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摘要：本文主要以《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）沥青混合料矿料合级配不具体情况以及当前国内外几种沥青混合料矿料组成理论的介绍，提出沥青混凝土矿料级配设计的关键筛孔设计原则及思路，供行业内参考。

关键词：沥青混合料矿料；级配；关键筛孔

一、前言

沥青混凝土基本材料组成主要由粗集料、细集料、矿粉、沥青组成。其集料（包括粗集料、细集料、矿粉）占沥青混合的95%左右，沥青只占5%左右。但是规范只对集料的材质有比较详细的要求。对集料的级配规范只有条条数语，如规定级配范围，对高速公路和一级公路，宜在工程设计级配范围内计算1～3组粗细不同的配合比，绘制设计配曲线，分别位于工程设计级配范围 的上方、中方及下方。设计合成级配不得太多的锯齿交错，且在0.3～0.6mm范围内不出现“驼峰”。从理论上讲，在规范级配范内，可以有无数条级配组成的比例。因此怎样设计一条合理级配曲线是我们沥青混合料工作一项关键工作。本人结合多年工作经验以及相关试验怎样控制沥青混合料集料组成设计。

二、目前主要矿料级配理论

1、连续级配理论

（1）富勒级配理论，他是美国学者富勒提出，认为颗粒级配接近抛物线时，可以得到最大密度。富勒级配理论数学公式：P=（di/D）0.5。这种结构是细集料多、粗集料少。属于悬浮结构。

（2）泰波级配理论，泰波主要在富勒级配理论作进一步的完善，在最大密度线要有一定波动范围。在富勒级配理论数学公式0.5改成n。n的取值范围为0.35-0.45间。本质上讲泰波级配理论也属于悬浮结构，细集料多、粗集料少，油石比偏高。

（3）后面相关学都是在富勒级配理论基础上进行研究，都是悬浮结构，细集料多、粗集料少。如林绣贤级配理论、前苏联伊万诺夫修正级配理论。

2、间断级配理论

（1）粒子干涉理论 最大密实度是由于前一级颗粒间空隙由次一级颗粒填充，但填隙的颗粒粒径不得大于其间隙的距离，否则会发生大小顆粒。该方法只适用各级粒径以1/2递进减的情况，沥青砼筛孔不是按这个要求设置的。该理论不适用国内沥青混合料。

（2）贝雷法。这个方法国内争论比较多，但是有许多不在论述。

三、矿料级配组成设计方法

1、确定级配调试工具

根据多年的工作经验，我们比较喜欢采用电子表格调试法。如下图：

注：右边是级配曲线，包括级配上限、中限、下限。红线为实际矿料级配合成线。左边有碎石规格、材料用量比例。可以调动级配比例来改变级配曲线的走势，得到理想级配。

2、0.075颗粒含量设计

0.075颗粒含量主要来源在矿粉，0.075颗粒含量对沥青混合料马歇尔试验的各项技术指标随矿粉用量变化而变化。如沥青混合料的密度和稳定度，随矿粉用量的增加而提高，空隙率随则随矿粉用量的增加而减少。但不是越多越好，它将受到空隙率、饱和度、间隙率的限制。如沥青混合料矿粉过多，比表面积增加、沥青用量增加。这样对沥青高温性、施工工作性产生影响。在一般控制在设计级配的中值或中值附近比较合理。

3、确定关键筛孔的通过率（用符号Dg表示）

依据《公路沥青路面施工技术规范》公称最大粒径界定。公称最大粒径9.5mm、13.2mm、16mm关键筛孔是2.36mm。公称最大粒径19mm、26.5mm、31.5mm关键筛孔是4.75mm.以上图AC-20沥青砼矿料级配为例，公称最大粒径是19mm，关键筛孔为4.75mm。首先确定4.75mm筛上通过率。可以粗略的调整左边石屑比例。其基本原则是确定关键筛孔的通过率在36-29%范围内，主要原因关键筛孔在这个范围内，粗集料可以形成骨架。对粒形相对差一点的粗集料，可以做36-29%的上限，粒形相对较好的粗集料可以走下限。

4、确定关键筛孔下一级筛孔的通过率（用符号Dgx表示）

根据笔者多年的经验和实际的数据表明，关键筛孔下一级筛孔的通过率对沥青砼集料的影响特别的关键，对沥青砼的力学指标、几何参数起关键作用。可以通过原则进行设计：

◆设计Dg与Dgx的差值不大于10%。其公式为Dg－Dgx≤10%。

◆2.36-4.75mm矿料控制在10以内。

◆沥青砼AC-20以上沥青结构可以采用（（Dg－Dgx）/（100-Dg））*100≤15%.其值越小，其高温稳定性、沥青砼工作性相对比其他结构的类型要好。为了研究关键筛孔下一级筛孔的通过率控制点，设计以下试验进行研究，方案如下：

（1）材料产地：

以望城区行政村公交铜官至大龙线提质改造工程第二标段AC-25沥青混凝土目标配合比进行矿料级配设计，碎石为娄底市数星区蛇形山镇万乾采石场，其规格19-31.5mm、16-19mm、9.5-16、4.75-9.5mm、石屑四档料。采用宁乡海螺水泥有限公司生产0-0.6mm矿粉.沥青：中国石化扬子石油化工有限公司，70A石油沥青。

（2）矿料筛分

3、试验方案

（1）试验设计材料组成比例固定，（碎石19-31.5mm：碎石19-31.5mm：16-9.5mm：4.75-9.5mm：石屑：矿粉=20%：17%：20%：16%：29%：1%，油石比：3.8%）4.75-2.36颗粒差值在7.4%、10%、12%、14%间变化，研究4.75-2.36颗粒差值变化对体积指标、力学性能的影响。

（2）由于原材料级配的原因，控制石屑2.36mm的通过率。使2.36-4.75mm差值在24.3%、21.6%、19.6%、17.9%间变化。

注黑线为1号级配、蓝线为2号级配。红线为3号级配.灰线为4号级配.

（3）试验条件按符合《公路沥青路面施工技术规范》规范要求。

（4）试验结果

（5）马歇尔试样剖面结构

从以结果，空隙率、流值随Dgx的增大而增大，密度、饱和度、稳定度、动稳定度随Dgx的增大而减小而减小。从马歇尔试样剖面图，可以看到1号、2号图粗集料形成骨架。3、4号被细集料撑开。是悬浮结结。

4、公称最大粒径筛孔下一档筛孔通过率的确定

最大称粒径筛孔是指100%都要求通过率的标准筛孔心尺寸。公称最大粒径是指可能全部通过或允许少量不通过的最小标准筛孔尺寸。上面AC-25矿料中最大称粒径是31.5mm，公称最大粒径是指26.5mm。在矿料级配中，为了减少离析，形成骨架。降低沥青用量。其原理是公称最大粒径筛孔基本按规范、设计其用量上限控制在10%左右，在10%左右是很难均匀的分布在沥青混合料中，为了减少混合料离析，控制沥青砼均匀性，设计公称最大粒径筛孔下一档筛孔通过率在设计范围下限有利于减少离析，形成骨架。降低沥青用量。

5、沥青混合料矿料级配线应圆顺

这是《公路沥青路面施工技术规范》规范的要求，在设计级配曲线应保证圆顺，这条圆顺矿料级配曲线很重要，它是目标配合比、生产配合比设计的标准矿料级配曲线，能保证马歇尔指标、高温稳定性指标的稳定。这条曲线可以通过材料比例来调动。现在许多检测工作者认为材料比例不能动。这是一种错误的观点。可以通过调动材料的比例来调整级配曲线来接近目标配合比、生产配合比设计设计曲线。

四、结论

1、通过以上分析与结果，设计一条合理的级配应遵守以下原则：

2、设计0.075颗粒含量设计。达到设计级配中值左右。

3、确定关键筛孔的通过率（用符号Dg表示），主要设计在关键筛孔以上矿料空隙率的通过率。

4、设计公称最大粒径筛孔下一档筛孔通过率按上述三条原则进行。

5、公称最大粒径筛孔下一档筛孔通过率的按规定级配下限通过率进行设计。

6、设计完成的级配线应圆顺。不能过多弯折。

参考文献：

[1]《沙庆林院土论文集》，人民交通出版社。

[2]《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）人民交通出版社

[3]《沥青混合料设计手册》人民交通出版社