一种沥青混合料配合比设计方法.pdf

1.  一种沥青混合料配合比设计方法，其特征在于：本方法的设计步骤如下：(1)选择沥青混合料性能参数，(2)材料选择与检验，(3)选择试验表，设计试验方案，(4)检验各组成试验方案下沥青混合料体积指标与性能指标，(5)建立沥青混合料体积、性能指标与材料用量关系数学模型，(6)根据设计沥青混合料性能要求，分析沥青混合料体积、性能指标与材料用量关系数学模型，初选配合比，(7)验算沥青膜厚度，(8)检验沥青混合料施工性能，(9)沥青混合料性能试验检验，(10)调整各材料组成，形成施工配合比。

2.  根据权利要求1所述的一种沥青混合料配合比设计方法，其特征在于：选择沥青混合料性能参数：
根据道路等级、交通状况、所处环境、路面结构型式等因素确定路面结构层主要设计体积参数和性能参数，主要包括：
(1)沥青混合料空隙率VV(％)；
(2)矿料间隙率VMA(％)；
(3)粗集料间隙率VCA_mix(％)；
(4)沥青饱和度VFA(％)；
(5)马歇尔稳定度MS(kN)；
(6)流值FL(mm)；
(7)25℃劈裂强度RT(MPa)；
(8)马歇尔残留稳定度MS₀(％)；
(9)冻融劈裂强度比TSR(％)；
(10)车辙动稳定度DS(次/mm)；
材料选择与检验：
(一)沥青
根据道路等级、所处环境选用重交通道路石油沥青或改性沥青，沥青的标号根据当地的气候情况选择，所选沥青应试验检验以下指标：
(1)针入度，25℃，5s，100g为0.1mm；
(2)15℃延度(cm)；
(3)软化点(℃)；
(4)25℃密度(g/cm³)；
(二)粗集料
采用坚硬、洁净、干燥、表面粗糙、颗粒形状的良好(接近立方体)的集料，宜采用天然岩石中的玄武岩、辉绿岩、硅质灰岩或锰铁合金渣块渣轧制的集料，粗集料应分级加工，需检验指标和技术要求如表1所示：
                         表1粗集料质量技术要求

  指标  单位  技术要求  试验方法  备注  压碎值  ％  ≯26  T0316  洛杉机磨耗损失  ％  ≯28  T0317  200kN侧限抗压回弹模量  MPa  ＞230  [1]  粗集料有效相对密度  -  实测  [1]  洛杉矶磨耗损失  ％  30  T0317  粗集料表观相对密度  -  ≮2.6  T0304  粗集料毛体积相对密度  -  -  T0304  吸水率  ％  ≯2.0  T0304  坚固性  ％  ≯12  T0314  针片状含量(混和料)  ％  15  T0312  粒径大于9.5mm针片状含量  ％  12  T0312  粒径小于9.5mm针片状含量  ％  18  T0312  ＜0.075颗粒含量  ％  ≯1  T0310  磨光值  BPN  ≮42  T0321  粗集料与沥青黏附性  级  ≮4  T0616  各档材料筛分曲线  -  实测  T0303
(三)细集料
细集料宜采用机制砂，细集料应洁净、干燥、无杂质，
细集料检验指标和技术要求如表2、表3所示：
                      表2细集料质量技术要求 指标  单位  技术要求  试验方法  备注 表观相对密度  g/cm³  ≮2.5  T0328 坚固性(＞0.3颗粒)  ％  ≯12  T0340 砂当量  ％  ≮60  T0333 亚甲蓝值  g/kg  ≯25  T0346 棱角性(流动时间)  s  ≮30  T0345
                                      表3细集料级配规格  规格  公称粒径  (mm)  水洗法通过各筛孔的质量百分率(％)  9.5  4.75  2.36  1.18  0.6  0.3  0.15  0.075  S15  0～5  100  90～100  60～90  40～75  20～55  7～40  2～20  0～10  S16  0～3  -  100  80～100  50～80  25～60  8～45  0～25  0～15
当细集料质量达不到表中要求，但通过其他技术手段改进并经试验验证混和料各项性能指标能达到要求时，也可采用；
(四)矿粉
矿粉采用石灰岩或强基性岩石等憎水性石料经过磨细得到的矿粉，矿粉应干燥、洁净。检验指标及技术要求如表4所示：
                              表4矿粉质量技术要求 指标  单位  技术要求  试验方法  备注 表观密度  g/cm³  ≮2.5  T0352 吸水量  ≯1.0  T0103  烘干法 粒度范围＜0.6mm ＜0.15mm ＜0.075mm  ％  ％  ％  100  90～100  75～100  T0351  比表面积  cm²/g  1600～3300  T0505-94 外观  -  无团粒结块  - 亲水系数  -  ＜1  T0353 塑性指数  -  ＜4  T0354

3.  根据权利要求1所述的一种沥青混合料配合比设计方法，其特征在于：选择试验表，设计试验方案：
将各筛孔集料筛余量、沥青用量等材料用量作为试验考查因素，根据试验次数要求选择合适的均匀设计表，考查沥青混合料试验指标；
以采用普通沥青的16型抗滑表层沥青混合料为例，试验考查因素如下：
X1-16mm和13.2mm颗粒在沥青混合料中的含量，结合集料实际加工性能情况，质量比按M_16mm∶M_13.2mm＝1∶3定；
X2-9.5mm颗粒在沥青混合料中的含量；
X3-4.75mm颗粒在沥青混合料中的含量；
X4-2.36mm颗粒在沥青混合料中的含量；
X5-1.18mm颗粒在沥青混合料中的含量；
X6-0.075mm～0.6mm颗粒在沥青混合料中的含量，质量比按M_0.6mm∶M_0.3mm∶M_0.15mm∶M_0.075mm＝30∶25∶10∶15比例分配；
X7-＜0.075mm颗粒(即矿粉)在沥青混合料中的含量；
X8-沥青在沥青混合料中的含量；
采用限制条件配方均匀设计方案安排试验(见表5)，试验次数16次。
                                                  表5试验方案  试验号  X1  X2  X3  X4  X5  X6  X7  X8  1  0.224473  0.068272  0.387168  0.024343  0.072416  0.069724  0.110243  0.043362  2  0.401739  0.059390  0.196657  0.097008  0.021858  0.075922  0.098164  0.049262  3  0.383636  0.082986  0.213026  0.003355  0.054091  0.107254  0.107139  0.048512  4  0.109970  0.214177  0.295805  0.062244  0.049827  0.128606  0.095284  0.044087  5  0.310968  0.008418  0.363146  0.054796  0.025635  0.100916  0.081509  0.054611  6  0.208327  0.170000  0.279606  0.010122  0.087404  0.121212  0.076306  0.047023  7  0.169852  0.105752  0.336813  0.125047  0.041480  0.094398  0.078892  0.047766  8  0.401605  0.030000  0.263756  0.039313  0.045535  0.064168  0.104091  0.051532  9  0.211195  0.312297  0.183387  0.047113  0.067769  0.053162  0.071242  0.053836  10  0.348746  0.126697  0.152753  0.087834  0.082282  0.058486  0.092431  0.050772  11  0.270786  0.130000  0.164171  0.115112  0.063084  0.114152  0.089632  0.053064  12  0.136418  0.220847  0.319479  0.079566  0.077347  0.042573  0.073755  0.050015
  13  0.171065  0.291145  0.126175  0.105708  0.058497  0.087727  0.113399  0.046284  14  0.224834  0.210000  0.245689  0.071125  0.037402  0.081946  0.084188  0.044816  15  0.243865  0.281827  0.232341  0.032169  0.029484  0.047871  0.086894  0.045549  16  0.301689  0.218524  0.139808  0.017090  0.033354  0.136141  0.101099  0.052296
检验各组成试验方案下沥青混合料体积指标与性能指标
按规范规定方法进行沥青混合料试验，试验项目有：
(1)、沥青混合料密度试验；
(2)、沥青混合料马歇尔试验；
(3)、沥青混合料浸水马歇尔试验；
(4)、沥青混合料劈裂试验；
(5)、沥青混合料冻融劈裂试验；
(6)、沥青混合料车辙试验。

4.  根据权利要求1所述的一种沥青混合料配合比设计方法，其特征在于：建立沥青混合料体积、性能指标与材料用量关系数学模型；
根据试验结果，采用多元回归分析方法建立试验指标与考察因素之间的数学模型，建立模型的试验指标有：
(1)沥青混合料空隙率VV(％)；
(2)矿料间隙率VMA(％)；
(3)粗集料间隙率VCA_mix(％)；
(4)沥青饱和度VFA(％)；
(5)马歇尔稳定度MS(kN)；
(6)流值FL(mm)；
(7)车辙动稳定度DS(次/mm)；
(8)25℃劈裂强度RT(MPa)；
(9)冻融劈裂强度比TSR(％)；
根据设计沥青混合料性能要求，分析沥青混合料体积、性能指标与材料用量关系数学模型，初选配合比：
采用已建立的模型分析计算满足体积与性能要求的各种材料用量公共范围，作为初选材料用量范围；
验算沥青膜厚度：
矿粉比表面积S
胶浆沥青膜厚度上限：
                    δ_max＝800.65S^-0.6932μm
胶浆沥青膜厚度下限：
                    δ_min＝226.41S^-0.596μm
集料表面积：
S j = 1 100 - p k Σ p i 6.67 d i · γ i ]]>
式中：
S_j——集料比表面积，cm²/g；
p_k——矿粉在集料中百分含量，％；
p_i——第i级料的百分含量，％；
d_i——集料当量直径，取对应粒径与上一级集料直径的平均值，cm；
γ_i——第i级料的表观密度，g/cm³；
校核胶浆沥青膜厚度
δ = γ · p b γ b · 100 - γ · ( 1 - p b 100 ) · ( 1 - p k 100 ) · S j · 0.0007 γ · ( 1 - p b 100 ) · p k 100 · S ]]>
式中：
δ——沥青膜厚度，cm；
γ——混合料密度g/cm³；
p_b——混合料中沥青质量百分含量，％；
检验沥青膜厚度δ是否满足：δ_min≤δ≤δ_max
若满足，继续向下，否则重新选择配合或更换材料。

5.  根据权利要求1所述的一种沥青混合料配合比设计方法，其特征在于：检验沥青混合料施工性能：
对拟定对混和料施工性能进行检验，检验采用CA法，计算公式如下：
                CA＝(P_D/2-P_D/4)/(100-P_D/2)
式中：
CA——混和料施工性能粗集料通过率检验值，0.49≤CA≤0.70
P_D/2，P_D/4——D/2、D/4筛孔通过百分率，％；
沥青混合料性能试验检验：
试验检验初选配合比下沥青混合料的体积特性、高温稳定性、水稳定性、低温稳定性等性能，并进行沥青混合料析漏试验和飞散试验。
调整各材料组成，形成施工配合比：
(1)、采用较少的试验数量建立较大范围内沥青混合料体积、性能指标性能模型，能准确预测试验范围内各种材料用量组合情况下沥青混合料体积、性能指标。
(2)、能全面把握试验范围内沥青混合料的各种性能随材料用量的变化趋势，便于灵活主动控制沥青混合料各项性能；
(3)、可以在较大材料用量范围内优选出性能均衡的沥青混合料配合比，经济性显著。

6.  根据权利要求1所述的一种沥青混合料配合比设计方法，其特征在于：粗集料侧限抗压回弹模量测试方法，取烘干13.2mm～16mm集料3000g，装入石料压碎值试验仪试筒，量测试样高度L₀，取4个方向平均值，然后将装有试样的试筒连同压柱放到2000kN液压试验机上，在液压试验机压块两侧装上磁性表座和千分表，启动液压试验机，均匀地施加荷载，在10min时达到总荷载400kN，记录下200kN和400kN时千分表读数，按下式计算200kN粗集料侧限抗压回弹模量：
E 1 = σ ϵ = P S ΔL L 0 = 200 0.25 × π × 0.15 × 0.15 × 1000 ΔL L 0 ]]>
式中：
E₁——200kN侧限抗压回弹模量，MPa；
L₀——试验前试样高度，mm；
ΔL——试验加载200kN时试样高度变化值，取两个千分表测量值平均值，mm；
进行两次平行试验，取平均值作为试验结果。

7.  根据权利要求2所述的一种沥青混合料配合比设计方法，其特征在于：集料有效密度测试方法：
试验设备：盛样铁盘，天平，烘箱，铁制或铝制容器，钢制搅拌勺，容积3～5ml的小钢勺，电炉，温度计；
试验步骤：
(1)测量试验用沥青的相对水的密度25℃/25℃；
(2)称铁制或铝制容器+钢制搅拌勺的空中质量和水中质量分别为m₁，m’₁水温为25℃；
(3)取有代表性待测的各级粒径集料各1000g，分别盛于铁盘中，置于105℃±5℃烘箱中烘干至恒重，称其质量为m，然后移入铁制或铝制容器中，放在160℃±5℃烘箱中恒温5小时，同时把钢制搅拌勺放于烘箱中一并加热；
(4)加热一容器内沥青至160℃，同时加热另一容器内沥青到120℃备用；
(5)从160℃烘箱中取出盛有集料试样的容器置于已加热电炉上，然后用小钢勺逐渐往集料上滴洒少量160℃的沥青，接着用搅拌钢勺搅拌集料30秒，让已添加的沥青均匀分散在集料表面，然后再重复用小钢勺滴洒2～4克160℃的沥青，再搅拌30秒，如此反复，直到既无白料又无多余沥青沉积在容器底为止，重复次数以3～5次为宜，拌料过程中，应保持混合料试样温度为160℃±5℃，且搅拌钢勺应一直留在容器内；
(6)冷却混合料试样至120℃±5℃，然后立即沿容器壁向试样加入大量120℃±5℃沥青，以沥青刚淹没所有集料为度，接着用搅拌钢勺搅拌3分钟，以排除在加入120℃沥青时所带入的气泡；
(7)冷却混合料试样至室温，称取容器+搅拌钢勺+混合料试样(集料十沥青)的质量为M；
(8)然后放入25℃水中恒温2小时，称取容器+搅拌钢勺+集料+沥青的水中质量为M′；
(9)按下式计算集料有效密度：
γ e = m ( M - m 1 ) - ( M ′ - m 2 ′ ) γ w - M - m 1 - m γ b ]]>
式中：
r_e——集料有效相对密度；
r_w——25℃水的密度；
r_b——沥青相对水的密度(25℃/25℃)。

一种沥青混合料配合比设计方法
技术领域：本发明涉及沥青路面表面层沥青混合料配合比，特别是一种沥青混合料配合比设计方法。
背景技术：沥青路面由于具有行车舒适、施工期短等优点，在我国公路建设中得到了广泛的应用。但随着交通量的增加和渠化交通的形成，对沥青路面表面层结构和功能性提出了很高的要求，促使世界各国道路工作者致力于研发新型路面表面层沥青混合料。
新型沥青混合料根据级配组成不同可分为主要两类结构：一类是密实型，以热拌沥青混合料和SMA(Stone Mastic Asphalt)混合料为代表；另一类是空隙型，以OGFC(Open Graded Friction Courses)混合料为代表。它们的配合比设计程序与我国现行《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)规定的沥青混合料设计方法都遵循“确定沥青混合料类型→初选试验级配→不同沥青用量进行混合料试验→优选级配与沥青用量→检验混合料性能→修正配合比→完成设计”的程序进行设计。
现行的沥青混合料设计程序中，对沥青用量的确定主要靠马歇尔试验方法，而马歇尔方法存在明显的缺陷，其试验指标与混合料的路用性能不存在必然的联系，对路面结构的各种破坏现象也不能起到真正的有针对性的防止作用，所以马歇尔方法不能把各种路用性能要求体现到混合料的设计程序中去。而且在进行混合料设计时，没有确定的依据，且推荐的级配组成范围很大，主要依赖设计者的经验选择矿料级配，使设计过程有一定盲目性、随意性。若严格参照规定的中值级配组成混合料，则混合料设计变成了单一的配制模式。
总体来说，现行的沥青混合料设计方法被动接受沥青混合料的性能，不利于优选性能优异的沥青混和料配合比，且费时、费力、费钱。
发明内容：本发明的目的是提供一种沥青混合料配合比设计方法，主动设计和优选沥青混和料配合比，采用该方法设计的沥青混合料具有优异的路用性能，且具有较好的经济性。
本发明的构成：本方法的设计步骤如下：(1)选择沥青混合料性能参数，(2)材料选择与检验，(3)选择试验表，设计试验方案，(4)检验各组成试验方案下沥青混合料体积指标与性能指标，(5)建立沥青混合料体积、性能指标与材料用量关系数学模型，(6)根据设计沥青混合料性能要求，分析沥青混合料体积、性能指标与材料用量关系数学模型，初选配合比，(7)验算沥青膜厚度，(8)检验沥青混合料施工性能，(9)沥青混合料性能试验检验，(10)调整各材料组成，形成施工配合比。
选择沥青混合料性能参数：
根据道路等级、交通状况、所处环境、路面结构型式等因素确定路面结构层主要设计体积参数和性能参数，主要包括：
(1)沥青混合料空隙率VV(％)；
(2)矿料间隙率VMA(％)；
(3)粗集料间隙率VCA_mix(％)；
(4)沥青饱和度VFA(％)；
(5)马歇尔稳定度MS(kN)；
(6)流值FL(mm)；
(7)25℃劈裂强度RT(MPa)；
(8)马歇尔残留稳定度MS0(％)；
(9)冻融劈裂强度比TSR(％)；
(10)车辙动稳定度DS(次/mm)；
材料选择与检验：
(一)沥青
根据道路等级、所处环境选用重交通道路石油沥青或改性沥青，沥青的标号根据当地的气候情况选择，所选沥青应试验检验以下指标：
(1)针入度，25℃，5s，100g为0.1mm；
(2)15℃延度(cm)；
(3)软化点(℃)；
(4)25℃密度(g/cm³)；
(二)粗集料
采用坚硬、洁净、干燥、表面粗糙、颗粒形状的良好(接近立方体)的集料，宜采用天然岩石中的玄武岩、辉绿岩、硅质灰岩或锰铁合金渣块渣轧制的集料，粗集料应分级加工，需检验指标和技术要求如表1所示：
                            表1粗集料质量技术要求

  指标  单位  技术要求  试验方法  备注  压碎值  ％  ≯26  T 0316  洛杉机磨耗损失  ％  ≯28  T 0317  200kN侧限抗压回弹模量  MPa  ＞230  [1]  粗集料有效相对密度  -  实测  [1]  洛杉矶磨耗损失  ％  30  T 0317  粗集料表观相对密度  -  ≮2.6  T 0304  粗集料毛体积相对密度  -  -  T 0304  吸水率  ％  ≯2.0  T 0304  坚固性  ％  ≯12  T 0314  针片状含量(混和料)  ％  15  T 0312  粒径大于9.5mm针片状含量  ％  12  T 0312  粒径小于9.5mm针片状含量  ％  18  T 0312  ＜0.075颗粒含量  ％  ≯1  T 0310  磨光值  BPN  ≮42  T 0321  粗集料与沥青黏附性  级  ≮4  T 0616  各档材料筛分曲线  -  实测  T 0303
(三)细集料
细集料宜采用机制砂，细集料应洁净、干燥、无杂质，
细集料检验指标和技术要求如表2、表3所示：
                      表2细集料质量技术要求 指标  单位  技术要求  试验方法  备注 表观相对密度  g/cm³  ≮2.5  T 0328 坚固性(＞0.3颗粒)  ％  ≯12  T 0340 砂当量  ％  ≮60  T 0333 亚甲蓝值  g/kg  ≯25  T 0346 棱角性(流动时间)  s  ≮30  T 0345
                                       表3细集料级配规格  规格  公称粒径  (mm)                          水洗法通过各筛孔的质量百分率(％)  9.5  4.75  2.36  1.18  0.6  0.3  0.15  0.075  S15  0～5  100  90～100  60～90  40～75  20～55  7～40  2～20  0～10  S16  0～3  -  100  80～100  50～80  25～60  8～45  0～25  0～15
当细集料质量达不到表中要求，但通过其他技术手段改进并经试验验证混和料各项性能指标能达到要求时，也可采用；
(四)矿粉
矿粉采用石灰岩或强基性岩石等憎水性石料经过磨细得到的矿粉，矿粉应干燥、洁净。检验指标及技术要求如表4所示：
                        表4矿粉质量技术要求 指标  单位  技术要求  试验方法  备注 表观密度  g/cm³  ≮2.5  T 0352 吸水量  ≯1.0  T 0103  烘干法 粒度范围＜0.6mm         ＜0.15mm         ＜0.075mm  ％  ％  ％  100  90～100  75～100  T 0351  比表面积  cm²/g  1600～3300  T 0505-94  外观  -  无团粒结块  -  亲水系数  -  ＜1  T 0353  塑性指数  -  ＜4  T 0354
选择试验表，设计试验方案：
将各筛孔集料筛余量、沥青用量等材料用量作为试验考查因素，根据试验次数要求选择合适的均匀设计表，考查沥青混合料试验指标。
以采用普通沥青的16型抗滑表层沥青混合料为例，试验考查因素如下：
X1——16mm和13.2mm颗粒在沥青混合料中的含量，结合集料实际加工性能情况，质量比按M_16mm∶M_13.2mm＝1∶3定；
X2——9.5mm颗粒在沥青混合料中的含量；
X3——4.75mm颗粒在沥青混合料中的含量；
X4——2.36mm颗粒在沥青混合料中的含量；
X5——1.18mm颗粒在沥青混合料中的含量；
X6——0.075mm～0.6mm颗粒在沥青混合料中的含量，质量比按M_0.6mm∶M_0.3mm∶M_0.15mm∶M_0.075mm＝30∶25∶10∶15比例分配；
X7——＜0.075mm颗粒(即矿粉)在沥青混合料中的含量；
X8——沥青在沥青混合料中的含量；
采用限制条件配方均匀设计方案安排试验(见表5)，试验次数16次。
                                         表5试验方案  试验号  X1  X2  X3  X4  X5  X6  X7  X8  1  0.224473  0.068272  0.387168  0.024343  0.072416  0.069724  0.110243  0.043362  2  0.401739  0.059390  0.196657  0.097008  0.021858  0.075922  0.098164  0.049262  3  0.383636  0.082986  0.213026  0.003355  0.054091  0107254  0.107139  0.048512  4  0.109970  0.214177  0.295805  0.062244  0.049827  0.128606  0.095284  0.044087  5  0.310968  0.008418  0.363146  0.054796  0.025635  0.100916  0.081509  0.054611  6  0.208327  0.170000  0.279606  0.010122  0.087404  0.121212  0.076306  0.047023  7  0.169852  0.105752  0.336813  0.125047  0.041480  0.094398  0.078892  0.047766  8  0.401605  0.030000  0.263756  0.039313  0.045535  0.064168  0.104091  0.051532  9  0.211195  0.312297  0.183387  0.047113  0.067769  0.053162  0.071242  0.053836  10  0.348746  0.126697  0.152753  0.087834  0.082282  0.058486  0.092431  0.050772  11  0.270786  0.130000  0.164171  0.115112  0.063084  0.114152  0.089632  0.053064  12  0.136418  0.220847  0.319479  0.079566  0.077347  0.042573  0.073755  0.050015  13  0.171065  0.291145  0.126175  0.105708  0.058497  0.087727  0.113399  0.046284  14  0.224834  0.210000  0.245689  0.071125  0.037402  0.081946  0.084188  0.044816  15  0.243865  0.281827  0.232341  0.032169  0.029484  0.047871  0.086894  0.045549  16  0.301689  0.218524  0.139808  0.017090  0.033354  0.136141  0.101099  0.052296
检验各组成试验方案下沥青混合料体积指标与性能指标
按规范规定方法进行沥青混合料试验，试验项目有：
(1)、沥青混合料密度试验；
(2)、沥青混合料马歇尔试验；
(3)、沥青混合料浸水马歇尔试验；
(4)、沥青混合料劈裂试验；
(5)、沥青混合料冻融劈裂试验；
(6)、沥青混合料车辙试验。
建立沥青混合料体积、性能指标与材料用量关系数学模型：
根据试验结果，采用多元回归分析方法建立试验指标与考察因素之间的数学模型，建立模型的试验指标有：
(1)沥青混合料空隙率VV(％)；
(2)矿料间隙率VMA(％)；
(3)粗集料间隙率VCA_mix(％)；
(4)沥青饱和度VFA(％)；
(5)马歇尔稳定度MS(kN)；
(6)流值FL(mm)；
(7)车辙动稳定度DS(次/mm)；
(8)25℃劈裂强度RT(MPa)；
(9)冻融劈裂强度比TSR(％)。
根据设计沥青混合料性能要求，分析沥青混合料体积、性能指标与材料用量关系数学模型，初选配合比
采用已建立的模型分析计算满足体积与性能要求的各种材料用量公共范围，作为初选材料用量范围；
验算沥青膜厚度：
矿粉比表面积S
胶浆沥青膜厚度上限：
                      δ_max＝800.65S^-0.6932μm
胶浆沥青膜厚度下限：
                      δ_min＝226.41S^-0.596μm
集料表面积：
S J = 1 100 - p k Σ p i 6.67 d i · γ i ]]>
式中：
S_j——集料比表面积，cm²/g；
p_k——矿粉在集料中百分含量，％；
p_i——第i级料的百分含量，％；
d_t——集料当量直径，取对应粒径与上一级集料直径的平均值，cm；
γ_i——第i级料的表观密度，g/cm³；
校核胶浆沥青膜厚度
δ = γ · p b γ b · 100 - γ · ( 1 - p b 100 ) · ( 1 - p k 100 ) · S J · 0.0007 γ · ( 1 - p b 100 ) · p k 100 · S ]]>
式中：
δ——沥青膜厚度，cm；
γ——混合料密度g/cm³；
p_b——混合料中沥青质量百分含量，％；
检验沥青膜厚度δ是否满足：δ_min≤δ≤δ_max
若满足，继续向下，否则重新选择配合或更换材料。
检验沥青混合料施工性能：
对拟定对混和料施工性能进行检验，检验采用CA法，计算公式如下：
                 CA＝(P_D/2-P_D/4)/(100-P_D/2))
式中：
CA——混和料施工性能粗集料通过率检验值，0.49≤CA≤0.70
P_D/2，P_D/4——D/2、D/4筛孔通过百分率，％；
沥青混合料性能试验检验
试验检验初选配合比下沥青混合料的体积特性、高温稳定性、水稳定性、低温稳定性等性能，并进行沥青混合料析漏试验和飞散试验。
调整各材料组成，形成施工配合比：
1、采用较少的试验数量建立较大范围内沥青混合料体积、性能指标性能模型，能准确预测试验范围内各种材料用量组合情况下沥青混合料体积、性能指标。
2、能全面把握试验范围内沥青混合料的各种性能随材料用量的变化趋势，便于灵活主动控制沥青混合料各项性能；
3、可以在较大材料用量范围内优选出性能均衡的沥青混合料配合比，经济性显著。
粗集料侧限抗压回弹模量测试方法，取烘干13.2mm～16mm集料3000g，装入石料压碎值试验仪试筒，量测试样高度L₀，取4个方向平均值，然后将装有试样的试筒连同压柱放到2000kN液压试验机上，在液压试验机压块两侧装上磁性表座和千分表，启动液压试验机，均匀地施加荷载，在10min时达到总荷载400kN，记录下200kN和400kN时千分表读数，按下式计算200kN粗集料侧限抗压回弹模量：
E 1 = σ ϵ = P S ΔL L 0 = 200 0.25 × π × 0.15 × 0.15 × 1000 ΔL L 0 ]]>
式中：
E₁——200kN侧限抗压回弹模量，MPa；
L₀——试验前试样高度，mm；
ΔL——试验加载200kN时试样高度变化值，取两个千分表测量值平均值，mm；
进行两次平行试验，取平均值作为试验结果。
集料有效密度测试方法：
试验设备：盛样铁盘，天平，烘箱，铁制或铝制容器，钢制搅拌勺，容积3～5ml的小钢勺，电炉，温度计；
试验步骤：
(1)测量试验用沥青的相对水的密度25℃/25℃；
(2)称铁制或铝制容器+钢制搅拌勺的空中质量和水中质量分别为m₁，m’₁水温为25℃；
(3)取有代表性待测的各级粒径集料各1000g，分别盛于铁盘中，置于105℃±5℃烘箱中烘干至恒重，称其质量为m，然后移入铁制或铝制容器中，放在160℃±5℃烘箱中恒温5小时，同时把钢制搅拌勺放于烘箱中一并加热；
(4)加热一容器内沥青至160℃，同时加热另一容器内沥青到120℃备用；
(5)从160℃烘箱中取出盛有集料试样的容器置于己加热电炉上，然后用小钢勺逐渐往集料上滴洒少量160℃的沥青，接着用搅拌钢勺搅拌集料30秒，让已添加的沥青均匀分散在集料表面，然后再重复用小钢勺滴洒2～4克160℃的沥青，再搅拌30秒，如此反复，直到既无白料又无多余沥青沉积在容器底为止，重复次数以3～5次为宜，拌料过程中，应保持混合料试样温度为160℃±5℃，且搅拌钢勺应一直留在容器内；
(6)冷却混合料试样至120℃±5℃，然后立即沿容器壁向试样加入大量120℃±5℃沥青，以沥青刚淹没所有集料为度，接着用搅拌钢勺搅拌3分钟，以排除在加入120℃沥青时所带入的气泡；
(7)冷却混合料试样至室温，称取容器+搅拌钢勺+混合料试样(集料十沥青)的质量为M；
(8)然后放入25℃水中恒温2小时，称取容器+搅拌钢勺+集料+沥青的水中质量为M′；
(9)按下式计算集料有效密度：
γ e = m ( M - m 1 ) - ( M ′ - m 1 ′ ) γ w - M - m 1 - m γ b ]]>
式中：
r_e——集料有效相对密度；
r_w——25℃水的密度；
r_b——沥青相对水的密度(25℃/25℃)。
与现有技术比较，本发明的特点是突破已有级配范围的限制，根据具体工程的环境条件、交通条件、公路等级提出沥青路面表面层沥青混合料性能指标要求，选择满足要求的原材料在相对较宽的矿料颗粒组成范围内进行沥青混和料均匀试验，根据试验结果建立沥青混合料性能指标与不同矿料和沥青用量组合下的数学关系模型，预测沥青混合料性能指标在选定用量范围内的变化趋势，将实际工程原材料试验数据带入联立数学关系模型，求解出满足各项指标要求的材料组成范围，以选定范围的平均值作为初选矿料级配和沥青用量，预测初选配比沥青混合料的各项性能，实际检验相应技术指标，根据检验结果进行适当调整后的配合比作为目标配合比。
附图说明：图1是全计算沥青沥青混合料设计方法配合比设计流程图；图2是有效密度测试流程图
具体实施方式：
以贵州某高速公路抗滑表层沥青混合料为例，将全计算沥青沥青混合料设计方法举例如下：
1、选择沥青混合料性能参数
沥青混凝土路面设计年限为15年，设计年限内一个车道上累计当量轴次为1.674×10⁷次，路面设计弯沉值23.7(1/100mm)；土基回弹模量30～50MPa。
该公路处于贵州省境内，温度分区属1-4区，雨量分区属1区，沥青混合料应提高抗水损害和抗车辙性能。性能指标选择如表6所示：
             表6沥青混合料性能指标选择  指标名称  单位  技术要求  备注  空隙率VV  ％  3.5～4.0  矿料间隙率VMA  ％  15.0～17.0  粗集料间隙率VCA_mix  ％  不大于振实空隙率2％且  小于捣实空隙率预测值  沥青饱和度VFA  ％  70～80  稳定度  kN  ≮5.5  流值  mm  2～5  动稳定度DS  mm/次  ＞2000  浸水马歇尔稳定度  ％  ＞80  冻融劈裂强度比TSR  ％  ＞75
2、材料选择与检验
2.1、沥青
选用壳牌AH-70，试验结果如下：
                                表7沥青试验结果  名称  单位  试验结果  技术要求  备注  针入度(25℃，100g，5s)  0.1mm  70  60～80  延度(5cm/min，15℃)  cm  ＞150  ≮100  软化点(环球法)  ℃  46  ≮46  25℃密度  g/cm³  1.035  实测
2.2、玄武岩粗集料性能试验结果如表8。
                             表8粗集料质量试验结果  指标  单位  技术要求  试验方法  试验结果  备注  压碎值  ％  ≯26  T 0316  8.5  洛杉机磨耗损失  ％  ≯28  T 0317  16.8  200kN侧限抗压回弹模量  MPa  ＞230  见  附加权利二  266  粗集料有效相对密度(16mm)  -  实测  2.875  粗集料有效相对密度(13.2mm)  -  实测  2.868  粗集料有效相对密度(9.5mm)  -  实测  2.856  粗集料有效相对密度(4.75mm)  -  实测  2.856  粗集料表观相对密度(16mm)  -  ≮2.6  T 0304  2.962  粗集料表观相对密度(13.2mm)  -  ≮2.6  T 0304  2.968  粗集料表观相对密度(9.5mm)  -  ≮2.6  T 0304  2.972  粗集料表观相对密度(4.75mm)  -  ≮2.6  T 0304  2.976  粗集料毛体积相对密度(16mm)  -  -  T 0304  2.871  粗集料毛体积相对密度(13.2mm)  -  -  T 0304  2.860  粗集料毛体积相对密度(9.5mm)  -  -  T 0304  2.846  粗集料毛体积相对密度(4.75mm)  -  -  T 0304  2.823  吸水率(16mm)  ％  ≯2.0  T 0304  1.07  吸水率(13.2mm)  ％  ≯2.0  T 0304  1.27  吸水率(9.5mm)  ％  ≯2.0  T 0304  1.50  吸水率(4.75mm)  ％  ≯2.0  T 0304  1.82  坚固性  ％  ≯12  T 0314  3  针片状含量(混和料)  ％  15  T 0312  14  粒径大于9.5mm针片状含量  ％  12  T 0312  12  粒径小于9.5mm针片状含量  ％  18  T 0312  15  ＜0.075颗粒含量  ％  ≯1  T 0310  0.8  磨光值  BPN  ≮42  T 0321  49.9  粗集料与沥青黏附性  级  ≮4  T 0616  4  各档材料筛分曲线  -  实测  T 0303
粗集料级配如表9所示。
                           表9粗集料筛分资料(通过百分率，％)  编号  19  16.0  13.2  9.5  4.75  2.36  1.18  0.60  0.30  0.15  0.075  3#(玄武岩)  100  97.2  10.1  3.8  2.7  2.2  1.9  1.6  1.3  4#(玄武岩)  100  86.0  54.2  15.8  0.6  0.4  0.4  0.4  0.4  0.4  0.3
2.3、细集料：
玄武岩细集料性能指标试验结果如10所示，筛分级配如表11所示。
                                    表10细集料试验结果  指标  单位  技术要求  试验方法  测试值  备注  表观相对密度(2.36mm)  -  ≮2.5  T 0304  2.963  有效相对密度(2.36mm)  -  -  2.839  毛体积相对密度(2.36mm)  -  -  T 0304  2.749  表观相对密度(＜2.36mm)  -  ≮2.5  T 0328  2.893  坚固性(＞0.3颗粒)  ％  ≯12  T 0340  2  砂当量  ％  ≮60  T 0333  71  亚甲蓝值  g/kg  ≯25  T 0346  23  棱角性(流动时间)  s  ≮30  T 0345  44
                                 表11细集料筛分试验结果  公称粒径(mm)                      水洗法通过各筛孔的质量百分率(％)  9.5 4.75  2.36  1.18  0.6  0.3  0.15  0.075  规定范围  0～5  100 90～100  60～90  40～75  20～55  7～40  2～20  0～10  试验结果  2#(玄武岩)  100 96.1  65.5  42.6  25.3  16.3  10.0  5.3
2.4、矿粉
采用磨细石灰石粉性能指标试验结果如12所示。
                     表12矿粉质量试验结果  指标  单位  技术要求  试验方法  测试值  备注  表观密度  g/cm³  ≮2.5  T 0352  2.849  吸水量  ％  ≯1.0  T 0103  0.8  烘干法 粒度范围＜0.6mm         ＜0.15mm         ＜0.075mm  ％  ％  ％  100  90～100  75～100  T 0351  98.9  97.8  75.8 比表面积  cm²/g  1600～3300  T 0505-94  1650 外观  -  无团粒结块  -  无团粒结块 亲水系数  -  ＜1  T 0353  0.8 塑性指数  -  ＜4  T 0354  3.8
3、选择试验表，设计试验方案
将X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8(意义同前)作为试验考查因素，采用限制条件配方均匀设计方案安排试验方案(见表13)。
                                                       表13试验方案  试验号  X1  X2  X3  X4  X5  X6  X7  X8  1  0.224473  0.068272  0.387168  0.024343  0.072416  0.069724  0.110243  0.043362  2  0.401739  0.059390  0.196657  0.097008  0.021858  0.075922  0.098164  0.049262  3  0.383636  0.082986  0.213026  0.003355  0.054091  0.107254  0.107139  0.048512  4  0.109970  0.214177  0.295805  0.062244  0.049827  0.128606  0.095284  0.044087  5  0.310968  0.008418  0.363146  0.054796  0.025635  0.100916  0.081509  0.054611  6  0.208327  0.170000  0.279606  0.010122  0.087404  0.121212  0.076306  0.047023  7  0.169852  0.105752  0.336813  0.125047  0.041480  0.094398  0.078892  0.047766  8  0.401605  0.030000  0.263756  0.039313  0.045535  0.064168  0.104091  0.051532  9  0.211195  0.312297  0.183387  0.047113  0.067769  0.053162  0.071242  0.053836  10  0.348746  0.126697  0.152753  0.087834  0.082282  0.058486  0.092431  0.050772  11  0.270786  0.130000  0.164171  0.115112  0.063084  0.114152  0.089632  0.053064  12  0.136418  0.220847  0.319479  0.079566  0.077347  0.042573  0.073755  0.050015  13  0.171065  0.291145  0.126175  0.105708  0.058497  0.087727  0.113399  0.046284  14  0.224834  0.210000  0.245689  0.071125  0.037402  0.081946  0.084188  0.044816  15  0.243865  0.281827  0.232341  0.032169  0.029484  0.047871  0.086894  0.045549  16  0.301689  0.218524  0.139808  0.017090  0.033354  0.136141  0.101099  0.052296
试验方法：按JTJ 052-2000，混合料密度采用蜡封法进行测试。
温度控制(重交通AH70号沥青)：
矿料加热温度(℃)180～185
沥青加热温度(℃)160～165
沥青混合料拌和温度(℃)160～165
沥青混合料击实温度(℃)135～145
混合料老化时间2h，马歇尔制件，双面50次。
4、检验试验方案下各组沥青混合料体积指标与性能指标
按确定的试验方案进行试验，沥青混合料理论最大密度采用集料有效密度进行计算，性能指标试验结果如表14、表15所示。
                                       表14马歇尔试验指标汇总  试验  号  空隙率  VV(％)  矿料间隙率  VMA(％)  粗集料骨架间隙  率VCA_mix(％)  试件有效沥青  饱和度FA(％)  马歇尔稳定度  MS(kN)  流值FL  (10^-1mm)  马歇尔  模数T  1  5.7  15.5  37.6  63.2  4.23  25.0  1.7  2  4.3  15.6  39.1  72.4  4.20  32.8  1.3  3  2.4  13.9  35.8  83.1  4.14  43.1  1.0  4  4.0  14.0  42.1  71.8  6.24  51.6  1.2  5  4.1  16.6  36.7  75.1  4.10  44.1  0.9  6  3.8  14.7  38.7  74.3  5.97  41.8  1.4  7  6.1  16.6  44.2  63.2  5.56  47.6  1.2  8  4.3  16.2  35.6  73.7  4.65  30.5  1.5  9  5.9  18.1  35.7  67.3  3.11  30.9  1.0  10  4.4  16.0  42.0  72.8  4.78  36.9  1.3  11  1.9  14.2  46.6  86.7  7.95  46.7  1.7  12  7.8  18.7  39.5  58.5  3.62  45.2  0.8  13  2.6  13.4  44.5  80.6  6.90  30.7  2.2  14  5.7  15.8  37.6  64.0  5.69  45.7  1.2  15  7.7  17.9  32.0  57.1  2.92  33.1  0.9  16  1.8  14.0  37.2  87.2  5.43  37.5  1.4
                                 表15性能试验指标汇总  试验  号  劈裂强度  RT(MPa)  冻融劈裂强度  比(％)  试件浸水残留稳  定度MS₀(％)  构造深度  (mm)  车辙动稳定度  (次/mm)  60min车辙深度  (mm)  1  1.05  78.14  95.98  1.5  2238  2.621  2  0.90  82.42  29.14  2.8  2066  3.447  3  0.97  87.57  48.34  1.2  1886  3.356  4  1.03  85.75  84.76  1.2  2775  2.728  5  0.76  76.21  0.00  2.7  757  5.245  6  0.99  93.37  94.46  1.3  2449  2.783  7  0.87  72.73  54.14  1.4  1473  3.329  8  0.75  73.13  73.37  2.3  702  6.219  9  0.63  81.84  84.38  2.3  453  8.738  10  0.72  72.94  90.21  1.7  1445  3.252  11  0.98  84.65  86.33  0.7  1263  4.511  12  0.63  63.00  63.60  2.3  562  7.531  13  1.00  78.18  99.44  0.9  2289  2.837  14  0.80  73.90  78.68  2.1  684  4.907  15  0.60  78.12  63.58  3.3  504  8.734  16  0.97  71.50  66.50  0.7  1596  3.914
5、建立沥青混合料体积、性能指标与材料用量关系数学模型
采用统计分析软件对试验结果进行回归分析，得到回归模型如下：
VV＝20.297+.045*X2+.073*X3-.903*X6-.452*X7-1.632*X8+.005*X4*X4+.031*X6*X6-.005*X2*X4-.017*X5*X6
VMA＝30.416-1.430*X6-.534*X7-.001*X1*X1-.015*X5*X5+.056*X6*X6-.003*X2*X3+.004*X3*X4-.014*X4*X7
VCA_mix2＝91.181-1.859*X2-.653*X3-.011*X1*X1+.019*X2*X2-.017*X1*X3+.013*X2*X3
VFA＝7.635+.045*x1*x6+.045*x2*x4+.252*x5*x6+.579*x7*x8+.739*x8*x8-1.071*x5-.066*x4*x4+.685*x4
MS＝25.237+.449*x1-5.920*x8-.013*x1*x1-.006*x3*x3-.152*x7*x7-.012*x1*x2-.006*x2*x4+.652*x7*x8
FL＝90.844-1.662*X1-.992*X6*X6-3.794*X7*X7-8.845*X8*X8-.063*X3*X4+1.935*X6*X7+10.707*X7*X8-.839*X2
MS₁＝43.462-.554*x2-.240*x3-.179*x6-1.682*x8-.012*x1*x1-.007*x3*x3-.025*x4*x4
MS₀＝84.272-7.195*x1-5.040*x2-7.894*x3+24.922*x4+42.868*x6+58.140*x7-.716*x4*x4-2.467*x4*x7-5.415*x6*x7
RT＝1.770-.010*x2-.009*x3+.002*x6*x6+.025*x7*x7-.093*x7*x8+.059*x8*x8
TSR＝-589.663+4.260*x3-10.102*x5+68.402*x7+127.084*x8-.086*x3*x3+.707*x5*x5+.345*x5*x6-13.659*x7*x8
DS＝29323.163-547.675*X3-283.817*X7-2378.604*X8+7.698*X3*X3-13.708*X2*X4-8.464*X1*X2-2.867*X1*X3+2.172*X2*X2
通过集料捣实和振实试验得到试验集料振实和捣实数学模型如下：
VCA_DRC＝39.364+5.143*a1+23.302*a3+4.495*a2*a2-20.754*a3*a3-32.101*a1*a3-12.744*a2*a3
VCA_mix1＝49.221-38.919*a1-20.376*a2-28.879*a3+31.621*a1*a1+11.418*a2*a2+22.307*a3*a3+48.082*a1*a2+59.765*a1*a3+32.166*a2*a3
式中：
VCA_DRC——粗集料捣实空隙率，％
VCA_mix1——粗集料振实空隙率，％
a1——粗集料中16mm颗粒含量；
a2——粗集料中13.2mm颗粒含量；
a3——粗集料中9.5mm颗粒含量；
VV——空隙率，％；
VMA——矿料间隙率，％；
VCA_mix2——混和料中粗集料骨架间隙率，％；
VFA——试件有效沥青饱和度，％；
MS——马歇尔稳定度，kN；
FL——马歇尔流值，10^-1mm；
MS₁——浸水马歇尔稳定度，kN；
MS₀——马歇尔残留稳定度，％；
RT——劈裂强度，MPa；
RT2——冻融后劈裂强度，MPa；
TSR——冻融劈裂强度比，％；
DS——车辙动稳定度，次/mm；
X1——16mm和13.2mm颗粒在沥青混合料中的百分含量，％；
X2——9.5mm颗粒在沥青混合料中的百分含量，％；
X3——4.75mm颗粒在沥青混合料中的百分含量，％；
X4——2.36mm颗粒在沥青混合料中的百分含量，％；
X5——1.18mm颗粒在沥青混合料中的百分含量，％；
X6——0.075mm～0.6mm颗粒在沥青混合料中的百分含量，％；
X7——＜0.075mm颗粒(矿粉)在沥青混合料中的百分含量，％；
X8——沥青在沥青混合料中的百分含量，％；
6、根据设计沥青混合料性能要求，分析沥青混合料体积、性能指标与材料用量关系数学模型，初选配合比
根据混合料体积与性能要求参数范围，将各级矿料按不同组合进行体积指标与性能预测，筛选满足指标要求的组合范围，取满足要求的矿料组合范围中值作为初选材料组合。
                         表16满足要求的配合比材料组合范围  项目  单位  最小值  最大值  中值  备注  矿粉比例  ％  7.2  8.1  7.65  2#(玄武岩)比例  ％  26.2  28.2  27.2  3#(玄武岩)比例  ％  13.8  17.8  15.8  沥青用量  ％  4.4  4.6  4.5
                                                  表17选择的材料级配                                          矿料组成(通过率，％)  沥青  用量(％)  粒径(mm) 19  16.0  13.2  9.5  4.75  2.36  1.18  0.60  0.30  0.15  0.075  选择 100.0  93.1  77.4  58.0  35.7  26.3  19.8  15.0  12.4  10.3  7.6  4.5
                表18选择的配合比及对应预测指标  项目  单位  指标值  备注  空隙率VV  ％  4.1  矿料间隙率VMA  ％  15.1  粗集料捣实间隙率VCA_DRC  ％  43.35  粗集料振实间隙率  ％  40.00  混和料中粗集料间隙率  ％  41.53  沥青饱和度VFA  ％  72.65  车辙动稳定度DS  次/mm  2143  马歇尔稳定度MS  kN  6.99  流值FL  10^-1mm  27  浸水马歇尔稳定度MS₀  kN  7.64  残留稳定度  ％  136.18  劈裂强度  MPa  1.14  冻融劈裂强度  MPa  0.82  冻融劈裂强度比  ％  73.7  粉胶比-  1.61
7、验算沥青膜厚度
矿粉比表面积S＝1650cm²/g
胶浆沥青膜厚度上限：δ_max＝800.65S^-0.6932＝4.71μm
胶浆沥青膜厚度下限：δ_min＝226.41S^-0.596＝2.74μm
集料表面积：
S J = 1 100 - p k Σ p i 6.67 d i · γ i = 14.14 ]]>
校核胶浆沥青膜厚度：
δ = γ · p b γ b · 100 - γ · ( 1 - p b 100 ) · ( 1 - p k 100 ) · S J · 0.0007 γ · ( 1 - p b 100 ) · p k 100 · S = 2.90 μm ]]>
满足胶浆沥青膜厚度要求。
8、验算沥青混和料施工性能
                CA＝(P_D/2-P_D/4)/(100-P_D/2)＝0.53
满足0.49≤CA≤0.70的施工性能要求。
9、沥青混合料配合比检验
                               表19试验验证结果  项目  单位  预测指标值  实测指标值  误差(％)  备注  空隙率VV  ％  41  4.6  10  矿料间隙率VMA  ％  15.1  14.8  -2.0  混和料中粗集料间隙率  ％  41.53  43.1  3.7  沥青饱和度VFA  ％  72.65  69.1  -5.2  车辙动稳定度DS  次/mm  2143  2357  9.1  马歇尔稳定度MS  kN  6.99  7.70  9.2  流值FL  10-1mm  27  41.1  34.3  浸水马歇尔稳定度MS0  kN  7.64  6.94  -10.0  残留稳定度  ％  136.18  90.2  -51.0  劈裂强度  MPa  1.14  1.13  -0.7  冻融劈裂强度  MPa  0.82  0.86  4.4  冻融劈裂强度比  ％  73.7  75.8  2.8
10、确定目标配合比
试验结果满足要求，因此选定的沥青混合料目标配合比如表20。
                                表20沥青混合料目标配合比  材料  矿粉  2#(玄武岩)  3#(玄武岩)  4#(玄武岩)  沥青用量  所占比例(％)  7.65  27.2  15.8  44.85  4.5