆法，做实验确定集料的实际空隙率；在实验基础上增加或者减少适当的空隙率(一般为0—3％)，确定计算集料用量使用空隙率；(2). 根据高密实沥青混凝土配制成功后空隙率2倍确定多级集料均匀拌合压实后的拟留空隙率；步骤4. 确定混凝土组成材料的用量(1). 运用混凝土最大堆集密度原理，确定配制近单位体积(接近一立方米)沥青混凝土各级集料的用量在合理重量比例和合理颗粒直径比例情况下，混凝土颗粒直径细一级集料完全填充满或者不完全填充满颗粒直径粗一级集料形成的空隙，使混凝土具有合理空隙率；最大堆集密度原理用公式表达为D1＝PD1(B-eD1)…………………………………1…1D2＝eD1PD2(1-eD2)……………………………1…2D3＝eD1eD2PD3(1-eD3)………………………1…3D4＝eD1eD2eD3PD4(1-eD4)…………………1…4D5＝eD1eD2eD3eD4PD5(1-eD5)…………………1…5Dn＝eD1eD2eD3……eDn-1PDn(1-eDn)…………1…61—n级集料拌匀压实后的空隙率e＝eD1eD2eD3……eDn…………………………1…7沥青混凝土集料拟留空隙率是高密实沥青混凝土摊铺碾压后配制空隙率2倍e拟＝2e砼…………………………………1…8根据高密实沥青混凝土集料拟留空隙率与1—n级集料拌匀压实后的空隙率差，从颗粒直径最细一级开始，通过调整集料用量使集料空隙率等于集料拟留空隙率D调＝(e拟-e)P调…………………………1…9(2)运用胶集比分配定则和颗粒包裹理论确定沥青用量胶集比分配定则沥青混凝土中，起“口袋”作用的产生最大抗压强度的沥青胶凝物和产生抗弯拉强度的起“口袋”填充物“粮食”作用的沥青集料，有大致1∶1的分配比例，这个比例在一定范围内向偏大于胶凝物的比例波动；用公式表达为C胶≥C集………………………………………1…10所以，沥青混凝土中沥青的总用量C≥2C胶≥2C集………………………………1…11考虑到沥青混凝土成本应该最低化，沥青用量VC＝2V胶＝2V集…………………………………1…12颗粒包裹理论沥青胶结物按照其颗粒直径厚度展开面积，大于或者等于被胶结物(全部集料)的(最大)总表面积的一半；用公式表达为C胶＝∑A1-n/(6*105)………………………………1…13根据胶集比分配定则和颗粒包裹理论，近单位立方沥青混凝土中，沥青用量VC≥1000e………………………………………1…14VC≥2Ve砼……………………………………1…15C＝VC PC………………………………………1…16AC胶≥∑A1-n/2……………………………………1…17其中，n＝1；2；3；……；n；n为任意正整数；VC胶＝AC胶/(3*105)…………………………………1…18VC＝VC胶+VC集…………………………………1…19单位立方高密实沥青混凝土中，沥青用量一般在沥青表观密度的0.05倍至0.22倍之间；最优用量在沥青表观密度的0.06倍至0.1倍之间；显然，在沥青混凝土具有最优空隙率3％—5％时，高密实沥青混凝土的沥青最优用量为60—110kg；步骤5. 计算沥青混凝土压实后体积、沥青混凝土容重沥青混凝土体积为沥青混凝土组成材料表观体积、空气空隙体积之和V砼＝VD1+VD2+VD3+…+VDn+0.5Ve+VC……1…20沥青混凝土容重r＝(D1+D2+D3+D4+D5+……+Dn+C)/V砼………1…21式1…1——式1…21中D1，D2，D3，……，Dn表示颗粒直径由粗到细的1至n级集料及集料重量(重量单位kg)，并且任意颗粒直径ΦDn-1/ΦDn≮2.41；e，空隙率；eDn，第n级集料Dn的空隙率；e拟，沥青混凝土集料拟留空隙率；砼，高密实沥青混凝土；P，表观密度，单位kg/M3；B，沥青混凝土工作性调整系数，B≤1；胶，起口袋作用的沥青胶凝物；集，起“口袋”填充物作用的沥青集料；调，需要调整的最小一级或者两级集料；∑A1-n，沥青混凝土中所有集料最大总表面积(所有集料表面积之和)，单位M2；C，沥青及沥青重量，单位kg；AC，沥青混凝土中沥青按照其颗粒直径厚度展开总面积，单位M2；V，沥青混凝土组成材料表观密度下体积，单位M3；VDn，集料Dn表观体积；r，沥青混凝土容重.单位kg/M3；步骤6. 根据步骤4和步骤5，确定沥青混凝土近单位体积理论配合比或沥青混凝土单位体积理论配合比；步骤7. 做试件验证沥青混凝土配合比设计；通过对沥青混凝土混合料强度、高温稳定性、水稳定性、抗滑性能的检验，验证沥青混凝土配合比；步骤8. 施工合格的高密实沥青混凝土；通过对沥青混凝土组成材料比例加热拌合运输摊铺碾压，对高密实沥青混凝土进行施工、检验；在混凝土中加入合适表观体积的纤维，可以得到抗弯拉、抗冲击、抗剪、抗疲劳等性能得到极大提高的纤维混凝土；按照以上步骤1——步骤8，可以配制任何颗粒直径级别、空隙率可调可控先知及粗糙程度可以随意调整控制的、任何种类的(包括密级和开级)沥青混凝土，各项试验指标优良；对高密实沥青混凝土，可以配制出AC-5I、AC-10I、AC-13I、AC-16I、AC-20I、AC-25I、AC-30I及AK-13I、AK-161沥青混凝土。
2.根据权利要求1所述的现代高密实沥青混凝土配制方法配制 的高密实沥青混凝土配合比，其材料组成特征在于配制的高密实沥 青混凝土由粗集料(包括粗集料、次粗集料、较粗集料)、细集料(包 括粗砂、中砂、细砂、特细砂)、矿粉、胶凝材料沥青中最少两种以 上材料组成；根据配制沥青混凝土摊铺压实后空隙率的不同，沥青混凝土集料组成特征为在最粗集料、次粗集料、较粗集料、粗砂、中 砂、细砂、特细砂、矿粉中组合两级及两级以上颗粒直径符合现代高 密实沥青混凝土集料填充定则的集料；沥青混凝土集料间颗粒直径比 例特征为颗粒直径大一级集料是颗粒直径小一级集料颗粒直径的 2.41倍以上；高密实沥青混凝土组成材料重量比例特征为(重量单位 kg):最粗集料用量为其表观密度的0 — 0. 76倍，次粗集料用量为其表观密度的0 — 0. 76倍，较粗集料用量为其表观密度的0 — 0. 76 倍，粗砂用量为其表观密度的O — 0.76倍，中砂用量为其表观密度的 0—0.5倍，细砂用量为其表观密度的0 — 0. 4倍，特细砂用量为其 表观密度的0 ~~0. 3倍，矿粉用量为其表观密度的0 — 0. 2倍，胶凝 材料沥青用量为沥青表观密度的0 — 0.22倍(即沥青用量小于 240kg)。
3.根据权利要求1所述的现代高密实沥青混凝土配制方法配制 的现代高密实沥青混凝土配合比，对大比例集料高密实沥青混凝土， 其特别优化的集料组成特征在于在最粗集料、次粗集料、较粗集料、 粗砂、中砂、细砂、特细砂、矿粉中组合两级或者三级颗粒直径符合 大比例集料填充定则的集料，使用两级或者三级颗粒直径集料配制高 密实沥青混凝土；特别优化的集料间颗粒比例特征为颗粒直径大一 级集料是小一级集料颗粒直径的6. 46倍以上15. 6倍以下；高密实沥 青混凝土组成材料重量比例特征在于(重量单位kg):颗粒直径最大 一级集料用量为其表观密度的(0.5 — 0.76)倍，颗粒直径第二大集 料用量为其表观密度的(0. 15 — 0.25)倍，颗粒直径最小一级集料用量为其表观密度的O — 0. 18倍，沥青用量为(50 — 240)，特别优 化的沥青用量为(60 — 110);空隙特征为集料均匀拌合压实后空隙 率可以随意调整，理论空隙率2% — 12%;高密实沥青混凝土摊铺压实 后空隙率1% _ 6%。
4. 根据权利要求1所述的现代高密实沥青混凝土配制方法配制 的现代高密实沥青混凝土配合比，对中比例高密实沥青混凝土，其特别优化的集料组成特征在于使用三级或者四级颗粒直径符合中比例集料填充定则的集料配制沥青混凝土，在最粗集料、次粗集料、较粗 集料、粗砂、中砂、细砂、特细砂、粗一级矿粉、细一级矿粉中组合三级或者四级集料；特别优化的集料间颗粒比例特征在于颗粒直径大一级集料是小一级集料颗粒直径的4. 37倍以上10. 6倍以下；高密实沥青混凝土组成材料重量比例特征在于(重量单位kg):颗粒直径最大一级集料用量为其表观密度的(0.4 — 0.65)倍，颗粒直径第二 大集料用量为其表观密度的(0. 19 — 0. 39)倍，颗粒直径第三大集 料用量为其表观密度的(0.06 — 0.23)倍，颗粒直径最小一级集料用 量为其表观密度的O — 0. 18倍，沥青用量为(50 —240)，特别优化 的沥青用量为(60 — 110);空隙特征为集料均匀拌合压实后空隙率可以随意调整，理论空隙率1% — 12%;高密实沥青混凝土摊铺压实后空隙率0. 5% — 6%。
5. 根据权利要求1所述的现代高密实沥青混凝土配制方法配制 的现代高密实沥青混凝土配合比，对小比例高密实沥青混凝土，根据 配制沥青混凝土压实后空气空隙率的不同，其特别优化的集料组成特征在于在最粗集料、次粗集料、较粗集料、粗砂、中砂、细砂、特 细砂、矿粉中组合三级或者四级或者五级颗粒直径比例符合小比例集 料填充定则的集料；集料间颗粒比例特征在于大一级集料颗粒直径 是小一级集料颗粒直径的2. 41倍以上5. 81倍以下；特别优化的高密 实沥青混凝土组成材料重量比例特征在于(重量单位kg):颗粒直径最大一级集料用量为其表观密度的(0.3 — 0.55)倍，颗粒直径第二 大集料用量为其表观密度的(0. 19 — 0. 31)倍，颗粒直径第三大集 料用量为其表观密度的(0.08 — 0. 18)倍，，颗粒直径第四大集料用 量为其表观密度的0 — 0. 18倍，颗粒直径最小一级集料用量为其表 观密度的0 — 0. 13倍，沥青用量为(50 — 240)，特别优化的沥青用 量为(60 — 110);空隙特征为集料均匀拌合压实后空隙率可以随意 调整，理论空隙率2% — 12%;高密实沥青混凝土摊铺压实后空隙率 1% — 6%。
6.根据权利要求1所述的现代高密实沥青混凝土配制方法配制 的沥青混凝土配合比，对小比例高密实沥青混凝土，特别优化的集料组成特征在于使用三级或者四级颗粒直径集料配制沥青混凝土 时，在最粗集料、次粗集料、较粗集料、粗砂、中砂、细砂、特细砂、 矿粉中组合四级颗粒直径符合小比例集料填充定则的集料；集料间特 别优化的颗粒比例特征在于大一级集料颗粒直径是小一级集料颗粒直径的2. 41倍以上5. 81倍以下；特别优化的现代高密实沥青混凝土组成材料重量比例特征在于(重量单位kg):颗粒直径最大一级集料用量为其表观密度的(0.3 — 0.55)倍，颗粒直径第二大集料用量为其表观密度的(0. 19 — 0. 31)倍，颗粒直径第三大集料用量为其表 观密度的(0.08 — 0. 16)倍，颗粒直径最小一级集料用量为其表观 密度的O — 0. 13倍，沥青用量为(50 —240)，特别优化的沥青用量 为(60 — 110);空隙特征为集料均匀拌合压实后空隙率可以随意调 整，理论空隙率4% — 12%;高密实沥青混凝土摊铺压实后空隙率 2% — 6%。
7.根据权利要求1所述的现代高密实沥青混凝土配制方法配制 的沥青混凝土配合比，对小比例高密实沥青混凝土配合比，其特别优化的集料组成特征在于使用四级或者五级颗粒直径集料配制沥青混凝土时，在最粗集料、次粗集料、较粗集料、粗砂、中砂、细砂、特 细砂、矿粉中组合四级或者五级颗粒直径符合小比例集料填充定则的集料；特别优化的集料间颗粒比例特征在于大一级集料颗粒直径是 小一级集料颗粒直径的2. 41倍以上5. 81倍以下；优化的现代高密实沥青混凝土组成材料重量比例特征在于(重量单位kg):颗粒直径最大一级集料用量为其表观密度的(0.3 — 0.55)倍，颗粒直径第二大 集料用量为其表观密度的(0. 19 — 0. 31)倍，颗粒直径第三大集料 用量为其表观密度的(0.08 — 0. 18)倍，颗粒直径第四大集料用量 为其表观密度的0. 03 — 0. 18倍，颗粒直径最小一级集料用量为其表 观密度的0 — 0. 13倍，沥青用量为(50 —240)，特别优化的沥青用 量为(60 — 110);空隙特征为集料均匀拌合压实后空隙率可以随意调整，理论空隙率1% — 10%;高密实沥青混凝土摊铺压实后空隙率0. 5% — 5%。
8. 根据权利要求1所述的现代高密实沥青混凝土配制方法配制 的沥青混凝土配合比，如果希望加大沥青混凝土空隙率，仅需适当减少乃至取消超细集料或者适当减少乃至取消细集料用量即可；如果希 望配制抗滑沥青混凝土，仅需适当减少细集料和超细集料用量或者减 少超细集料用量即可；如果希望配制更小空隙率沥青混凝土，仅需按 照颗粒直径比例和重量比例再增加颗粒直径更小一级集料即可；不使 用胶凝材料时，上述混合材料为高密实级配碎石。
9. 根据权利要求1所述的现代高密实沥青混凝土配制方法配制 的沥青混凝土配合比，其材料组成特征在于对高密实级配碎石，根据 配制压实后高密实级配碎石空气空隙率的不同(即级配碎石密实度不 同、容重不同)，使用三级集料、四级集料或者五级集料按照最大堆 积密度原理配制高密实级配碎石；特别优化的集料比例为(重量单位 kg):大一级集料是小一级集料颗粒直径的2.41倍以上，按照三级或 者三级以上集料进行配制；粗集料用量为其表观密度的(0.4 — 0.9) 倍；细集料用量为其表观密度的(0.08 — 0.39)倍；超细集料用量为 其表观密度的(0 — 0. 18倍)；胶凝物沥青用量为0。
全文摘要
通过对沥青混凝土客观规律的认识，本发明使沥青混凝土学这样一门热敏感材料试验科学开始转变为沥青混凝土“数字技术”科学，使沥青混凝土的很多实验结果通过计算即可先知，减少科技人员劳动，节约试验时间，便于施工控制和质量管理。本发明在不改变现有沥青混凝土施工工艺的情况下，通过对沥青混凝土组成材料配合比例的优化——包括材料重量比例和材料颗粒直径比例的优化，运用发明人发现的现代混凝土学口袋理论，配制出一种降低成本，节约能源，易于施工，便于管理，超长耐久的高性能高密实沥青混凝土。本发明的配制方法简单易学，可操作性强，适应性高，实用性强；计算结果准确可靠，配制沥青混凝土结果先知可控可调，质量均衡，具有很高经济性。
文档编号C04B26/26GK101475340SQ200810177270
公开日2009年7月8日 申请日期2008年12月6日 优先权日2008年12月6日
发明者王昱海 申请人:王昱海