貝雷法混合料級配設(shè)計原理及級配特征

1、貝雷法混合料級配設(shè)計原理及級配特征李洪利李強(qiáng)(遼寧省高速公路管理局,沈陽110003王磊(哈爾濱工業(yè)大學(xué)交通學(xué)院,哈爾濱150090摘要介紹了美國Robert D.Bailey 先生發(fā)明的一種確定瀝青混合料級配的一種方法,重點講述了其主要設(shè)計思想和數(shù)學(xué)模型。關(guān)鍵詞貝雷法瀝青混合料級配1貝雷法的簡介貝雷法是由美國伊利諾州交通部的Robert D.Bailey 先生發(fā)明的一種確定瀝青混合料級配的方法,貝雷法的主要設(shè)計思想是:集料相互嵌擠所形成的空隙率大小與集料的粒徑、形狀有關(guān),為了達(dá)到最大的密實度和嵌擠效果,粗集料相互嵌擠所形成的空隙由細(xì)集料來填充,這些細(xì)集料即相互嵌擠形成次級骨架,同時又形成更小

2、一級的空隙結(jié)構(gòu),這又需要更細(xì)的集料來填充,這樣逐級填充,從而形成多級嵌擠結(jié)構(gòu),所以粗細(xì)集料分界點就成為級配設(shè)計的出發(fā)點。經(jīng)過Heritage Research Gr oup 近十年的內(nèi)部使用和和普渡大學(xué)進(jìn)一步研究、實踐和驗證,認(rèn)為采用該方法設(shè)計的瀝青混合料具有良好的骨架結(jié)構(gòu),同時可以達(dá)到密實的效果,我們直譯稱之為“貝雷法”瀝青混合料級配設(shè)計。采用該方法設(shè)計的密級配曲線走向通常屬于S UPERP AVE 粗級配的范疇,選擇方法則根據(jù)原材料的性質(zhì)特點,通過原集料的體積試驗,設(shè)計成骨架密實的混合料材料結(jié)構(gòu)。2 貝雷法的數(shù)學(xué)模型圖1貝雷法平面模型圖貝雷法采用的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是平面園模型,當(dāng)三個圓球相互嵌擠,

3、接觸面分別是球面或平面時,有四種可能的組合(見圖1,所形成的空隙率分別是圓直徑的0.15、0.20、0.24、0.29倍。貝雷法取其平均值以最大公稱尺寸(D 的0.22倍對應(yīng)的篩孔孔徑作為混合料中粗細(xì)集料的分界點,大于分界點的集料是粗集料,小于分界點的集料是細(xì)集料,同樣,細(xì)集料也按照此原理分成細(xì)集料中的粗集料與細(xì)集料中的細(xì)集料,并形成依次的填充狀態(tài)。為了對粗集料部分的離析現(xiàn)象和壓實不穩(wěn)定性進(jìn)行約束,對粗集料部分組成提出CA 比要求。同樣,為了保證第二級和第三級形成嵌擠狀態(tài),采用F AC 比和F AF 比對級配的細(xì)集料部分的嵌擠進(jìn)行約束,級配參數(shù)的計算和相關(guān)表述如下:NMPS 最大公稱尺寸處;N

4、MPS/2最大公稱尺寸的二分之一處;PCS 粗細(xì)集料的分界點,為最大公稱尺寸(NMPS 的0.22倍處。該點是形成嵌擠的第一級分界點。F AC 第二級分界點,為PCS 的0.22倍處;F AF 第三級分界點,為F AC 的0.22倍處。PCS =D ×0.22(1Fa1=PCS ×0.22(2Fa2=Fa1×0.22(3CZ 比=P (NM PS/2-P (PCS P (100%-P (PCS (4F AC 比=P FAC P PCS (5F AF 比=P FAF P FAC(6式中:P FAC F AC 點的通過率;P PCS PCS 點的通過率;P FAF F

5、 AF 點的通過率。一般所作的工作就是進(jìn)行相關(guān)粗細(xì)集料體積狀態(tài)的試驗,將實驗數(shù)據(jù)輸入到計算機(jī)中并進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整,計算機(jī)將對級配的控制指標(biāo)計算,計算出各種原材料的用量并在0.45次方級配曲線圖上繪出23北方交通2007相應(yīng)的級配曲線。在調(diào)整過程中需要綜合考慮集料的相關(guān)因素,選定適宜的集料密度取值、粗集料之間的合理搭配、細(xì)集料之間的合理搭配、礦粉的含量等。3貝雷法的設(shè)計思路“貝雷法”設(shè)計級配曲線的分段示意圖見圖2所示。對于粗細(xì)集料的劃分界限,我國也有研究者指出應(yīng)采用比值0.25,這是考慮了集料具有一定的棱角性,與原假設(shè)不一致而做出的修正。貝雷法要求對初級配進(jìn)行的粗集料的粗料率(CA 值和細(xì)集料的粗

6、料率(F Ac 值和細(xì)料率(F Af 值進(jìn)行檢驗。CA 值主要是對粗集料的進(jìn)一步約束,這是出于防止集料離析和壓實方面的考慮,貝雷法要求CA 值=0.40.8。美國的經(jīng)驗已經(jīng)證明,CA 值大于1則混合料不能形成良好的骨架結(jié)構(gòu);CA 值如果小于0.4,則混合料容易產(chǎn)生離析并且壓實特性也較差。在粗骨料級配確定以后,其所形成的空隙將由細(xì)集料來填充,而細(xì)集料也可以按照這個思路進(jìn)一步細(xì)分。F Ac 值和F Af 值就是用來評價細(xì)集料中較粗成分嵌擠作用和較細(xì)成分所起的作用,對密級配混合料來說,這兩個指標(biāo)一般界于0.250.5的范圍內(nèi),F A 值過大時由于過多細(xì)料成分的影響而導(dǎo)致瀝青混合料表面的發(fā)軟現(xiàn)象,F

7、A 值過小時又會由于細(xì)集料中的粗料成分形成的空隙不能被有效填充而使混合料級配產(chǎn)生不均勻現(xiàn)象,施工中難于壓實。F A 值對于混合料的空隙率和間隙率有明顯影響,可以通過調(diào)整F A 值使混合料的各項控制指標(biāo)滿足要求 。圖2貝雷法設(shè)計級配示意圖“貝雷法”設(shè)計有一個非常復(fù)雜的計算和修訂的過程。需要計算每一種原材料在混合料中可能形成的狀態(tài)以及根據(jù)原材料級配的不均勻性修正骨料的分布和數(shù)量,整個過程需要有相應(yīng)的試驗規(guī)程和計算機(jī)設(shè)計程序完成,在此不贅述。由于貝雷法在設(shè)計理念上的完備性,用這種方法設(shè)計的混合料能夠形成嵌擠密實結(jié)構(gòu),因此具有既可以抗車轍、又有良好防滲性、穩(wěn)定性和耐久性的優(yōu)點。目前在我國的山東、江蘇等

8、省份相繼在工程建設(shè)中采用了這項新技術(shù),以提高路面的結(jié)構(gòu)功能和表面功能。我國現(xiàn)行規(guī)范中推薦的瀝青混合料礦料級配,在長期的使用過程中,逐漸暴露出其缺陷和不足,我國的道路建設(shè)者和研究人員在級配研究方面作了大量的工作,取得了非常寶貴的經(jīng)驗和成果,同時也積極引進(jìn)、消化和吸收國外先進(jìn)的科研成果,新的公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范已對級配進(jìn)行了較大的調(diào)整。4結(jié)語貝雷法設(shè)計瀝青混合料在中國剛開始應(yīng)用,其設(shè)計方法和參數(shù)還需要深入研究。在應(yīng)用貝雷法設(shè)計新級配或驗證已有級配時,都必須采用選取密度來檢驗粗骨架是否形成,同時使用CA 和F A 比來控制混合料的施工特性和體積特性,只有這樣才能設(shè)計出好的級配。而不能單純的用CA

9、 比來控制粗集料的骨架。參考文獻(xiàn)1吳曠懷.按體積法設(shè)計瀝青混合料.哈爾濱建筑大學(xué)碩士論文,1995.62沈金安.瀝青及瀝青混合料路用性能M .北京:人民交通出版社,20013于新,吳建浩.貝雷法應(yīng)用探討J .公路,2003(8:83-871Design Princi p le and Characteristics of M ix Grading Deter m ined by Bailey MethodAb s trac t The paper intr oduces a method deter m ining the as phalt m ix grading,that was invented byM r Robert D.Bailey fr om U.S .A.It e mp