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嵌挤骨架型沥青混合料的设计研究

刘慧  
【摘要】: 根据沥青混合料的组成结构,从力学角度出发,提出了沥青混合料的力学强度模型,该模型很好地解释了嵌挤骨架型沥青混合料的强度组成机理。 通过对球体颗粒的堆积填充特性的分析,以填充理论为基础,计算出了三维模型下骨架型集料控制筛孔的大小为0.277D。根据粗、细集料的架构效应和填充作用的不同,推导出了嵌挤骨架型沥青混合料集料中粗集料用量、细集料和填料用量的理论计算公式。根据理论计算公式计算出了文中所研究的20种不同级配的粗集料用量为72.5%,与前人研究结论基本一致。 借鉴沙庆林院士SAC级配计算公式的思想,将粗集料看作一个整体,将细集料和填料看作一个整体,基于Fuller理论和分形理论,对嵌挤骨架型沥青混合料集料级配进行了研究。推导出了以Fuller理论为基础的粗集料级配的设计公式、细集料和填料级配的设计公式,以及以分形理论为基础的粗集料级配的分形公式、细集料和填料级配的分形公式。当3-XC=nC.3-XF=nF时,基于Fuller模型集料级配设计公式与沥青混合料集料的分形公式相同,但其表示的意义不相同。二者意义不同,但计算结果一致,进一步说明了该模型的可行性。 把细集料单独作为一个整体,对规范中给定的级配范围进行线性回归,得到不同结构类型混合料细集料的分形维数范围:AC13为2.43~2.56,Sup13为2.28~2.54,SMA13为2.66~2.88,SAC13为2.54~2.73。与把粗细集料作为一个整体与把细集料单独作为一个整体时相比较,AC13细集料的分形维数取值范围的差别不大,但是骨架型混合料的细集料分形维数差别较大。对于骨架型沥青混合料,粗集料级配设计时以形成骨架为目的,细集料级配以密实填充粗集料空隙为目的,二者侧重范围不同,故其参数也应该不相同。所以用同样的方法研究二者的级配参数,思路是不正确的,结果也会存在一定误差。 利用VCADRF骨架初级检验方法对合成的20种不同的级配组合进行了初级检验,利用压碎试验骨架检验法对4种不同的粗集料级配进行了骨架检验。VCADRF骨架初级检验方法和压碎试验骨架检验法的结论基本一致,粗集料形成了骨架结构。 在设计最佳沥青用量时,嵌挤骨架型沥青混合料的骨架作用在马歇尔荷载方式下得不到充分体现,故在确定最佳沥青用量时在马歇尔试验的基础上,引入了抗压强度和抗拉强度两力学性能指标。对于悬浮密实型沥青混合料,两种方法确定的最佳沥青用量相差很小。对于骨架型沥青混合料两种方法确定的最佳沥青用量相差较大。研究表明,该力学性能指标能够很好地反映嵌挤骨架型沥青混合料的强度性能,方法可行。同时这两个参数的引入,为实现路面结构与材料设计一体化奠定了基础。 通过嵌挤骨架型沥青混合料的抗压强度、抗拉强度、抗剪强度计算值、高温性能、低温性能及水稳定性的分析,建议nC取值范围为0.4~0.6,也即是粗集料的分形维数XC值取2.4~2.6;nF取值范围为0.30~0.35,也即是细集料的分形维数XF值取2.65~2.70。


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