摘 要：為了對比得到“貝雷法”與Superpave級配設(shè)計(jì)方法之間的異同，系統(tǒng)分析了貝雷法級配設(shè)計(jì)的原理、幾何模型以及理論依據(jù)，并在此基礎(chǔ)上介紹了其設(shè)計(jì)方法的具體實(shí)施步驟，并對關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)CA比及FA比的計(jì)算方法和相應(yīng)技術(shù)要求以及參數(shù)對于瀝青混合料細(xì)部結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行了詳細(xì)論述，就如何在提高瀝青路面的高溫穩(wěn)定性同時(shí)保證其耐久性提出了相應(yīng)的級配設(shè)計(jì)檢驗(yàn)方法。

　　關(guān)鍵詞： 貝雷法,級配設(shè)計(jì),CA比,FA比,嵌擠密實(shí)

　　1“貝雷法”級配設(shè)計(jì)理論依據(jù)

　　“貝雷法”級配設(shè)計(jì)方法是美國伊利諾伊州交通局羅伯特·貝雷進(jìn)行了大量研究而提出的一套確定瀝青混合料級配，被稱為嵌擠密實(shí)結(jié)構(gòu)的瀝青混合料級配設(shè)計(jì)方法。山東省交通科學(xué)技術(shù)研究所首次引進(jìn)借鑒了這套設(shè)計(jì)理念并提出多級嵌擠密級配瀝青混合料的級配設(shè)計(jì)方法以及相應(yīng)的施工工藝、質(zhì)量控制的方法、設(shè)計(jì)程序等。

　　“貝雷法”級配設(shè)計(jì)方法通過控制粗細(xì)集料關(guān)鍵篩孔尺寸的通過百分率比例關(guān)系，使得瀝青混合料粗集料獲得良好的骨架嵌擠結(jié)構(gòu)[1]。該法借鑒球體模型的優(yōu)點(diǎn)，以干涉理論為基礎(chǔ)，他的數(shù)學(xué)模型為平面圓模型，當(dāng)三個(gè)圓球相互嵌擠，接觸面分別為球面或平面時(shí)，有四種可能的組合，所形成的空隙分別是圓直徑的0.15、0.20、0.24和0.29倍[2]。“貝雷法”取平均值，以最大公稱粒徑(D)的0.22倍對應(yīng)的篩孔尺寸作為瀝青混合料中粗細(xì)集料的分界點(diǎn)，大于該分界點(diǎn)的集料定義為“貝雷法”中的粗集料，小于分界點(diǎn)的集料定義為細(xì)集料。

　　“貝雷法”粗細(xì)集料的用量確定原則為使粗集料形成嵌擠，粗集料用量是根據(jù)粗集料的

　　松裝密度與干搗實(shí)密度的體積特征確定，根據(jù)國內(nèi)學(xué)者的研究結(jié)果認(rèn)為：粗集料密度應(yīng)從松裝密度開始，取值位于松裝密度至松裝密度和干搗實(shí)密度的平均值之間;細(xì)集料的選擇應(yīng)從干搗實(shí)密度開始，取值位于干搗實(shí)密度和松裝密度的平均值之間[3]。

　　2“貝雷法”級配設(shè)計(jì)方法簡述

　　以最大公稱粒徑D為例，其設(shè)計(jì)過程如下：

　　第一、 對各種集料進(jìn)行篩分，初步確定級配組成。

　　第二、 測定各種粗細(xì)集料的表觀密度、毛體積密度和吸水率。

　　第三、按照0.22D、0.222D、0.223D、……、0.075mm確定對應(yīng)篩孔尺寸，并將合成級配分級：測定各組合成集料，即>0.22D、>0.222D、>0.223D、……、>0.075mm各組成集料的松裝密度和干搗實(shí)密度，及相應(yīng)的<0.22D、<0.222D、<0.223D、……、<0.075mm各粗集料的松裝密度和干搗實(shí)密度。

　　第四、計(jì)算各組合成集料的毛體積密度和視密度，以合成集料的毛體積密度為基礎(chǔ)，計(jì)算各組合成集料松散和搗實(shí)狀態(tài)下的空隙率。

　　第五、確定各級細(xì)集料含量，其基本原則為各級細(xì)集料的體積≤相應(yīng)各級粗集料的空隙體積，其余類推，知道確定整個(gè)級配，計(jì)算時(shí)各級粗集料體積加上相應(yīng)各級細(xì)集料的體積應(yīng)等于單位體積。

　　第六、粗集料的CA比檢驗(yàn)

　　根據(jù)最大公稱粒徑尺寸的0.22倍所對應(yīng)的尺寸來確定粗集料的分界點(diǎn)即第一個(gè)控制篩孔的PCS。與此尺寸最為接近的篩孔尺寸即作為粗細(xì)集料的分界點(diǎn)，也是該級配設(shè)計(jì)的第一個(gè)控制篩孔。CA比計(jì)算公式如下：

　　式中： —最大公稱粒徑尺寸的1/2所對應(yīng)篩孔的通過率(%); —關(guān)鍵篩孔的通過率(%); —最大篩孔的通過率(%)。

　　采用CA比指標(biāo)的目的是對粗集料的級配進(jìn)行約束，CA比過大則不能形成粗集料骨架結(jié)構(gòu)，太小則容易出現(xiàn)離析以及壓實(shí)度不足等問題。貝雷法要求CA比=0.2~0.5。根據(jù)美國的經(jīng)驗(yàn)，CA比大于0.5時(shí)粗集料組成結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，如果CA比小于0.2，則混合料容易產(chǎn)生離析且難于壓實(shí)。

　　第七、細(xì)集料FA值檢驗(yàn)

　　將PCS點(diǎn)對應(yīng)的篩孔尺寸×0.22得出細(xì)集料中的粗細(xì)分界點(diǎn)FAC，以FAC對應(yīng)的篩孔為細(xì)集料中粗細(xì)集料的關(guān)鍵控制點(diǎn)，并確定細(xì)集料中粗細(xì)集料比例FA1;繼續(xù)將FAC對應(yīng)的篩孔尺寸×0.22得出更細(xì)部分的粗細(xì)分界點(diǎn)FAF，并以FAF對應(yīng)的篩孔為更細(xì)集料中粗細(xì)集料的關(guān)鍵控制點(diǎn)，確定更細(xì)集料中粗細(xì)集料比FA2;如此一自計(jì)算到篩孔尺寸小于或等于0.075mm。對應(yīng)的公式如下：

　　式中：P(FAC)—FAC點(diǎn)對應(yīng)的篩孔通過率(%);P(PCS)—PCS點(diǎn)對應(yīng)的篩孔通過率(%);P(FAF)—FAF點(diǎn)對應(yīng)的篩孔尺寸通過率(%);FA1，F(xiàn)A2……—各級細(xì)集料中的粗細(xì)集料比。

　　根據(jù)細(xì)集料各篩孔的FA比確定細(xì)集料的級配曲線，貝雷法要求所有FA比應(yīng)介于0.30~0.5之間。其主要考慮是細(xì)集料中中間尺寸的細(xì)集料小能過多，否則，將會因礦料間隙率變小而小能容納足夠的瀝青，影響混合料的耐久性。

　　第八、遇常FA的比值要影響到礦料間隙率VMA值的大小，需要對小同的粗集料和細(xì)集料含量進(jìn)行調(diào)整，使各項(xiàng)控制指標(biāo)滿足要求。

　　第九、進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn)，將試驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)中并進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。計(jì)算機(jī)將對級配的控制指標(biāo)算出各種原材料的用量并繪出相應(yīng)的級配曲線。

　　3馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果分析

　　對采用貝雷法設(shè)計(jì)的嵌擠密級配瀝青混合料進(jìn)行常規(guī)的馬歇爾設(shè)計(jì)，表現(xiàn)在如下方面:①隨著瀝青含量的增大，混合料的試件密度逐步增大;②馬歇爾穩(wěn)定度沒有明顯的拋物線狀變化，隨著瀝青含量的變化，穩(wěn)定度變化不明顯;③飽和度達(dá)不到普通瀝青混合料的70%~85%的要求，一般在65%~75%之間，這與美國瀝青研究會的馬歇爾設(shè)計(jì)方法中重交通同條件下的要求相吻合;④礦料間隙率VMA的技術(shù)要求范圍調(diào)整為15.5%一17.5%;⑤最佳瀝青含量的取值小能考慮試件密度最大值對應(yīng)的瀝青含量a1和穩(wěn)定度最大值對應(yīng)的瀝青含量a2，應(yīng)以空隙率中值對應(yīng)的瀝青含量a3作為OAC1;⑥由于不同的實(shí)驗(yàn)方法得出的密度值存在著較大的區(qū)別，試件密度計(jì)算以飽和面干法計(jì)算為準(zhǔn);⑦嵌擠結(jié)構(gòu)的瀝青混合料的高溫抗車轍能力較普通密級配瀝青混合料有較大幅度地提高，普通密級配瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度在600次~1500次/mm左右，而嵌擠密實(shí)結(jié)構(gòu)瀝青混合料通常可以達(dá)到2000次以上;⑧由于嵌擠密級配瀝青混合料的骨架嵌擠較好，在要求達(dá)到相同密度的混合料時(shí)需要的壓實(shí)功更大一些，包括車轍試件的成型和現(xiàn)場的壓實(shí)。

　　4“貝雷法”級配設(shè)計(jì)方法優(yōu)缺點(diǎn)

　　4.1 優(yōu)點(diǎn)

　　經(jīng)過大量試驗(yàn)和工程實(shí)踐，貝雷法設(shè)計(jì)的瀝青混合料效果良好。以貝雷法集料級配設(shè)計(jì)理論可以達(dá)到多級嵌擠密實(shí)型級配要求，因而是既抗車轍又防滲水的合理組成。通過貝雷法的CA比檢驗(yàn)，對粗集料進(jìn)行控制，使其小離析、小推擠;同時(shí)FA比的檢驗(yàn)，又防止了細(xì)集料出現(xiàn)“駝峰級配”，駝峰級配表明細(xì)集料過多或細(xì)集料中細(xì)砂過多，這種小良的級配容易形成車轍，并常具有不適宜的VMA[4]。

　　我國有些地區(qū)高速公路瀝青路而表而層多采用各種結(jié)構(gòu)的抗滑磨耗層，為了提高磨耗層結(jié)構(gòu)的抗滑效果，滿足表面構(gòu)造深度的要求，一般該類混合料要求空隙率較高，因而導(dǎo)致路面透水，容易導(dǎo)致路而的早期損害，降低路而的使用壽命。通過對貝雷法設(shè)計(jì)的嵌擠密級配瀝青混合料的研究，采用該方法的瀝青混合料一方面混合料的強(qiáng)度有較大幅度地提高;另一方而，與傳統(tǒng)密級配瀝青混合料相比，混合料的表面紋理也可以得到較大程度的改善。通常I型密級配瀝青路面的構(gòu)造深度只有0.3mm~0.5mm，而嵌擠密實(shí)瀝青路面的表面構(gòu)造深度一般可以達(dá)到0.5mm~0.7mm。因此，采用貝雷法設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上提出的瀝青混合料的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，即達(dá)到密實(shí)的嵌擠結(jié)構(gòu)抗滑磨耗層。而且此方法為瀝青混凝土路而混合料設(shè)計(jì)開辟了一個(gè)新的領(lǐng)域，使得高速公路瀝青路而在保證具有良好表而服務(wù)特性的基礎(chǔ)上，路而混合料的耐久性又可以大幅度提高，減少路面的養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用，提高高速公路的使用壽命。

　　4.2缺點(diǎn)

　　貝雷法設(shè)計(jì)是一個(gè)確定混合料級配的過程，需要與馬歇爾法或者Superpave法相結(jié)合才能進(jìn)行瀝青混合料的完整設(shè)計(jì)，而且貝雷法設(shè)計(jì)有一個(gè)非常復(fù)雜的計(jì)算和修定的過程，需要計(jì)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(gè)過程需要有相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)程和計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)程序才能完成。

　　貝雷法設(shè)計(jì)雖然給我們提供了非常好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理念，但是在其應(yīng)用過程中還有一些問題需要進(jìn)一步的探討：①該方法采用的是平面三圓模型，這個(gè)模型與混和集料實(shí)際狀態(tài)相差甚遠(yuǎn)，集料的狀態(tài)是一種立體的填充狀態(tài)，混合料的體積狀態(tài)和填充狀態(tài)小能恰當(dāng)?shù)姆从吵鰜恚�以此狀態(tài)作為填充粒徑的確定依據(jù)可能僅適用于Superpave混合料。②嵌擠點(diǎn)控制和級配參數(shù)計(jì)算山于采用的都是標(biāo)準(zhǔn)篩孔值，該方法對于不同粒徑的混合料形成嵌擠的粒徑比例關(guān)系是小同的(嵌擠系數(shù)是浮動(dòng)變化的)，也就是說對于最大公稱粒徑的不同混合料，形成嵌擠的條件是不同的。③由于不同混合料嵌擠系數(shù)的變化導(dǎo)致小同混合料級配控制參數(shù)上沒有統(tǒng)一的可比性。④沒有考慮礦粉的體積填充影響。

　　5結(jié)論

　　“貝雷法”級配設(shè)計(jì)方法引進(jìn)國內(nèi)后得到了廣泛的應(yīng)用，但是目前其主要用于級配檢驗(yàn)，在已有的級配基礎(chǔ)上進(jìn)行CA比和FA比檢驗(yàn)，使得瀝青混合料中粗集料形成嵌擠結(jié)構(gòu)，細(xì)集料填充粗集料顆粒形成密實(shí)結(jié)構(gòu)，最終達(dá)到瀝青混合料形成嵌擠密實(shí)結(jié)構(gòu)，提高瀝青路面抗車轍能力的同時(shí)保證其耐久性。

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