第 一篇 级配设计理论发展史
第1章 集料
集料级配是指集料颗粒的分布[1]。以体积分数表示的级配具有重要意义，但是习惯上以质量分数表示各粒径的分布情况，前提是所采用的各档集料的密度大致相等，否则需要进行相应的体积换算后，再按照体积法进行级配设计和计算。
集料级配是影响沥青混合料强度、稳定性、耐久性、渗水性、和易性、抗疲劳性能和抗水损害性能等路用性能最为重要的因素之一。
1.1 矿质集料的性状
常用的矿质集料包括天然砂石料、人工轧制的集料以及工业冶金矿渣等。其中，天然砂石料一般直接采自河边或在工程现场开采，未进行进一步加工，直接用于后期混合料的生产；人工轧制的集料是指经过破碎和筛分并满足一定尺寸要求的集料；工业冶金矿渣作为工业副产品用于道路中，一般需要进行评估并满足工程要求后才能使用，主要解决固体垃圾的处理问题，但未经检测不能用于工程，以免损害工程质量。
在考虑集料来源、加工方法、矿物特性的基础上，应选择坚硬的集料形成骨架以抵抗荷载。一般来说，纹理粗糙、棱角性好的棱角性集料是*优选择，该种集料可形成互锁，使材料的整体强度增大，而圆形集料恰好相反(图1.1)。
图1.1 集料形状
通过观察料堆(图1.2)，可以看出棱角性集料与圆形集料的抗剪强度差异，即破碎的集料(大部分是棱角性集料)形成的料堆比圆形集料料堆更陡更稳定。料堆的斜坡与水平方向构成休止角，破碎集料料堆休止角比未破碎集料(圆形集料)料堆休止角大，说明破碎集料间的嵌锁能力较强。
图1.2 集料形状与抗剪强度
研究者多用莫尔-库仑理论(因其创立了该理论而以其名字命名)解释集料间的抗剪能力。该理论表明，集料混合物的抗剪强度取决于集料颗粒在集料体中保持在一起的程度(常常称为黏聚力)、集料受到的应力以及集料的内摩擦力(图1.3)。莫尔-库仑方程用来表达材料的抗剪强度。
图1.3 莫尔-库仑理论
集料的黏聚力相对较小，抗剪强度主要依赖于集料的内摩擦力，也就是集料的内摩擦角。通过集料内摩擦角的互锁，集料具有强大的承载能力。为此，在工程中需要规范集料特性以保证内摩擦力。一般方法是，规定合成集料中粗集料部分破碎面的百分比。由于天然砂基本是圆形的，内摩擦力小，在级配设计过程中应限制天然砂的用量[2]。
1.2 集料颗粒(石料)的物理性质
集料颗粒(石料)的物理性质可以通过一系列物理指标进行表达和反映，如真实密度、毛体积密度、孔隙率、吸水性(吸水率、饱水率等)、抗冻性(耐候性、坚固性等)。这些物理指标是集料颗粒(石料)矿物组成结构状态的反映，与集料颗粒(石料)的技术性质关系密切，通过这些物理指标可以间接预测集料颗粒(石料)的技术性质。
集料及颗粒(石料)构造如图1.4所示。
图1.4 集料及颗粒(石料)构造
1. 真实密度
集料颗粒(石料)的真实密度是指在规定条件(干燥、试验温度为20℃)下，石料矿质实体单位真实体积(不包括石料的开口孔隙体积、闭口孔隙体积)的质量，简称真密度，按式(1.1)计算。
(1.1)
式中，为石料的真实密度，g/cm3；为石料实体的质量，g；为石料实体的体积，cm3。
2. 表观密度
集料颗粒(石料的)表观密度是指在规定条件下，烘干石料包括矿质实体和闭口孔隙在内的单位表观体积的质量。需将石料饱水后在水中称量其质量，按排水法计量其体积，此法是假定饱水后，水充满试件全部与外界连通的开口孔隙，故测得的矿质实体体积是包括闭口孔隙在内的体积，称为表观体积。表观密度亦称视密度，按式(1.2)计算。
(1.2)
式中，为石料的表观密度，g/cm3；为石料实体中闭口孔隙的体积，cm3。
3. 毛体积密度
集料颗粒(石料)的毛体积密度是指在规定试验条件下，石料单位体积(包括实体和孔隙体积)的质量，按式(1.3)计算。
(1.3)
式中，为石料的毛体积密度，g/cm3；为石料实体中开口孔隙的体积，cm3；为石料的毛体积(含石料实体体积、开口孔隙体积和闭口孔隙体积)，cm3；为石料实体中孔隙质量，可忽略不计。
目录
前言
第一篇 级配设计理论发展史
第1章 集料 3
1.1 矿质集料的性状 3
1.2 集料颗粒(石料)的物理性质 5
1.3 集料的技术性质 7
1.3.1 粗集料的技术性质 7
1.3.2 细集料的技术性质 10
1.3.3 级配 10
第2章 主流级配设计理论与方法 12
2.1 *大密度*线理论 12
2.2 n法 14
2.3 k法 15
2.4 i法 18
2.4.1 基本原理 18
2.4.2 嵌挤原则检验 28
2.5 贝雷法 32
2.5.1 基本概念 32
2.5.2 贝雷法中集料密度概念 36
2.5.3 合成级配分析 38
2.5.4 集料级配组成设计 41
2.5.5 贝雷法在细级配混合料中的应用 48
2.5.6 贝雷法在SMA混合料中的应用 52
2.5.7 贝雷法级配设计与分析中的关键问题 53
2.5.8 贝雷法与i法级配设计的融合 56
2.6 美国Superpave级配设计方法 57
2.6.1 概况 57
2.6.2 级配设计 58
2.6.3 关于禁区的相关讨论 62
第3章 其他级配设计理论与方法 63
3.1 粒子干涉理论 63
3.2 分形理论 64
3.2.1 分形理论概述 64
3.2.2 分形的特征 64
3.2.3 分形维数 66
3.2.4 矿料级配的分形 69
3.2.5 分形级配理论与现有级配理论之间的关系 70
3.3 主骨料空隙填充法 73
3.4 多碎石沥青混凝土级配设计方法 74
第二篇 基于GB5的多级迭代级配设计理论研究
第4章 基于骨架嵌挤原理的级配设计方法研究 79
4.1 集料嵌挤理论 79
4.1.1 边界效应 79
4.1.2 干涉效应 80
4.2 集料粒径比对矿料空隙指数的影响 82
4.3 GB5矿料嵌挤结构分析 83
4.3.1 矿料嵌挤理论 83
4.3.2 多级迭代级配设计方法 84
4.3.3 GB5型混合料多级迭代级配设计方法分析 86
4.3.4 关于Pt点确定方法的探讨 97
4.4 基于GB5的新型级配设计方法 99
4.4.1 粗集料组成确定方法 99
4.4.2 粗集料组成确定简化方法 102
4.4.3 混合料级配确定 110
第5章 基于骨架嵌挤原理的SDA混合料设计实例 111
5.1 原材料 112
5.2 配合比设计 116
5.2.1 配合比设计技术要求 116
5.2.2 SDA-10混合料配合比设计 118
5.2.3 SDA-13混合料配合比设计 122
5.2.4 SDA-20混合料配合比设计 127
第6章 SDA混合料性能分析 133
6.1 SDA混合料与其他常用混合料级配设计 133
6.1.1 材料选择 133
6.1.2 配合比设计 134
6.2 高温稳定性 135
6.2.1 车辙试验结果及分析 135
6.2.2 单轴贯入试验结果及分析 137
6.2.3 MMLS3加速加载试验结果及分析 142
6.2.4 汉堡轮辙试验结果及分析 154
6.3 抗水损害能力 157
6.3.1 水损害的定义及形成机理 157
6.3.2 浸水马歇尔稳定度试验结果及分析 158
6.3.3 冻融劈裂试验结果及分析 158
6.4 低温抗裂性 160
6.4.1 低温开裂的影响因素及形成机理 160
6.4.2 低温弯*试验结果及分析 160
6.5 动态特性 162
6.5.1 确定动态模量主*线 163
6.5.2 试验结果及评价 167
6.6 基于图像技术的粗集料骨架作用评价 168
6.6.1 SDCPD-A软件功能 169
6.6.2 图片预处理 169
6.6.3 接触状态识别标准 170
6.6.4 相关骨架作用参数 171
6.6.5 骨架效果对比分析 172
第7章 SDA混合料施工 179
7.1 材料 179
7.1.1 沥青 179
7.1.2 粗集料 179
7.1.3 细集料 182
7.1.4 填料 183
7.1.5 纤维稳定剂 184
7.2 施工准备 184
7.2.1 实验室仪器与人员配置 184
7.2.2 施工控制温度 185
7.3 SDA混合料配合比设计 186
7.3.1 矿料级配 187
7.3.2 混合料技术要求 187
7.3.3 混合料性能检验 187
7.3.4 配合比设计注意事项 189
7.4 SDA混合料的施工工艺 189
7.4.1 混合料的拌和 189
7.4.2 混合料的运输 191
7.4.3 混合料的摊铺 192
7.4.4 路面的压实与成型 193
7.4.5 接缝处理及其他 194
7.4.6 施工阶段的质量管理 194
7.4.7 开放交通及其他 197
第8章 SDA混合料试验路铺筑及性能观测 198
8.1 项目简介 198
8.2 气候条件 198
8.3 试验路的铺筑 199
8.3.1 目标配合比设计 199
8.3.2 生产配合比设计 206
8.3.3 试验路施工 207
8.3.4 SDA-10试验路传感器的安装 211
8.3.5 SDA-10试验路检测 212
8.4 试验路的跟踪观测 216
8.4.1 车辙检测 216
8.4.2 平整度检测 217
8.4.3 弯沉检测 217
8.4.4 传感器数据采集 218
参考文献 220
