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1、10申请公布号CN102021872A43申请公布日20110420CN102021872ACN102021872A21申请号201010287217722申请日20100920E01C7/3220060171申请人天津市市政工程研究院地址300074天津市河西区平山道39号72发明人周卫峰孟庆营张周平宋晓燕孟赞74专利代理机构天津盛理知识产权代理有限公司12209代理人刘玲54发明名称一种基于振动成型级配碎石的配合比设计方法57摘要本发明涉及一种基于振动成型级配碎石的配合比设计方法，其步骤为1原材料选择选择石灰岩为级配碎石基层石料，并采用反击式破碎机轧制至符合技术要求；选择饮用水为集配碎石混。
2、合料的添加用水；2配制优化的级配碎石；3在步骤2的级配碎石中按45个含水量加入饮用水，制得多组级配碎石混合料；4将步骤3所得多组级配碎石混合料进行振动击实，在振动击实试验方式下确定级配碎石混合料的最佳含水量和最大干密度；5性能验证在步骤4确定的最佳含水量和最大干密度下，按压实度98，采用振动成型试验法测定试件CBR。采用本发明方法设计的级配碎石混合料具有强度高、总体质量高、施工简便、造价低的特点。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书6页CN102021886A1/1页21一种基于振动成型级配碎石的配合比设计方法，其特征在于该设计方法的步骤为1、原材。
3、料选择选择石灰岩为级配碎石基层石料，并采用反击式破碎机轧制至符合技术要求；选择饮用水为集配碎石混合料的添加用水；2、配制优化的级配碎石该优化的级配碎石的级配为集料粒径小于315MM的集料占级配集料总质量的100；集料粒径小于19MM的集料占级配集料总质量的7585；集料粒径小于95MM的集料占级配集料总质量的4454；集料粒径小于475MM的集料占级配集料总质量的2838；集料粒径小于236MM的集料占级配集料总质量的1727；集料粒径小于06MM的集料占级配集料总质量的814；集料粒径小于0075MM的集料占级配集料总质量的05；3、在步骤2的级配碎石中按45个含水量加入饮用水，制得多组级配。
4、碎石混合料；4、将步骤3所得多组级配碎石混合料进行振动击实，在振动击实试验方式下确定级配碎石混合料的最佳含水量和最大干密度；5、性能验证在步骤4确定的最佳含水量和最大干密度下，按压实度98，采用振动成型试验法制备一组尺寸为15CMH15CM级配碎石圆柱形试件，测定试件CBR，CBR满足基层CBR300，底基层CBR250。2根据权利要求1所述的基于振动成型级配碎石的配合比设计方法，其特征在于所述的步骤3中所选取的含水量在35之间。3根据权利要求1所述的基于振动成型级配碎石的配合比设计方法，其特征在于步骤5中振动成型试验法制备级配碎石圆柱形试件参数为振动频率3040HZ，偏心块夹角30，激振力7。
5、6107650N，静面压力140180KPA，振幅1420MM，振动总时间23MIN。权利要求书CN102021872ACN102021886A1/6页3一种基于振动成型级配碎石的配合比设计方法技术领域0001本发明属于道路工程技术领域，特别是一种基于振动成型级配碎石的配合比设计方法。背景技术0002半刚性路面作为最重要的高等级公路路面结构形式，在我国高速公路建设中发挥了重要作用。半刚性基层沥青路面结构、材料设计方法及施工技术规范日趋完善。但在使用过程中半刚性基层沥青路面固有的一些缺点和不足却导致了我国高速公路大规模的早期破坏现象。特别是新建高速公路普遍达不到路面设计所要求的设计年限。大量的应。
6、用与研究表明，因半刚性基层因素而引发的病害主要有路面反射裂缝；密实的半刚性基层使水滞留于基层顶面，导致车辆荷载作用下形成动水压力，造成基层的冲刷、唧浆。半刚性路面在重载、超载作用下极易出现早期疲劳破坏。0003目前国内外对减少半刚性路面裂缝的主要措施是通过对半刚性基层材料进行的合理组成设计，如调整结合料用量与比例，增加粗骨料含量并严格设计级配，以便尽可能的减小温缩和干缩效应，增加半刚性基层材料抗裂性能。但是这种方法仍不能从根本上消除半刚性基层材料的开裂。通过增加沥青面层厚度以防止基层反射裂缝。国际上的经验是将沥青面层增加至1525CM，而不是按疲劳应力分析那样只需810CM较薄面层。国内一些试。
7、验路表明，在沥青面层厚度小于18CM时，半刚性沥青路面裂缝有可能较为突出。然而，如通过设置较厚沥青面层来防止和减少裂缝，在经济上又不合算。致使基本设计思想为增加沥青层厚度的柔性路面的工程造价制约了柔性路面的应用与发展。从结构本身入手防止和减少半刚性沥青路面基层的反射裂缝。在沥青面层和半刚性基层之间设置一层弹性模量低、韧性好的材料作为应力吸收层以吸收半刚性基层裂缝，目前这种方法是国内外工程实践中用得较多的一项工程措施。常用的中间层材料有土工织物、橡胶沥青封层和应力吸收膜。国内外曾经采用软沥青混凝土作为中间层，实践表明，它对气候寒冷情况下防止和减少反射裂缝较为有效，成功的关键在于沥青厚度和中间层厚。
8、度的合理选择。而土工织物和应力吸收膜中间层很薄，排水效果不好。用沥青碎石作为下面层。但是，实践证明，这种方法在防止反射裂缝、排水这两方面的效果都不好。因此实际当中很少采用这种方法作为防止反射裂缝的措施。无结合处治粒料在国内外是一种应用较普遍的筑路材料，广泛用于柔性路面的基层和底基层，用于基层的一般是优质的碎石层。0004级配碎石在我国高速公路的建设中作为柔性基层的一种重要材料形式从20世纪70年代就已开始研究并应用。级配碎石的主要优点有吸收和消减了半刚性基层尖端应力，减少和延缓了反射裂缝的发生。级配碎石基层能起到路面排水基层的作用，对进一步改善高等级公路路面使用品质，延长使用寿命极为重要。如设。
9、置级配碎石结构层于半刚性基层之上，级配碎石易获得高的密实度，同时较高刚度的下卧层有利于其上碎石基层力学性能的充分发挥。但级配碎石基层的刚度、强度低于半刚性基层，同时路说明书CN102021872ACN102021886A2/6页4表弯沉较大，导致研究者及设计者一致担心级配碎石的承载能力不够，因此级配碎石目前在我国高速公路的应用不多，积累的经验也比较少。0005对比以上几种减少半刚性路面裂缝的措施，第一种方法不能从根本上消除半刚性基层材料的开裂。第二种方法在经济上又不合算。第三种方法，软沥青混凝土只是在气候寒冷情况下防止和减少反射裂缝较为有效，而且造价高，排水效果不好，而土工织物和应力吸收膜中间。
10、层很薄，排水效果也不好。第四种方法在防止反射裂缝、排水这两方面的效果都不好。相比之下，第五种方法在减缓反射裂缝、排水及造价方面优势明显。而级配碎石基层的刚度、强度低于半刚性基层，同时路表弯沉较大，导致研究者及设计者一致担心级配碎石的承载力不够，从而限制了级配碎石在我国高速公路中的应用。所以，在级配碎石设计方法上，探索比传统方法能有效提高级配碎石的刚度、从而在保持原有性能的基础上降低路表弯沉的设计方法成为促进级配碎石在高速公路中应用的关键突破点。0006采用振动成型法设计水泥碎石及二灰碎石等半刚性基层材料，大量设计结果及施工经验表明，与传统重型击实方法相比，振动法设计半刚性基层材料在骨架密实级配。
11、的前提下，混合料的密度提高46，强度大幅度提高，更重要的是密度提高的效果在不增加施工成本的情况下完全可以在现场实现。采用振动成型法设计水泥碎石及二灰碎石等半刚性基层材料技术的出现为开发新的级配碎石设计方法并提高承载力提供了重要的理论依据。依据这一思路，研究一套适用于级配碎石振动成型的设计方法、路面结构类型及施工技术，从而促进级配碎石在我国高速公路中的应用是非常有意义的。发明内容0007本发明的目的在于提供一种基于振动成型级配碎石的配合比设计方法，该设计方法基于振动成型方法，通过对级配碎石材料的组成、成型方式、级配设计及配合比设计，得到更为优化的级配碎石配合比，采用本设计方法得到的级配碎石具有强。
12、度高、总体质量高、施工简便、造价低的优点。0008一种基于振动成型级配碎石的配合比设计方法，其特征在于该设计方法的步骤为00091、原材料选择0010选择石灰岩为级配碎石基层石料，并采用反击式破碎机轧制至符合技术要求；0011选择饮用水为集配碎石混合料的添加用水；00122、配制优化的级配碎石0013该优化的级配碎石的级配为集料粒径小于315MM的集料占级配集料总质量的100；集料粒径小于19MM的集料占级配集料总质量的7585；集料粒径小于95MM的集料占级配集料总质量的4454；集料粒径小于475MM的集料占级配集料总质量的2838；集料粒径小于236MM的集料占级配集料总质量的1727；。
13、集料粒径小于06MM的集料占级配集料总质量的814；集料粒径小于0075MM的集料占级配集料总质量的05；00143、在步骤2的级配碎石中按45个含水量加入饮用水，制得多组级配碎石混合料；说明书CN102021872ACN102021886A3/6页500154、将步骤3所得多组级配碎石混合料进行振动击实，在振动击实试验方式下确定级配碎石混合料的最佳含水量和最大干密度；00165、性能验证在步骤4确定的最佳含水量和最大干密度下，按压实度98，采用振动成型试验法制备一组尺寸为15CMH15CM级配碎石圆柱形试件，采用振动成型试验法下测定试件CBR，CBR满足基层CBR300，底基层CBR250。。
14、0017而且，所述的步骤3中所选取的含水量在35之间。0018而且，步骤5中振动成型试验法制备级配碎石圆柱形试件参数为振动频率3040HZ，偏心块夹角30，激振力76107650N，静面压力140180KPA，振幅1420MM，振动总时间23MIN。0019本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的0020本发明的优点和有益效果为00211采用本发明设计方法所制得的级配碎石混合料可应用于现场施工，且有良好的路用性能，根据试验工程检测结果，本发明提出优化的级配碎石混合料更容易在振动作用下被压实。00222本发明通过对级配碎石材料的组成、成型方式、级配设计及配合比设计，达到如下目的使室内成型试验。
15、方法与现场施工的压实工况之间极大程度匹配；得出不同材料达到稳定结构的最优级配、最佳成型方式及最佳压实工艺，以提高级配碎石基层的模量，从而达到减薄沥青路面厚度，进而减少工程造价；得出柔性基层与半刚性基层的最佳结合点，使之既能充分发挥沥青路面的优势，又能弥补其缺陷，提高道路承载力和延长使用寿命，节约成本；建立较之传统方法能有效提高级配碎石的刚度、从而在保持原有性能的基础上降低路表弯沉的设计方法，从而能促进级配碎石在高速公路中的应用。00233采用本发明振动成型方式设计的级配碎石与传统重型击实设计结果相比，级配碎石混合料的密度提高810，CBR强度提高2050，振动成型的方式与现场施工的方式相近，无。
16、需特殊设备，现场压实度完全可以达到较高的设计要求。试验段结果表明以级配碎石为上基层的复合式路面结构总体质量优于现有的传统路面结构，路用性能进一步提高。具有显著的经济及社会效益。具体实施方式0024下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。0025一种基于振动成型级配碎石的配合比设计方法，其具体步骤为00261、原材料选择0027选择集配碎石原料级配碎石基层石料采用石灰岩。石灰岩中粗集料具有一定的韧性，细集料具有一定的塑性，施工的和易性和保水性较其他岩质的石料好，易于碾压成型，不易离析；同时，石灰岩粉末类同于石灰粉，与水反应后可以。
17、形成强度，利于路面结构的长期使用。级配碎石采用反击式破碎机轧制，技术参数如表1所示。选择饮用水为集配碎石混合料的添加用水。0028表1碎石技术参数表说明书CN102021872ACN102021886A4/6页6002900302、配制优化的级配碎石0031级配碎石的级配为集料粒径小于315MM的集料占级配集料总质量的100；集料粒径小于19MM的集料占级配集料总质量的7585；集料粒径小于95MM的集料占级配集料总质量的4454；集料粒径小于475MM的集料占级配集料总质量的2838；集料粒径小于236MM的集料占级配集料总质量的1727；集料粒径小于06MM的集料占级配集料总质量的814；。
18、集料粒径小于0075MM的集料占级配集料总质量的05。矿料筛分结果及配合比计算结果如表1中所示。0032表2矿料筛分及配合比计算结果0033说明书CN102021872ACN102021886A5/6页700343、在步骤2的级配碎石中按45个含水量加入饮用水，制得多组级配碎石混合料。含水量为3、35、4、45、5。00354、将步骤3所得多组级配碎石混合料进行振动击实，在振动击实试验方式下确定级配碎石混合料的最佳含水量和最大干密度。其最大干密度及最佳含水量分别为2432G/CM3、35。其中振动台参数示于表3，含水量及干密度图示于图1。0036表3振动台试验仪仪器参数0037振动频率偏心块夹。
19、角激振力静面压力振幅振动总时间30HZ307612N140KPA14MM2MIN00380039图1含水量及干密度图00405、性能比较验证在步骤4确定的最大干密度和最佳含水量下，按压实度98，采用振动成型试验法制备6个级配碎石圆柱形试件。该级配碎石圆柱形试件的尺寸为15CMH15CM。级配碎石应满足表4的技术要求。0041表4级配碎石技术要求0042说明书CN102021872ACN102021886A6/6页8项目设计强度CBR底基层250基层3000043在标准条件下测定试件CBR，CBR代表值示于表4。同时，应用同样的级配碎石，在重型击实法下确定最佳含水量和最大干密度，随后对以重型击实。
20、成型方式成型的试件测定CBR值，CBR代表值也示于表5。0044表5级配碎石混合料性能检验结果00450046振动成型试验按照公路半刚性材料多指标控制组成设计方法试验方法进行。其中，振动频率3040HZ，偏心块夹角30，激振力76107650N，静面压力140180KPA，振幅1420MM，振动总时间23MIN。0047由表5可知，在本发明的最优级配下，振动成型方式下的CBR值要大于静压成型方式，公路沥青路面设计规范JTGD502006中规定，级配碎石用作基层时，其重型击实标准的压实度不应小于98，CBR值不应小于100；用作底基层时，其重型击实标准的压实度不应小于96，CBR值不应小于80。。
21、两种成型方式下级配碎石CBR均满足规范要求。而振动台设计级配碎石混合料能得到较高的抗剪强度，根据CBR与回弹模量同步增长的规律，可以推断振动台法设计混合料也具有较高的回弹模量值，这大大提升了级配碎石的抗压强度，必将提高其承载力，减小永久变形，进而降低路表总弯沉，延长路面使用年限。0048本设计振动成型试件CBR值大于300，满足要求。振动成型与击实成型相比，粗集料之间相互嵌挤较好，能够充分发挥骨架的强度，细集料作为填料能充分填充骨架的空隙。振动成型的方式与现场施工的方式相近。在振动压实后，由于颗粒之间的相对位置发生了变化，出现了相互填充现象，颗粒之间的间隙减小。较大颗粒之间的紧密接触也增大了被压实材料的内摩擦阻力，使基础的承载能力随之提高。说明书CN102021872A。