[发明专利]高原公路级配砾碎石材料的设计方法

说明书

技术领域

本发明属于材料领域，涉及一种公路级配砾碎石材料的设计方法，尤其是一种高原公路级配砾碎石材料的设计方法。

背景技术

材料的性能与材料的结构有密切的联系。对于级配砾碎石材料来讲，由于没有结合料，其性能受到颗粒级配的影响更为突出。

当级配砂砾中的碎石掺量很少时，碎石颗粒和天然砂砾的大颗粒将悬浮于天然砂砾的细料中，粗颗粒无法相互接触形成相互嵌挤的结构，即形成所谓的悬浮密实结构；随天然砂砾中碎石掺量的增大，碎石颗粒及天然砂砾的粗颗粒开始相互接触而形成空间骨架结构，同时还有天然砂砾的细料填充由碎石和粗砾石颗粒组成的空间网架结构空隙，即形成骨架密实结构；当碎石掺量进一步增大时，级配砾碎石材料将由于粗集料过多而缺乏足够的细料填充空隙而形成骨架空隙结构。虽然骨架密实结构具有比较高的强度和抗变形能力，但是施工时容易出现离析。特别是该种材料由于没有结合料，若施工时采用密实骨架结构，集料的离析将非常严重。

在我国《公路路面基础施工技术规范》（JTJ 034-2000）和《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2006）中明确规定了级配碎石材料的级配范围。分析规范的级配可知：旧规范的级配范围太粗，对于不同交通和不同地区的指导性不强，因此，在新规范中做了一些较为重大的改进。在新规范进一步的应用中发现，级配碎石骨架密实结构的粗骨料空隙比较大，而细料含量却很少，施工现场易出现离析。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高原公路级配砾碎石材料的设计方法，该设计方法在新规范骨架密实结构的基础上，通过对级配设计方法的进一步研究，对级配砾碎石材料的级配进行优化设计，同时与工地的设计级配进行比较，使优化设计出的级配更具合理性和优越性。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种高原公路级配砾碎石材料的设计方法，包括以下步骤： 

将碎石分成如下如干档：

将公称粒径大于4.75mm的分成(20-31.5)mm档、(10-20)mm档、(5-10)mm档；将公称粒径≤4.75mm称为细集料；

测定(20-31.5)mm档、(10-20)mm档、(5-10)mm档的毛体积密度（毛体积密度是指单位体积该档集料物质颗粒的干质量）；

 (a)一级填充：

按照(20-31.5)mm档:(10-20)mm档=(1-9):(9-1)的质量比例将(20-31.5)mm档和(10-20)mm档混合，得若干份的一级集料，每份一级集料的质量相等；

将每份一级集料均进行如下处理：

干捣，并记(20-31.5)mm档的质量为W11，(10-20)mm档的质量为W12；

将一级集料均匀搅拌后分三层装入标定过的干捣筒（标定过的干捣筒是指预先对干捣筒的精度进行检测是否满足标准）内，干捣筒容积为10L或15L，每层以相同力度均匀插捣20~40下（例如为30下）；从而保证最上层的集料上表面水平，在干捣筒十字对称处分别量取集料上表面距离击实筒（干捣筒）上边缘的高度，计算其平均值（高度的平均值）；得到捣实后集料所占总体积V1，计算出混合集料（即，一级集料）的捣实密度ρ1=(W11+W12)/V1；空隙率VV1=1-(W11/ρ11+W12/ρ12)/V1，其中ρ11、ρ12分别为(20-31.5)mm档和(10-20)mm档的毛体积密度；建立不同集料比例（(20-31.5)mm档:(10-20)mm档=(1-9):(9-1)的质量比例）与捣实密度、空隙率之间的关系，从而确立(20-31.5)mm档和(10-20)mm档之间形成骨架结构的最优组成比例（即，捣实密度ρ1最大，且空隙率VV1最小时的组成比例)，为一级比例；

(b)二级填充：

按照[(20-31.5)mm档+(10-20)mm档]:(5-10)mm档=(1-9):(9-1)的比例将[(20-31.5)mm档+(10-20)mm档]和(5-10)mm档混合，得若干份的二级集料，所述(20-31.5)mm档:(10-20)mm档的质量比为一级比例，每份二级集料的质量相等；

将每份二级集料均进行如下处理：

干捣，并记[(20-31.5)mm+(10-20)mm]的质量为W21，(5-10)mm的质量为W22；