所属栏目：工业设计论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:249
摘要：近年来，微表处作为一种预防性养护措施在我国得到广泛应用，然而实际应用效果却相差甚远，本文从影响微表处质量的关键因素之一—级配入手，通过传统的级配设计方法N法、K法和I法进行级配设计，通过室内设计及现场检测对比分析以推荐不同情况下的最优级配，避免盲目套级配范围，从而提高微表处技术。
关键词：微表处;N法、K法和I法;级配设计;质量检测
微表处是一项经济有效的预防性养护技术，以其开放交通快、抗滑性能卓越、可修复车辙、使用寿命长等技术优点在我国的高速公路上的应用越来越广泛。为进一步研究微表处技术，本文从影响微表处混合料的关键因素—级配入手，通过传统级配设计方法对其级配进行优化，通过对比分析以得出不同条件下微表处混合料较优级配，以便为实际工程应用提供参考。
1级配设计
级配是各种不同粒径的集料按照一定的比例搭配起来，以达到较高的密实度和较大的摩擦力。通常采用连续级配、间断级配、折断级配。
1.1连续级配
连续级配常用的计算方法有：
①对连续级配的计算方法早年有W.B.富勒(Fuller)根据试验提出的理想级配，认为颗粒级配曲线越接近抛物线，则密度越大，表达式为：
式中：—某粒径d集料的通过率(%);
D— 集料的最大粒径(mm)。
以后A.V.泰波(Talbol)把富勒公式改变为以下通式：
根据的理论分析和试验认为n=0.3～0.5间，都具有较好的密实度。由于此法主要决定于n值，所以又称为n法。
②i方法
分析原苏联的k法和美国n法基础上，同济大学道路工程研究所林绣贤高工提出了直接采用质量通过百分率递减系数i为参数的矿料级配组成计算方法(简称i法):
式中:—不同粒径d时的通过率%;
—最大公称粒径D时的通过率，以90%-100%控制;
x—级数;
I—通过率递减系数。(CA=0.49～0.7、FA=0.41～0.5)
I=0.64～0.70，它的确定借助于Superpave的集料组成设计法和贝雷法的检验标准，是Superpave法与贝雷法的综合而以I法的形式表示。
1.2间断级配
间断级配是在连续级配中剔除一个分级或几个分级形成的一种不连续级配。从理论上讲，间断级配混合料摩阻力、凝聚力，密实度都较好，但由于组成间断后，拌和不易均匀，运输摊铺过程中容易出现粗细分离现象，因此实际路用性能很难控制。
1.3折断级配
折断级配是综合连续级配和间断级配而成的，主要是通过“变k法”(即用k法计算连续级配时，主骨料和填充细料分别取不同的k值)，使得粗细集料在不间断的情况下达到最佳密实程度，它克服了间断级配容易离析的缺点。k法—前苏联控制筛余量递减系数的方法，其计算公式如下：
式中：k-颗粒分级重量递减系数;
d—希望计算的某级集料粒径(mm);
X-粒料分档所在级;
Y—总级数;
D-矿料最大粒径。
按照传统的级配设计方法N法、K法和I法进行级配设计，应用在我国高速公路上微表处工程大多采用MS-Ⅲ级配，因此本文主要依据MS-Ⅲ级配范围对级配进行优化设计，另外考虑级配中4.75mm～9.5mm部分的颗粒粒径偏大的问题。这一部分颗粒粒径偏大，即靠近9.5mm的粒径居多，这种级配往往造成微表处的表观不均匀、大骨料易飞散等问题，其次易造成假离析现象。因此本文建议增加一档7.5mm的筛对7.5mm通过率进行控制，以进一步细化级配区间。本次设计结果见表1.1。
矿料级配中4.75mm通过率显著影响微表处的表观效果和抗滑性能，0.075mm筛孔通过率显著影响稀浆混合料的成浆状态和沥青与石料的裹附#p#副标题#e#，是级配设计的重要参数。考虑到国内料场实际情况，砂当量指标很难大幅度提高，部分料场材料砂当量指标达不到要求，因此根据大量工程实际情况，国内处治措施主要是尽量控制0.075mm的通过率，一般不超过10%，因此针对上述情况，本次级配设计0.075mm的通过率控制在5～10%，可知N=0.5;i=0.70;K1=0.75，K2=0.7;K1=0.8，K2=0.7;K1=0.8，K2=0.75均满足要求，满足微表处混合料各级配曲线见图1.1所示。
从以上级配曲线可以看出K法中4.75mm及以上孔径的通过率大于N法及I法。另外除了K1=0.8，K2=0.75条件，其他K法中0.3mm及其以下孔径大体上通过率均小于N法及I法。通过比较可知A、B级配很接近，考虑到I法级配设计强调骨架嵌挤结构的特点，选用B级配;比较K法中C、D级配线性，D级配更加曲折，选用D级配，最终选择B、D、E级配进行室内设计及路用性能指标检测。
2微表处混合料室内设计
本次所用的碎石集料为辉绿岩，来自河源裕丰石料石场，以茂湛高速公路微表处罩面工程施工为例。沥青采用壳牌改性乳化沥青，改性乳化沥青的固含量为62.8%。填料采用42.5号普通硅酸盐水泥。材料各相性能指标均满足规范要求。选定B、D、E级配进行拌和试验、粘聚力试验、湿轮磨耗试验和负荷车轮粘附砂试验从而确定配合比，具体介绍如下：
根据工程经验初选改性乳化沥青的剂量为9.5%、10%、10.5%、11%、11.5%;水泥剂量(占骨料质量百分比)取值1%;水量(占骨料质量百分比)取值8%、9%、10%进行拌和试验，测定拌和时间及观察稠度情况，拌和试验用于评价乳化沥青与集料的相容性，ISSA及中国行业指南均要求微表处混合料的可拌和时间不少于120s，通过拌和试验最终选定初定配方进行粘聚力试验。
按照初步选定的混合料配方进行湿轮磨耗试验和负荷车轮粘附砂试验，试验中对改性乳化沥青的剂量在初选配方的基础上进行微调，各级配试验部分结果见表2.1、2.2。
综合湿轮磨耗试验值和负荷车轮粘附砂试验可得出各级配条件下，混合料最佳配合比见表2.3所示。
3微表处路用性能检测
为了验证所推荐级配的合理性与混合料性能的优越性，对所选三种配合比进行试验段的试铺，设定B种级配时配方路段为1，D种级配时配方路段为2，E种级配时配方路段为3，检查结果均满足要求，对比分析可知2路段抗滑性能最优。
4结论
随着地区的差异，气候的变化，级配也存在着变化，我国幅员辽阔，地区、气候差异较大，所以在施工过程中级配也应该根据具体情况作出相应的变化，如原路面的老化程度、施工时气候温度的变化、施工环境的变化、每天不同温度的变化等进行调配。一般来说，如果原路面老化程度较大、施工时气候干燥、当天的温度较高时，级配曲线就要偏下限一些，即粗集料多一些以保证正常施工，推荐级配D;如果原路面老化程度不是很严重、施工时气候较温和、当天温度较低时，级配就要偏向级配中上值,推荐级配B、E。另外考虑到目前微表处主要用于高速公路，因此建议矿料级配曲线宜在MS-3型级配范围中值与下限之间，选择B、D级配。本文主要从级配的角度考虑微表处性能，避免盲目套级配区间，旨在提高微表处质量，从而推广微表处技术在我国的广泛应用。
参考文献
[1]中华人民共和国行业标准，《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ052-2000)，人民交通出版社，2003年
[2]徐剑，《沥青路面微表处养护技术的研究》，东南大学博士学位论文，2002年
[3]InternationalSlurrySurfacingAssociation，《RecommendedPerformanceGuidelinesforPolymerModifiedMicro-Surfacing》A143(revised)May2005.