2OO3年8月第8期(上)
中图分类号:U414.1O
文章编号:O451-O712(2OO3)O8-OO83-O5
文献标识码:A
HIGHWAYAug.2OO3 NO83.8
贝雷方法应用探讨
于
新 吴建浩
南京市
21OO17)
(江苏省交通科学研究院
要:在进行Superpave混合料级配设计时 贝雷方法可以作为重要的级配选择和评价工具G对贝雷方法的原
理~过程和其中的关键参数进行了介绍 并将该法应用于开阳高速公路混合料级配评价 针对控制参数提出了建议G
关键词:Superpave;贝雷方法;级配;评价;控制粒径
摘
广东开阳高速公路主线采用沥青混凝土路面 设计路面结构为AK-16A(上面层4cm)+AC-2OI(中面层5cm)+AC-25I(下面层6cm)G考虑到重车多 超载现象严重 为了更好地防止沥青混凝土路面出现早期病害 提高路面的使用寿命 开阳高速公
收稿日期:2OO3-O6-O4
路有限公司决定在开阳高速BO3标(双幅约36km)中~下面层采用Superpave路面结构G笔者参与了开阳高速公路全线沥青混凝土路面设计与施工 本文就贝雷法在开阳高速Superpave混合料级配选择与评价方面的应用情况谈点体会 希望能为同行在贝
稀浆封层;同时 芯样经浸泡后 大多数石屑表面较密 具有较强的抗拉拔能力 为热沥青封层的3~5为潮湿 进一步降低了抗拉拔能力G
(3)从稀浆封层与热沥青碎石封层施工路段使用效果看 稀浆封层适用条件为:D天气晴好 气温稍高;@摊铺后应有2~3h的破乳成型时间; 封层成型后可供施工车辆通行 不必紧接沥青混凝土面层施工G而热沥青碎石封层的适用条件为:D天气阴~晴(不下雨) 气温稍高;@摊铺后应紧接沥青混凝土路面施工 不能经受施工车辆行驶 否则易产生脱粒~飞散 尤其是非预拌热沥青碎石封层更易遭受行车破坏G
倍 因而具有较高的抗剪强度G热沥青封层的破坏面通常是在封层与下面层之间 破坏面主要是由于热沥青表面的石屑不能很好地与热沥青粘结 因而在此处形成薄弱环节 导致抗拉拔能力较低G不同封层类型的抗拉拔能力为:稀浆封层>热沥青封层(石屑经预拌)>热沥青封层(石屑未经预拌)G
(4)观察钻取的芯样:稀浆封层能很好地与基层~沥青混凝土路面下面层结合 能起到过渡~联接~保证层间连续的功能;同时拉拔试验前尽管芯样经过至少24h的浸泡 但取出芯样观察其界面能基本上保持干燥状态G热沥青封层中的热沥青层能与基层有较好的联接 但是由于其表面撒铺的石屑不能与热沥青紧密粘结 导致抗拉拔能力明显不如稀浆封层;同时 芯样经浸泡后 大多数石屑表面较为潮湿 进一步降低了抗拉拔能力G
(5)稀浆封层适用于需供施工车辆临时通车的条件 不致发生脱粒~飞散等破坏G参考文献:
[1]
虎增福.乳化沥青及稀浆封层技术[M].人民交通出版社 2OO1.
4
结论
(1)通过室内试验与试验路的铺筑及检测表明:尽管稀浆封层在施工过程中暴露了不少问题 但是试验结果表明其具有较高的抗拉拔强度和防渗水能力 能有效地保证层间连接 这些特点有利于保证路面长期使用性能和防止早期水损害 暴露出的问题随着稀浆封层技术不断的推广~成熟和经验的积累 是完全可以避免的G
(2)渗水试验表明:稀浆封层的渗水系数基本上不到1OmL/min 因此具有较好的防水~封水作用G(3)拉拔试验对比分析表明:稀浆封层的破坏面通常是在封层与基层顶面之间 两者之间结合较紧
雷方法应用过程中提供一些借鉴0
FASB为细集料二级分界粒径,mm;PCS为关键控
制粒径,mm0
( )分界点一览0
贝雷方法中,集料级配评价的的控制粒径如图1所示0
4
公路
2OO 年第 期(上)
1
贝雷方法简介
贝雷方法是美国伊利诺斯州Mr.RObertD.Bailey发明的一种评价和判断集料级配是否嵌挤的方法0近1O年工程经验表明,贝雷方法在混合料设计和评价方面可以提供有益的指导,受到越来越多的关注02OO1年,美国Superpave技术专家讨论是否将其纳入Superpave混合料设计体系中来0国内许多同行也在这方面也做了很多研究,普遍认为贝雷方法是一种很好的混合料级配选择与评价工具01.1
贝雷方法原理
贝雷方法基于集料的装填特性对集料级配进行评价,以选择具有较好内摩擦力和较大摩擦角的矿料结构0该法的精髓是根据混合料最大公称粒径对集料分界点进行分类并进一步细化,从集料装填特性出发对集料的骨架性和混合料的和易性进行评价0贝雷方法中,按照控制粒径将集料分为三级结构,贝雷方法采用级配评价参数粗集料CA~细集料FA:
~细集料FAf分别评价各级装填特性以最终判断集料骨架性是否良好01.2
贝雷法数学模型
贝雷方法设计依据是将集料颗粒抽象为平面圆扁模型0根据该数学模型,粗集料之间的空隙决定于颗粒的形状和大小,根据集料接触面棱角性不同,颗粒之间形成的空隙在O.1SD~O.29D(D为颗粒的直径)之间,统一起见,粗细集料的分界点取最大公称粒径的O.22倍0
1.3贝雷法中控制点确定
(1)粗细集料的分界点0
粗细集料的划分是确定哪些集料形成 骨架 ,哪些集料用以填充空隙0贝雷方法粗细集料的分界点(关键控制粒径)通过式(1)计算得出,随最大公称粒径的不同而变化0
PCS=NMPS>O.22
(1)式中:PCS为关键控制粒径,mm;NMPS为最大公称粒径,mm0
(2)细集料分界点0
和粗集料一样,细集料部分也可以看作是一种合成级配,可以通过两级分界点进一步细划0两级分界点分别根据式(2)和式( )计算得出:
FAIB=PCS>O.22
(2)
FASB=FAIB>O.22
( )式中:FAIB为细集料一级分界粒径,mm;
图1
贝雷方法中集料控制粒径
1.3
贝雷方法集料级配评价参数
(1)粗集料评价参数0
贝雷方法采用粗集料CA比来评价粗集料装填特性0粗集料CA比采用式(4)计算:
CA比=(P(NMPS/2) PPCS)/(1OO% P(NMPS/2))(4)
式中:P(NMPS/2)为最大公称粒径一半所对应的筛孔的通过率,%;PPCS为关键控制筛孔通过率,%0
根据美国工程经验,粗集料CA比应控制在O.4~O. 之间,如果CA比过大,较细的粗集料决定着粗集料结构的构成,粗集料被完全分开,混合料不能形成良好的骨架结构0如果粗集料CA比小于O.4,所需要的细集料大大增多,混合料中粗细集料集中,容易离析0
(2)细集料级配评价0
贝雷方法中,用细集料FA:比来评价较粗的细集料的装填特性,并用细集料FAf比来评价细集料中最细部分的装填特性0细集料FA:比和细集料FAf比通过式(S)和式(6)计算得出:
FA:
=P(FAIB)/P(PCS)(S)
FAf=P(FASB)/P(FAIB)
(6)式中:FA:为细集料的粗比;FAf为细集料的细比;P(PCS)为关键控制筛孔通过率,%;P(FASB)为细集料二级分界筛孔的通过率,%;P(FAIB)为细集料一级筛孔的通过率,%0
细集料FA:比和FAf比是重要的贝雷参数,对空隙率和矿料间隙率等体积指标影响极大0两比值
2003年第8期(上)
于新
吴建浩 贝雷方法应用探讨
不宜过大,以阻止细料过量装填大颗粒形成的空隙,比值过高的混合料容易压实但级配敏感,在0.45次方曲线图上表现为驼峰级配;同样,两参数又不宜过小,从而保证粗颗粒间隙有足够细料填充,从而保证压实O根据美国工程经验,细集料FA:比和FAf比取值应该在0.25~0.50之间O
场供应的闪长岩O依据美国Superpave沥青混合料设计标准(AASHTOMP2)设计要求,课题组对集料进行了共性试验和部分资源特性试验,试验结果汇总见表1O集料试验表明,闪长岩岩性好,石质坚硬O原材料筛分数据如表2所示O
表1
集料共性试验及部分资源特性结果汇总
试验值100467.068.09.82.0
Superpave规范要求
2100>40<10>50<35~45<12~20
85
试验项目
2
贝雷方法在开阳高速公路上的应用实践
粗集料棱角性/%细集料棱角/%扁平颗粒 /%粘土含量(砂当量)/%
坚固性/%安定性/%
现以开阳高速公路B03标中面层为例,介绍贝雷方法在开阳高速公路混合料级配选择与评价过程的应用情况O2.1
配合比设计
(1)集料试验O
开阳高速公路B03标中面层采用Sup19路面结构,路面厚度为5cm,所用集料为恩平禄平采石
表2
集
料
26.5
1~2cm0.5~1cm石屑黄砂矿粉水泥
100100100100100100
1996.8100100100100100
16.068.3100100100100100
13.246.0100100100100100
注 美国集料标准中粗集料扁平颗粒定义是粗集料最小厚度方向和最大长度方向的尺寸之比为1=5,而我国现行规范定义是粗集料最小厚度方向和最大长度方向的尺寸之比为1=3O
集料筛分数据
通过下列方孔筛(mm)的质量百分率/%9.54.099.0100100100100
4.750.214.196.397.8100100
2.360.00.966.985.8100100
1.180.00.749.767.1100100
0.60.00.033.338.4100100
0.30.00.019.510.6100100
0.150.00.011.71.710099.8
0.0750.00.05.20.499.591.6
(2)目标配合比O
根据美国2002版Superpave沥青混合料标准设计方法(AASHTOPP28),根据材料特性选出粗~
表3
级配类型
26.5
Blend1Blend2Blend3
100100100
1998.898.698.5
13.278.976.874.6
9.562.458.554.7
中~细等3种混合料级配,3种级配设计数据见表3,级配曲线见图2O
3种初选级配设计
通过下列方孔筛(mm)的质量百分率/%
4.7541.938.435.7
2.3630.227.425.3
1.1823.821.519.8
0.616.615.013.8
0.310.19.28.4
0.157.26.65.9
0.0755.24.74.1
Superpave混合料设计中,要求级配尽可能避开 限制区,但实际生产中更注重混合料体积性质,最新的Superpave混合料设计标准中, 限制区受到越来越多的质疑并有被取消的趋势O尽管Blend2和Blend3不通过限制区,但混合料在设计压实次数旋转压实下,体积指标如空隙率(VV)和矿粒间隙率(VMA)偏大,根据经验,这种混合料将很难压实O考虑到闪长岩本身就难以压实,综合混合料体积指
图2
3种初选级配曲线
标和材料特性,选Blend1为设计级配O初选级配旋转压实的部分体积指标如表4所示O
表4
3种试验级配旋转压实试验结果及贝雷参数
参
数
Blend1
压实度(压实次数=100)/%
空隙率VV/%矿料间隙率VMA/%
94.95.113.6
配合比类型Blend294.25.814.4
Blend393.76.315.1
参
数
86
公路
2003年第8期(上)
了很大程度的改善~表7是中面层芯样压实度及渗
水试验数据汇总O
表7
马氏压实度
%
平均值均方差代表值
98.20.83397.8
现场检测数据
理论压实度
%93.40.78393.0
现场空隙率
%6.60.7837.0
渗水系数ml/min86--
2.2
混合料贝雷参数
该标段中面层施工进行了近50个工作日~其间共得到近100组抽提试验数据~下面是设计级配以及生产控制中贝雷参数统计结果~如表5(限于篇(3)贝雷参数探讨O
幅~过程简略)O
表5
设计级配以及生产控制中贝雷参数统计
配合比类型粗集料CA细集料FAc
细集料FAf
目标配合比0.550.570.42生产配合比0.650.560.45生产平均值0.710.550.46控制
均方差
0.120.040.04美国推荐值
0.4~0.8
0.25~0.5
0.25~0.5
从设计及生产控制过程数据来看~除细集料粗比FAc稍稍偏高之外~其余各指标均满足美国工程实践推荐值~表明该混合料从理论上骨架性好O实际来看~实体路面均匀密实~芯样骨架性好~很好的印证了理论分析结果~说明贝雷法在混合料级配选择和评价方面是可以信赖的O2.3
贝雷参数探讨
(1)贝雷参数和混合料体积指标间的关系O
国内外研究表明~细集料FAc比和FAf比极大地影响混合料体积性质(VV~VMA)~但由表6可知~尽管3种级配体积指标相差较大~但细集料FAc比~FAf比几乎没有差别O配合比设计初期3种初选级配对应的贝雷参数如表6所示O
表6
3种初选级配贝雷参数
配合比
贝雷参数
Blend1
Blend2Blend3CA0.550.480.41FAc0.570.560.56FAf
0.42
0.42
0.43
(2)贝雷参数和部分检测数据的关系O
施工过程中~铺面均匀密实O但混合料难于压实是遇到的最大问题O为保证压实~承包商将初压钢轮压路机DD-110换成DD-130并对碾压组合进行了调整O改进压实机具及调整碾压组合后~压实效果有
根据美国经验~细集料贝雷参数细集料FAc
比~FAf比对空隙率和矿料间隙率等体积指标影响极大O本次工程实践中~初选3个级配体积指标差别很大~但数据表明~只有粗集料CA比和体积指标相关性良好O混合料体积指标和细集料贝雷参数FAc~FAf并没有什么差别~与混合料体积性质相关性不明显O
贝雷法建议细集料FAc比~FAf比取值在0.25~0.50之间~但本次中面层选用级配细集料贝雷参数FAc~FAf均接近甚至超过建议值上限(0.5)~混合料仍很难压实O实体路检测数据表明~该级配在大压实功作用下现场空隙率代表值仍为7%~且渗水系数平均值达到86ml/minO可以想象~如果减小两参数的取值~混合料细料将进一步减少~路面压实及渗水将更难保障O
贝雷方法在我国沥青混凝土路面级配设计中仍是一个新鲜事物~需要在实践中不断完善O我国沥青混凝土路面所采用石料岩性差别较大~极大地影响着集料的装填特性O贝雷方法中~级配评价参数并未根据集料装填特性推荐不同的数值~如何根据不同石料岩性的不同确定不同的推荐值尚需进一步研究;开阳高速公路工程实践表明~对于闪长岩等硬质石料~贝雷参数应取建议值上限O
3
结语
(1)贝雷方法给Superpave级配骨架选择和评价提供了一个很好的思路O贝雷方法将混合料颗粒分级细化~细集料逐级填充上一级粗颗粒形成的空隙~所需要的填料数量根据上一级集料所形成的空隙大小而定O
粗细集料的划分是混合料能否装填适当以构成混合料骨架的前提~贝雷方法粗细集料的分界随混合料最大公称粒径变化而变化;同时~贝雷方法认为细集料是影响混合料装填特性及体积性质的关键因
2003年第8期(上D
于新
吴建浩,贝雷方法应用探讨
素 细集料根据两级分界点进一步细化 突出控制混合料细料的组成结构O
(2D贝雷方法关键控制筛孔计算参数采用0.22 采用的是平面扁圆模型O但这个模型和混合料集料实际状态相差甚远 因为集料通常都有1~2个破裂面 是一种立方体填充状态O混合料的体积状态和装填特性与理论模型不能很好的符合 以此确定的计算系数适用性有待进一步在实践中得到验证O(3D贝雷方法理论性太强 进行混合料级配设计需要计算每一种集料在混合料中可能形成的状态 并根据原材料级配的不均匀性修正骨料的分布和数量O因而 目前贝雷方法更多地用于混合料级配评价和验证 很少用于单独的混合料级配设计O(4D贝雷方法级配评价参数粗集料CA比~细集料FA6比及FAf比中 从开阳高速公路中面层配合比设计应用情况来看 粗集料CA比参数与混合料体积指标有很好的相关性 细集料FA6比~FAf比和混合料体积指标相关性不明显O
(5D由于集料性状差别很大 贝雷方法级配评价参数粗集料CA比~细集料FA6比及细集料FAf比应根据材料特性给予不同的推荐值O
目前国内沥青混凝土路面大量采用石灰岩及玄武岩~闪长岩等石料 各种石料压实及装填特性差别
[5][4][2]
87
明显O贝雷方法级配评价参数粗集料CA比~细集料FA6比及FAf比是否根据材料特性对要求范围进行变化有待进一步研究O参考文献,
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(JiangsuTransportationResearchInstitute Nanjing210017 ChinaD
abstract,DuringSuperpavemixturegradationdesign Baileymethodisveryusefulingradationselectionandevaluation Itsprinciple processandkeyparameterandtheapplicationofittothemixturegradationevaluationofKai-YangExpressWayareintroducedandtheopinionsofauthorsputforWardinthispaper
Keywords,Superpave;BaileyMethod;gradation evaluation;controlsieve
贝雷方法应用探讨
作者：
作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
于新， 吴建浩
江苏省交通科学研究院,南京市,210017公路HIGHWAY2003(8)11次
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本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_gl200308022.aspx
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