李金鳳，何兆益，官志桃

(重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，重慶 400074)

瀝青混合料是一種典型的多相復(fù)合材料，由集料、瀝青和填料等不同性質(zhì)的材料組成。其中，粗集料形成骨架結(jié)構(gòu)，承擔(dān)車輛荷載；細(xì)集料、填料和瀝青填充粗集料形成的空隙，提高路面結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。礦料間隙率是瀝青混合料級配設(shè)計的重要體積參數(shù)，對瀝青混合料性能有顯著影響[1]。相比密級配或骨架密實型瀝青混合料，多孔瀝青混合料(PAC)作為環(huán)境友好型路面材料，為了實現(xiàn)在大雨期間加快路面排水、減少路面水膜、提高路面抗滑以及有效降低交通噪音等功能[2-4]，需要較大空隙率，通常控制在20%左右[4-5]?？障堵释ǔＪ怯傻V料間隙率推求而來，因此開展PAC混合料主骨架結(jié)構(gòu)和礦料間隙率物理模型的研究具有重要的工程意義。

瀝青混合料的強度來源于集料的嵌擠和瀝青砂漿的黏結(jié)，對抗車轍、抗裂和抗水損害等有重大意義[6]。根據(jù)尺寸大小，集料可分為粗集料和細(xì)集料[7]，合理的粗細(xì)集料比例可以確保瀝青混合料形成穩(wěn)定的主骨架結(jié)構(gòu)。瀝青混合料的力學(xué)性能和體積指標(biāo)高度依賴于集料的級配曲線類型[8]。文獻(xiàn)[9]提出了接近于拋物線形狀的密實型級配設(shè)計方法，但密實結(jié)構(gòu)并不意味著混合料中存在主骨架結(jié)構(gòu)。文獻(xiàn)[10]引入粗細(xì)集料比作為評價指標(biāo)，可粗略表征瀝青混合料的骨架性能，但該比值具有經(jīng)驗性質(zhì)，并不能反映細(xì)集料對粗集料的影響。文獻(xiàn)[11-12]基于顆粒堆積和粒徑分布理論提出了評估瀝青混合料粗集料骨架結(jié)構(gòu)的的分析模型，確定了形成骨架結(jié)構(gòu)的主集料粒徑范圍(DASR)，并分析了DASR與瀝青混合料抗車轍[13-15]和抗裂[12]的相關(guān)性。文獻(xiàn)[16]利用DASR的概念，將粒徑小于DASR的集料稱為間隙組分，將瀝青與空隙的體積之和作為間隙體積，并引入干涉系數(shù)(DF)來評估間隙組分對主骨架結(jié)構(gòu)的影響，最后研究了瀝青砂漿、粒徑小于DASR的集料含量以及空隙率對瀝青混合料抗車轍和抗裂性能的影響。綜上可知，DASR與瀝青混合料路用性能有很好的相關(guān)性，形成的主骨架結(jié)構(gòu)決定了混合料的礦料間隙率，進(jìn)而影響混合料的空隙率，但并沒有提出礦料間隙率的計算方法。

現(xiàn)有級配設(shè)計方法主要有泰勒曲線法、體積填充法和貝雷法等[17]，這些方法主要針對是密級配瀝青混合料。目前，常采用試錯法或基于經(jīng)驗?zāi)Ｐ瓦x擇滿足空隙率目標(biāo)要求的最佳級配，其弊端就是需要開展大量的試驗測試。本文將在DASR的基礎(chǔ)上進(jìn)行拓展，構(gòu)建適于計算PAC混合料礦料間隙率的物理模型，方便選定滿足目標(biāo)空隙率要求的混合料最佳級配，可節(jié)約大量的時間和精力，能夠有效控制混合料性能差的風(fēng)險。

1 DASR法及其改進(jìn)

1.1 原始DASR法

文獻(xiàn)[12]基于顆粒堆積理論和粒徑分布構(gòu)建了一種評估粗集料骨架結(jié)構(gòu)的理論方法，提出了描述瀝青混合料組成的物理模型。該模型認(rèn)為瀝青混合料由主集料(DASR)形成空間骨架結(jié)構(gòu)，其間隙部分是由粒徑小于DASR的集料(稱為間隙集料ICA，可完全融入到DASR的內(nèi)部空隙中)、瀝青和空隙組成，如圖1所示。

圖1 計算主骨架空隙率的瀝青混合料組成[11]

瀝青混合料經(jīng)壓實后礦物集料之間的有效空間體積(礦料間隙體積)所占總體積的百分比，即為礦料間隙率，類似于土體中的孔隙率。則有

VVMA=VTM-VAgg

(1)

式中：VVMA為礦料間隙體積，VTM為壓實后混合料的總體積，VAgg為混合料中集料所占的體積。

如果瀝青混合料在給定的集料級配下具有一定的有效瀝青含量和空隙率，則可計算DASR形成主骨架的空隙率。將粒徑大于DASR的集料稱為較大粒徑集料(LSA)，其占比較少；利用混合料的總體積減去LSA的顆粒體積來計算DASR的總體積，即

VT(DASR)=VTM-VLSA

(2)

式中：VT(DASR)表示DASR形成的主骨架總體積，包括DASR本身及其形成的主骨架空隙部分；VLSA表示LAS的顆粒體積。

DASR形成的主骨架空隙體積包括間隙集料(ICA)體積、有效瀝青體積和空隙體積(后兩者之和即為礦料間隙體積VVMA)，則有

VV(DASR)=VICA+VVMA

(3)

式中：VV(DASR)為DASR形成的骨架空隙體積，VICA為ICA的顆粒體積。

DASR骨架空隙率的計算表達(dá)式為

(4)

由式(4)可知，ICA的體積是影響主骨架空隙率的主要因素，LSA在混合料中只是取代少部分DASR，并不會影響混合料的礦料間隙率。而實際情況是，混合料中LSA比同等含量的DASR形成空隙體積要大，因而LSA不僅取代了少部分DASR，還會影響混合料的礦料間隙。另外，混合料中還包括顆粒粒徑介于DASR與ICA之間的集料，這部分集料并不能完全融入到DASR形成的骨架空隙中，在占據(jù)DASR內(nèi)部空隙的同時還會干涉DASR的骨架結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響混合料的礦料間隙率，將這部集料稱為干涉集料PDA。針對上述不足，本文將通過考慮LSA和PDA的影響，對原始的DASR法進(jìn)行改進(jìn)和完善。

1.2 改進(jìn)的DASR法

1.2.1 骨架空隙結(jié)構(gòu)

PAC混合料屬于典型的骨架大空隙結(jié)構(gòu)，DASR主骨架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性取決于較小粒徑集料如何融入到DASR內(nèi)部的骨架空隙。通常將集料顆粒假定為球體形狀在混合料中呈隨機堆積排列，利用顆粒堆積理論可近似確定主骨架空隙結(jié)構(gòu)(空隙類型、數(shù)量和大小)。對于規(guī)則的球體系統(tǒng)，可利用基于填充的數(shù)學(xué)方程對其空隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行評估。若采用試驗測定(如CT掃描)可獲得準(zhǔn)確的混合料空隙結(jié)構(gòu)，但費用昂貴，應(yīng)用受到極大限制。較小粒徑集料與單個DASR骨架空隙之間的關(guān)系如圖2所示。

圖2 DASR形成的主骨架結(jié)構(gòu)的局部穩(wěn)定性

由圖2可以看出，若集料的粒徑小于主骨架空隙，主骨架結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的；若集料粒徑等于主骨架空隙，主骨架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性處于臨界狀態(tài)；若集料粒徑大于主骨架空隙，主骨架結(jié)構(gòu)會遭到破壞，也就是對主骨架形成了干涉，將其稱為干涉集料PDA。如圖3所示，當(dāng)所有集料粒徑均小于主骨架空隙尺寸時，則主骨架結(jié)構(gòu)處于穩(wěn)定狀態(tài)，見圖3(a)；PDA數(shù)量越多，主骨架結(jié)構(gòu)受到的干涉影響越明顯；隨著PAD數(shù)量的增多，主骨架結(jié)構(gòu)的接觸點會顯著減少，使得骨架結(jié)構(gòu)的空隙率也會有所增大。

假定集料為球體形狀，DASR和PDA的半徑分別為RD和RP。根據(jù)堆積理論，二維平面內(nèi)RD和RP之間的關(guān)系，如圖4所示?？紤]集料顆粒形狀的影響，取圖4中4種情況的平均值RP=0.22RD作為PDA粒徑的最小值。若DASR顆粒的平均半徑為RD，則PDA顆粒平均半徑RP介于0.22RD～RD之間。對于粒徑小于PDA的集料即為間隙集料(ICA)，能夠完全融入主骨架空隙中，且由于多孔瀝青混合料中的細(xì)集料占比較少，不會出現(xiàn)主骨架空隙完全被填滿的情況，也就是說所有的ICA均可完全融入到主骨架空隙中。

圖3 PDA的干涉對DASR主骨架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響

圖4 不同面主集料顆粒組合的二維分析

由于LSA的粒徑大于DASR，且在混合料中所占比例較少，不會對主骨架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響[11]，但會形成較大空隙，一定程度上會增大混合料的礦料間隙率。圖5給出了LSA和DASR不同組合形成的局部結(jié)構(gòu)，陰影部分即為空隙，LSA和DASR的顆粒半徑分別為RL和RD，其中RL>RD。3個DASR、兩個DASR和1個LSA、1個DASR和兩個LSA以及3個LSA顆粒等組合的中間空隙面積依次增大。3個DASR顆粒的內(nèi)部空隙為

(5)

兩個DASR和1個LSA顆粒的內(nèi)部空隙為

(6)

1個DASR和兩個LSA顆粒的內(nèi)部空隙為

(7)

3個LSA顆粒的內(nèi)部空隙為

(8)

圖5 不同LSA和DASR組合的二維分析

文獻(xiàn)[11-14]基于大量測試結(jié)果，提出了一種用于計算壓實后混合料中特定粒徑顆粒之間中心距的理論分析程序。該程序計算表明，兩個相鄰粒徑顆粒含量(質(zhì)量)的相對比例接近70/30，如(68～70)/(32～30)時，顆粒間距開始迅速增大；如果這一相對比例超過70/30的閾值，一種粒徑顆粒將會嚴(yán)重破壞其他粒徑顆粒的相互作用能力。舉例說明如下：4.75～9.5 mm和2.36～4.75 mm即為兩相鄰粒徑，4.75～9.5 mm和9.5～13.2 mm也是兩相鄰粒徑，根據(jù)篩孔尺寸類推；混合料中兩相鄰粒徑顆粒含量的比值即為相對比例。

為了確保顆粒間良好的相互作用，兩個相鄰粒徑A和B，若粒徑A顆粒含量的比例不大于70%，則粒徑B顆粒含量的比例不應(yīng)小于30%。因此，70/30的相對比例可以作為標(biāo)準(zhǔn)用于判定相鄰篩孔上的集料顆粒能否形成連續(xù)接觸相互作用的顆粒骨架結(jié)構(gòu)，DASR也可基于70/30的相對比例限定其粒徑范圍。DASR可以由1個或多個尺寸粒徑的集料組成。

綜上所述，由兩個相鄰粒徑顆粒含量(質(zhì)量)的相對比例為70/30，可以方便確定LSA和DASR、DASR和PDA的分界尺寸；由PDA最小粒徑等于DASR粒徑的0.22倍，可以確定PDA和ICA的分界尺寸。

1.2.2 主骨架空隙率

根據(jù)前述分析，較大粒徑集料LSA、干涉集料PDA和間隙集料ICA均會對瀝青混合料的礦料間隙率產(chǎn)生影響。圖6為PAC混合料組成的示意圖，DASR形成的主骨架結(jié)構(gòu)總體積可由式(2)改寫為

VT(DASR)=VTM-(VLSA+VPDA)

(9)

圖6 多孔瀝青混合料組成的示意圖

DASR形成的骨架空隙體積包括ICA顆粒體積、LSA取代作用增大的空隙體積ΔVLSA、PDA干涉作用增加的空隙體積ΔVPDA、有效瀝青體積以及礦料間隙體積等。DASR的骨架空隙體積由式(3)可改寫為

VV(DASR)=VICA+VVMA+ΔVLSA+ΔVPDA

(10)

DASR骨架結(jié)構(gòu)的空隙率ηDASR可由式(4)可改寫為

(11)

根據(jù)圖5種的4種情況，LSA作用增加的空隙率ΔηLSA為

(12)

雖然PDA顆粒粒徑較小，但無法完全融入到混合料的主骨架空隙中，因而PDA會對主骨架起到干涉作用使空隙含量增加，同時也會占據(jù)主骨架中的部分空隙使空隙含量減小。這樣，PDA在混合料中就起到兩種作用效果。若混合料中只含有PDA，也會形成內(nèi)部空隙。假定PDA使空隙增加的部分等于PDA經(jīng)搗實后的空隙率ηPDA與其在混合料中所占比例的乘積，還需要減去PDA自身的顆粒體積，由此構(gòu)建考慮PDA作用的礦料間隙率的數(shù)學(xué)表達(dá)式為

(13)

式中：PLSA、PPDA分別表示混合料中LSA和PDA所占的比例；VT(PDA)表示PDA經(jīng)搗實后的總體積；VPDA表示PDA顆粒的體積；ηLSA、ηDASR、ηPDA分別表示LSA、DASR和PDA經(jīng)搗實后的空隙率。

為了驗證式(13)的合理性，根據(jù)《排水瀝青路面設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/T 3350-03—2020)[18]和后續(xù)表3，并由1.2.1節(jié)可知，PAC-13的主集料粒徑DASR為4.75～13.2 mm，干涉集料粒徑PDA為1.18～4.75 mm，PDA含量大致相當(dāng)于DASR含量的5%～25%。設(shè)定集料的顆粒粒徑為1.18～13.2 mm(不含有LSA和ICA)，1.18～2.36 mm和2.36～4.75 mm兩相鄰粒徑集料的相對比例為50/50，4.75～9.5 mm和9.5～13.2 mm兩相鄰粒徑顆粒的相對比例也為50/50。根據(jù)《公路工程集料試驗規(guī)程》(JTG E42—2005)[19]，測得了集料搗實后空隙率隨PPDA/PDASR的增加近似線性增大的變化關(guān)系，如圖7所示。將后續(xù)表1和表2的相關(guān)參數(shù)代入式(13)中，計算結(jié)果與實測值具有較高的吻合程度，如圖7所示，說明構(gòu)建的式(13)是合理的。

由式(10)～(13)可以看出，改進(jìn)后的DASR法根據(jù)瀝青混合料實際情況，同時考慮了ICA、LSA和PDA對主骨架空隙率的影響。因此，在構(gòu)建PAC混合料礦料間隙率的物理模型時，不僅要考慮ICA的填充作用，同時還需要進(jìn)一步考慮LSA的取代作用和PDA的干涉作用對礦料間隙率的影響。

圖7 集料搗實空隙率隨PPDA/PDASR的變化關(guān)系

2 礦料間隙率物理模型的構(gòu)建

2.1 顆粒堆積原理

目前，有關(guān)固體顆粒堆積理論的研究可分為兩類：一是研究評估顆粒特性、容器和堆積方法等變量如何控制顆粒的堆積；二是研究堆積體的顆粒排列和孔隙結(jié)構(gòu)以解釋顆粒的堆積行為[20-21]。大量研究表明，堆積體的空隙結(jié)構(gòu)與顆粒形狀、尺寸、粒徑分布等特性存在高度相關(guān)性。

文獻(xiàn)[22]提出了一種基于二元混合物的多組分球形顆粒堆積體空隙率的數(shù)學(xué)方法。其他學(xué)者[16-17]均將集料簡化為球體形狀，在此基礎(chǔ)上開展了較為深入的研究，表明固體顆粒的堆積主要包括填充和占據(jù)兩種機制。對于填充機制，新顆粒只是簡單填充到已有大顆粒形成的骨架空隙中，而對骨架結(jié)構(gòu)不會產(chǎn)生影響；若新的細(xì)小顆粒占比不多，該機制則是有效的，占據(jù)機制則不同，由于新加入的顆粒尺寸較大以至于不能完全填充到現(xiàn)有系統(tǒng)的骨架空隙中，因而新顆粒的加入會改變原有系統(tǒng)的骨架結(jié)構(gòu)，如圖3所示?；谠摍C制，線性堆積模型得到了較快的發(fā)展[23]，但該類模型涉及的未知變量較多(如顆粒間相互作用系數(shù)和協(xié)調(diào)數(shù))，且很難通過試驗進(jìn)行確定，應(yīng)用受到很大限制。本文將在上述機制的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴展，提出方便使用的礦料間隙率物理模型。

2.2 物理模型構(gòu)建

基于填充機制，如圖6所示，若混合料中只包含主集料DASR和間隙集料ICA，由體積設(shè)計法[24]，可得

(14)

式中：PDASR和PICA分別表示DASR和ICA所占的百分比，有PDASR+PICA=100%；ρDASR表示DASR搗實后的密度；γICA表示ICA的合成毛體積相對密度；VT(DASR)和VV(DASR)分別表示DASR搗實后的總體積和空隙體積；VVMA表示礦料間隙體積。

當(dāng)取VT(DASR)=1.0，則式(14)可改寫為

(15)

式中：ηDASR表示DASR形成的主骨架結(jié)構(gòu)的空隙率，η1(VMA)表示混合料中只包含DASR和ICA時的礦料間隙率。

由式(15)，可得

(16)

當(dāng)混合料中含有PDA時，DASR就會受到干涉發(fā)生移位，不僅會影響主骨架結(jié)構(gòu)，也會影響主骨架結(jié)構(gòu)的空隙率，如圖3所示。也就是說，主骨架空隙的變化與PDA所占的比例有關(guān)。對于混合料中只包括DASR、PDA和ICA的情況，考慮到PDA干涉后不僅會占據(jù)部分主骨架空隙，同時還會使得主骨架的空隙率有所增大，依據(jù)式(13)和式(15)構(gòu)建相應(yīng)干涉模型的表達(dá)式為

(17)

式中：ρPDA、ηPDA分別為PDA搗實后的密度和空隙率；η2(VMA)表示混合料中只包含DASR、PDA和ICA的礦料間隙率，PDASR+PPDA+PICA=100%。

由式(17)，可得

(18)

聯(lián)立式(16)和式(18)，可得由于PDA作用造成骨架空隙率增加部分Δη2的表達(dá)式為

Δη2=(η2(VMA)-η1(VMA))=

(19)

如果混合料中只有DASR，則礦料間隙率即為DASR經(jīng)搗實后的空隙率ηDASR。當(dāng)混合料中只包含DASR和LSA時，LSA的存在將一定程度上占據(jù)部分DASR的位置并形成的空隙。由于LSA顆粒較大，可形成較大的空隙結(jié)構(gòu)，也就是說LSA取代部分DASR后一定程度上也會增加主骨架結(jié)構(gòu)的空隙率，依據(jù)式(12)，構(gòu)建相應(yīng)取代模型的表達(dá)式為

(20)

式中：η3(VMA)表示混合料中只包含LSA和DASR時的礦料間隙率，PLSA+PDASR=100%；ηLSA表示LSA搗實后的空隙率。

由式(20)，可得

(21)

由LSA所致主骨架空隙率增加部分Δη3的表達(dá)式為

Δη3=η3(VMA)-ηDASR=

(22)

對于PAC混合料整體而言，結(jié)合式(16)、(19)、(22)，可得到新的礦料間隙率ηVMA的表達(dá)式為

ηVMA=(PDASR+PICA)η1(VMA)+PPDAΔη2+PLSAΔη3=

(23)

式中：右邊第1項表示基于ICA的填充作用確定的礦料間隙率，第2項和第3項分別表示PDA的的干涉作用和LSA的取代作用造成主骨架空隙率增加的部分，PLSA+PDASR+PPDA+PICA=100%。

當(dāng)瀝青混合料中DASR包括多個尺寸粒徑的集料時，其搗實后的毛體積密度ρDASR和空隙率ηDASR可采用加權(quán)平均的方法進(jìn)行計算：

(24)

(25)

式中：PDi表示DASR中某一尺寸粒徑集料所占百分比；ρDi、ηDi分別表示DASR中某一尺寸粒徑集料搗實后的毛體積密度和空隙率。

3 模型驗證及討論

3.1 室內(nèi)測試與驗證

本文試驗中粗、細(xì)集料均采用玄武巖，填料為普通石灰?guī)r礦粉，礦粉的表觀相對密度為2.753。根據(jù)《公路工程集料試驗規(guī)程》(JTG E42—2005)[19]，測得集料的主要技術(shù)指標(biāo)，見表1。將目標(biāo)集料烘干后放入的鋼壁筒內(nèi)，經(jīng)搗實后測的目標(biāo)集料的密度和空隙率，見表2。為避免PAC混合料黏結(jié)性不足，采用高黏度改性瀝青來提高混合料的抗變形和抗裂性能，即由SBS改性瀝青中加入8.7%的高黏劑制備而成(60 ℃動力黏度為725 kPa·s)，拌和時并摻入混合料總質(zhì)量0.1%的聚酯纖維。

表1 集料主要技術(shù)指標(biāo)

集料的密度ρTA和空隙率ηTA表達(dá)式分別為

ρTA=mTA/VTA

(26)

ηTA=(1-ρTA/γTA)×100

(27)

式中：γTA為粗集料的毛體積相對密度或細(xì)集料的表觀密度，mTA為粗集料或細(xì)集料的質(zhì)量。

按表3中的礦料級配和瀝青用量，采用標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾擊實試驗制備PAC混合料試件，采用體積法測得了混合料空隙率和毛體積相對密度。由1.2.1節(jié)可知，PAC-13和PAC-10的主集料粒徑DASR分別為4.75～13.2 mm和2.36～9.5 mm，PDA的粒徑分別為1.18～4.75 mm和0.6～2.36 mm。由于PAC-13和PAC-10的DASR和PDA均含有兩種粒徑的集料，可根據(jù)所占比例采用加權(quán)平均的方法分別求得相應(yīng)的密度和空隙率，見式(24)、(25)。

表2 經(jīng)搗實后集料的空隙率和密度

將集料物理參數(shù)(如：各檔集料的所占比例、毛體積密度、搗實密度和搗實后空隙率等)代入到模型(23)中，即可計算得到不同級配瀝青混合料的礦料間隙率，見表3。將所建PAC混合料礦料間隙率模型的計算值與試驗結(jié)果進(jìn)行對比，如圖8所示?？梢钥闯觯瑘D中所有的數(shù)據(jù)點都以1∶1的梯度緊密分布，相關(guān)性系數(shù)R2為0.904 6，平均絕對誤差只有2.20%，說明本文所建的礦料間隙率物理模型能夠較準(zhǔn)確地反映多孔瀝青混合料的空隙率大小。

表3 多孔瀝青混合料的級配組成

3.2 模型討論

在瀝青的種類及壓實工藝等因素相同的情況下，PAC混合料礦料間隙率主要取決于集料的級配、棱角特征和礦料密度等因素，以下主要從集料級配組成的角度分析礦料間隙率的變化規(guī)律。

以PAC-13為研究對象，保持PDA與ICA含量不變的情況下(即PPDA+PICA為定值)，圖9給出了LSA與DASR所占比例的比值變化對礦料間隙率ηVMA影響的關(guān)系曲線。由圖9可以看出，ηVMA隨著PLSA/PDASR的增加逐漸衰減，且衰減的幅度逐漸減小。雖然LSA含量的增加一定程度上會使得混合料的骨架空隙增加，但空隙尺寸的增加會導(dǎo)致部分PDA可完全融入到骨架空隙中無法起到干涉作用，從而導(dǎo)致了礦料間隙率的減小。當(dāng)ICA含量一定且PLAS/PDASR相等時，礦料間隙率隨著PDA含量的增加而減??；當(dāng)PLSA/PDASR=0.2時，PDA含量增加7.0%，意味著LSA和PAD的含量分別減小了1.17%和5.83%，由于LSA含量減小和PDA含量減小導(dǎo)致礦料間隙率分別減小了0.52%和2.49%，PDA含量增加導(dǎo)致礦料間隙率增加了0.64%，造成礦料間隙率減小了2.38%。由此可知，LSA與DASR含量增加使得骨架空隙增加的部分遠(yuǎn)大于PDA減少導(dǎo)致空隙減少的部分。

圖8 礦料間隙率計算值與實測結(jié)果的對比

圖9 LSA含量對礦料間隙率的影響

保持LSA和ICA含量不變的情況下，ηVMA隨著PPDA/PDASR變化的關(guān)系曲線，如圖10所示?？梢钥闯?，ηVMA隨著PPDA/PDASR的增加逐漸減小，主要是因為DASR含量減小使骨架空隙減小的部分遠(yuǎn)大于PDA含量增加導(dǎo)致空隙增加的部分。當(dāng)LSA含量一定且PPDA/PDASR相等的情況下，ηVMA隨著ICA含量的減小而增加，原因在于ICA主要是填充主骨架空隙，所以ICA含量越高，礦料間隙率越小。

保持LSA和DASR含量不變的情況下，ηVMA隨著PPDA/PICA變化的關(guān)系曲線，如圖11所示。由圖11可知，ηVMA隨著PPDA/PICA的增加而增大且增加的幅度逐漸減緩，主要是因為PPDA/PICA的增加意味著PDA含量的增加和ICA含量的減小，由于PDA的干涉作用和ICA的充填作用，從而造成了礦料間隙率的增加。LSA含量一定且PPDA/PICA相等的情況下，礦量間隙率隨著DASR含量的增加而增大；當(dāng)PPDA/PICA=0.5時，DASR含量增加4.0%，意味著PDA和ICA含量的分別減小了1.33%和2.67%，由于DASR含量增加、PDA含量減小和ICA含量減小導(dǎo)致礦量間隙率分別增加了1.67%、0.12%和1.32%，使得礦料間隙率共增加了3.1%。由此可以看出，主集料DASR形成的骨架空隙和間隙集料ICA的填充作用是影響礦料間隙率的主要因素。

圖10 PDA含量對礦料間隙率的影響

圖11 ICA含量對礦料間隙率的影響

4 結(jié) 論

1)針對多孔瀝青混合料的多孔性特點，將礦料劃分為較大粒徑集料LSA、主集料DASR、干涉集料PDA和間隙集料ICA四部分，分析了DASR形成的主骨架空隙結(jié)構(gòu)，確定了LSA、DASR、PDA和ICA的界限尺寸，提出了確定主骨架空隙率的方法。

2)ICA主要是填充DASR形成的主骨架空隙，PDA的干涉作用會導(dǎo)致主骨架結(jié)構(gòu)空隙率有所增加；由于LSA可以形成較大空隙，一定程度上也會增加骨架結(jié)構(gòu)的空隙體積。通過考慮ICA、PDA和LSA對DASR主骨架結(jié)構(gòu)不同的作用機制，構(gòu)建了瀝青混合料礦料間隙率的物理模型，并通過多種級配多孔瀝青混合料的試驗結(jié)果驗證了所建模型的合理性和有效性。

3)在PDA和ICA含量不變的情況下，礦料間隙率隨著PLSA/PDASR的增加而減小，且幅度逐漸減緩；LSA和ICA含量不變的情況下，礦料間隙率隨著PPDA/PDASR含量增加而減??；在LSA和DASR含量不變的情況下，礦料間隙率隨著PPDA/PICA含量的增加而增大。

4)對于DASR形成的主骨架結(jié)構(gòu)，LSA、PDA和ICA對PAC混合料礦料間隙率的影響具有不同的方向性。根據(jù)級配曲線可確定上述4種集料的分界尺寸，將集料的相關(guān)物理參數(shù)代入所提出的礦料間隙率物理模型，便可判斷所選級配是否滿足混合料目標(biāo)空隙率的要求，很大程度上減少了PAC混合料目標(biāo)配合比設(shè)計的試驗量。