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【摘要】鉴于粗集料骨架特性对于SMA混合料路用性能的重要影响，针对现行的SMA设计骨架标准进行了研究，发现现行标准在SMA骨架判别标准方面存在一些问题。通过室内试验数据的分析，研究了压实成型方法、容器体积（试件大小）、沥青膜厚度、不同密度指标换算VCA等对于SMA粗集料骨架判别结果的影响。
【关键词】道路工程；沥青路面；SMA；粗集料；骨架特性；判别标准
Talking Skeleton criterion SMA rough sets and its influencing factors
Li Peng-cheng1,He Wen-zheng2 <
【Abstract】Given the characteristics of the coarse aggregate skeleton SMA Mixture significant impact on performance for the current standard SMA design framework has been studied and found that there are some problems in the current standard SMA skeleton discrimination standards. By analyzing the data of laboratory tests to study the compaction molding method, the container volume (specimen size), asphalt film thickness, density index translated for different SMA coarse aggregate skeleton discrimination results such as the impact of VCA.
【Key words】Road works;Asphalt pavement;SMA;Coarse aggregate;Skeleton characteristics;Criterion
1. 引言
虽然许多国家并未将马歇尔试验指标用于混合料配比设计的取舍，但是却采用了马歇尔试件的体积参数，并以此确定粗细集料的相对比例，以及沥青的合理用量。如果马歇尔击实方法成型试件的条件可以模拟SMA路面的碾压成型条件，并且用这两种方法所得到的压实混合料的体积参数基本吻合或者有可比性，那么，现行的SMA配合比设计方法是可行的，然而事实并非如此。本文通过室内试验，研究了成型方法、试件尺寸、不同密度指标换算VCA、沥青膜厚度等对于SMA粗集料骨架特性的影响。最终明晰了SMA粗集料骨架特性的判别标准问题。
2. 粗集料骨架特性与VCA指标
2.1粗集料间的空间相对位置可用VCA大小给予间接反映，而VCA的大小与许多因素有关，粒径大小、级配组成、几何形状、表面微观纹理、颗粒间排列组合方式、外在约束条件(即制作试件容器的大小与形状和实际路上铺筑层厚度等)都对VCA的大小产生影响。在混合料中，VCA还与沥青玛蹄脂性质(主要是劲度)以及沥青玛蹄脂相对于粗集料的体积比例相关。
2.2对某种特定的粗集料而言，其粒径、级配、形状和表面纹理都已确定，因此VCA的大小则取决于粗集料颗粒间的空间相对位置。由于混合料中沥青玛蹄脂的相对体积对粗集料骨架结构也有较大影响，所以VCAmix的大小还能间接反映出混合料配比中沥青玛蹄脂所占的体积比例是否合适。这也正是美国规范判断SMA骨架是否形成的判据之根据所在。而如今的SMA设计方法对VCA的认识存在以下缺点：现行的SMA体积设计方法本想通过对比集料和混合料的体积特征参数VCADRC和VCAmix来判断SMA是否形成骨架，却忽视了这两个参数之间所存在的系统误差。该系统误差主要源于四方面：压实功能差异、测量容器容积不等，计算VCA所用的试验值——密度的取值方法不合理，以及没有考虑到粗胶泥对粗集料骨架竟有如此显著的撑持作用。
表1SMA混合料击实前、后的矿料比例对比
粒径mm
所占比例
%
编号
SMA16-2 SMA16-3 SMA16-4 SMA16-5 SMA16-6
击实前 击实后 击实前 击实后 击实前 击实后 击实前 击实后 击实前 击实后
19.0～16.0 5.40 2.00 5.30 1.80 5.00 2.20 4.70 3.50 4.50 4.30
16.0～13.2 27.00 19.50 26.30 22.60 25.00 23.10 23.70 22.00 22.30 20.50
13.2～9.5 24.20 23.30 23.70 22.50 22.50 20.40 21.30 20.40 20.20 19.60
9.5～4.75 25.40 26.30 24.70 25.20 23.50 24.30 22.30 23.00 21.00 20.00
4.75以上 82.00 71.10 80.00 72.10 76.00 70.00 72.00 68.90 68.00 64.40
4.75以下 18.0028.90 20.00 27.90 24.00 30.00 28.00 31.10 32.00 35.60
击实后4.75以下增加% 10.9 7.9 6.00 3.10 3.60
以PC计算的VCAmix% 33.2 34.6 36.7 39.0 42.1
以P′C计算的VCA′mix% 42.1 41.1 41.7 41.6 45.2
注：粗集料为张家口玄武岩，集料压碎值为11.7%，符合JTJ032-94对高速公路技术标准要求；马歇尔击实次数为双面各50次，各个配比试件的矿粉和沥青含量均相同，计算VCAmix采用(2)式；P'C-指击实后4.75mm以上粗集料占总集料的百分比；各个配比的粗集料经干插捣之后4.75mm通过率增加值均小于0.5%。各个SMA级配的详细组成见表5-5。
2.3美国的SMA设计方法中规定，VCADRC采用干插捣法确定，VCAmix则根据马歇尔击实试件的毛体积密度进行换算确定。干插捣测试VCADRC所用容器体积为10L，方法为：固定试样体积10L，通过分层插捣试样，然后称量10L容积的容器所装下的粗集料重量，则粗集料的间隙率VCADRC为：
VCADRC =1-ρ捣粗/ρ毛粗（1）
式中：ρ捣粗——粗集料的干插捣密度，ρ毛粗——粗集料的合成毛体积密度。
由（1）式可知，VCADRC是利用粗集料试件的体积法测量的毛体积密度ρ捣粗来计算的。对于混合料，VCAmix则是应用马歇尔击实试件的水中重法测得的毛体积密度ρ毛来计算，即：
VCAmix=1-PC×ρ毛/((1+PB)×ρ毛粗)（2）
式中：PC ——指4.75mm以上粗集料占总集料的百分比；PB——代表混合料的油石比。
2.4对比VCADRC 和VCAmix的测试方法体系发现，两者的试验方法有如下不同：一是压实方法不同，前者用铁棒插捣密实，后者为重锤冲击压实，两者的压实功能无可比性；二是试验测量精度不同，前者的密实后体积为10L(试样直径23.7cm，试样高度22.7cm，为10014cm3)，后者的压实体积约514.8cm3(试样直径10.16cm，试样高度6.35cm)；三是计算VCA时，所用密度指标的测试体系不同，前者的试样体积固定，计算VCADRC用的是体积法毛体积密度，它包括了试样表面的所有空隙；而计算VCAmix时，用的是水中重法毛体积密度，故VCAmix未包括试样表面的粗大空隙。这些差异都会导致VCADRC 与VCAmix之间的系统误差，从而造成混合料体积特征参数失准。
3. 压实方法的影响
3.1计算VCADRC 与VCAmix 所用的试样成型方法相差悬殊，VCADRC 是用干插捣法确定，基本不会发生粗集料的破碎；而VCAmix 是用重锤冲击的方法密实，对于粗颗粒含量较多的SMA混合料(与传统密级配AC相比，SMA的粗集料含量增加了30%～50%)，试件成型时大部分冲击力将作用于粗集料，粗颗粒往往被击碎，从而改变了集料级配组成，进而使VCAmix计算值失准。
3.2表1列出了五种级配的SMA在马歇尔试件击实前后的集料组成比例对比结果。从表1可知，马歇尔试件中4.75mm以下颗粒含量比击实前有较大幅度增加，说明粗集料破碎情况较严重。粗集料破碎后，若仍以击实前设计粗集料含量PC代入公式(2)式求解VCAmix，则必然会导致所计算的VCAmix小于实际值。当考虑粗集料破碎后，以实际粗集料含量 代入公式(2)求算的 比VCAmix有较大幅度增加。另一方面，干插捣和马歇尔击实都不能有效地模拟路面碾压过程，而粗集料的骨架结构与颗粒的排列组合方式有密切联系，不同的成型方法将造成粗集料的排列方式迥异，从而影响VCA的大小。用多种试验方法对SMA16-4配比的粗集料部分进行的VCA测试结果和用不同成型方法对SMA16-4的混合料进行的VCAmix测试结果见表2。
表2不同试验方法下SMA16-4粗集料及混合料中的粗集料破碎率及其VCA数值对比
试验容器类型粗集料VCADRC10L铁筒马歇尔试模GTM混合料VCAmix
密实方法松堆干插捣振实加配重振实干插捣击实GTM旋转搓揉马歇尔
击实GTM旋转搓揉轮碾
VCA%44.239.239.036.542.331.330.836.734.636.1
通过4.75mm增加%0.00.40.30.40.114.715.66.03.53.1
注：松堆，指将粗集料自然落下装入10L容器内；加配重振实时，配重为2500克重的薄圆铁饼，直径与容器内径相同；所有针对粗集料的密实方法，计算试件VCADＲC采用(1)式，马歇尔和GTM试模中试样的体积，通过测量试模剩余空间高度间接获得；用GTM 的试模成型的试件直径和高度与马歇尔相同。对混合料试件计算VCAmix时采用(2)式，未考虑粗集料破碎；轮碾次数为往返15次。
3.3由表2可见，不同的试验方法所造成的粗集料破碎率是不同的。干插捣几乎未造成粗集料破碎；但用马歇尔击实仪击实，却造成粗集料4.75mm通过率增加14.7%，混合料4.75mm通过率增加了6.0%。对粗集料而言，不同试验方法所得到的VCADRC也有较大差别，若要求粗集料尽量不发生破碎，则松堆的VCADRC最大，而加配重振实的VCADRC最小，干插捣的VCADRC居中。如果用加配重振实的VCADRC去比较马歇尔击实的VCAmix，则所得结论为，VCADRCVCAmix，二者结论相反，而加配重振实并未造成粗集料被破碎。可见试验方法对VCA有显著影响。问题的关键是哪种试验方法与路面施工方式更为接近。显然，干插捣方法并不能使粗集料颗粒的空间排列达到最紧密状态，从而导致用该法得到的VCA值较大，进而推知这种试验条件下形成的骨架结构还有较大可变性，是不稳定的。如果实际路面结构的骨架与此相同，必然会造成SMA路面的高温稳定性不足。所以，用干插捣得到的VCADRC去判断骨架是否形成，势必造成标准值失准，起不到筛选级配的作用。利用文献［43］P232～P234中所举实例的VCA数据也可以证实上述观点，该实例变化4.75mm通过率(23.1%、25.1%、27.3%)得到甲、乙、丙三种级配，它们的干插捣VCADRC分别为43.6%、42.9%、42.7%，以6.0%油石比制作马歇尔试件得到的VCAmix分别为32.8%、35.6%、35.9%，依据VCADRC>VCAmix准则判定，这三种混合料都形成了骨架结构，且VCAmix与VCADRC相差甚远。也就是说，在本例中用干插捣VCADRC来判断粗集料骨架是否形成，事实上根本没有达到筛选级配的预期效果。而相比之下，加配重振实法更为合理，所得到的VCA更符合实际。
4. 不同密度指标换算VCA引起的误差的影响
4.1干插捣VCADRC是用体积法测量粗集料试件的毛体积密度由式(1)计算而得，而VCAmix则是用马歇尔击实试件的水中重法毛体积密度由式(2)换算。所以VCAmix没有包括试件表面的粗大空隙，因为当试件达到表干状态时，表面的粗大空隙中的水大部分都会泄漏，大空隙的毛细吸力很微弱，不足以吸持大水滴；另外还有一部分水分会被毛巾吸走，而对于粗集料含量多的SMA，由于马歇尔试模边界的限制，边界上粗集料移动重排的空间很小，所以必然造成胶泥填充到边界的数量较少(除非胶泥过剩，但这会导致骨架被撑持开)，因此对多数SMA试件来说，其特点是试件内部密实，表面存在大孔隙。而SMA试件表面的大空隙所占的体积不容忽略。
4.2对4.75mm不同通过率的SMA16-2～SMA16-6的马歇尔试件分别用水中重法毛体积密度和体积法毛体积密度计算的VCAmix数值对比见图1。
图1水中重法毛体积密度与体积法毛体积密度换算的VCAmix对比图
4.3由图1可知：用水中重法毛体积密度换算的VCAmix比体积法毛体积密度换算的VCAmix都小，细集料越少相差越大，因为细集料越少，试件表面的大空隙越多。另外，细集料从18%增加到32%的过程中，用水中重法毛体积密度换算的VCAmix一直在增加，且增加的幅度大致相同，这与实际不符。根据骨架的含义和填充理论以及骨架与胶泥相对体积大小的关系可推知：当细集料含量很少时，细集料的少许增加不会对骨架结构造成明显撑持，即VCAmix增加率较小，因为此时增加的细集料主要用于填充粗骨架的空隙；只有当细集料含量大时，骨架空隙已被填满，增加的细集料才大多用于撑开粗骨架，即VCAmix增大的幅度会变大。而体积法毛体积密度换算的VCAmix则有较合理的规律：细料很少时(18%～20%)，随着细料增加，VCAmix缓慢增加，直到细料增至能填满骨架空隙后，VCAmix增加速率变大。所以，用混合料的体积法毛体积密度计算VCAmix较合理。
4.4因此，依照VCADRC的测试体系，为了增加它与VCAmix的可比性，就应该用马歇尔试件的体积法毛体积密度来换算VCAmix，即把试件表面的粗大空隙计入VCAmix，否则，将增加VCADRC 与VCAmix之间的系统误差，使两者的可比性变差。
5. 胶泥裹覆、撑持作用的影响
（1）以VCADRC >VCAmix 作为粗骨架形成的判据，其理论依据为填充理论，即胶泥填充于粗集料骨架空隙中。但由于SMA的成型工艺与粗集料排列方式可变等因素的影响，事实上，胶泥不可能全部填充于粗集料形成的骨架中而不裹覆在粗集料的表面。因此，还应考虑胶泥裹覆作用的影响，应该把填充理论与裹覆理论综合运用，才能较全面合理地理解SMA的体积参数，解释SMA骨架的变化规律。在考虑到胶泥的裹覆作用后，不可避免地将有一部分胶泥会裹覆在粗集料的表面，如果胶泥的劲度较大，接触面上的胶泥就会对骨架产生一定影响，即使在不考虑其他因素的影响下，VCAmix也应该稍大于VCADRC 。
表3VCAmix与胶泥的关系
编号%
VCAmix油石比%
2.2 5.0 5.4 5.8 6.2 6.6 7.0
SMA16-3（细集料20%） 36.7 39.4 39.2 39.6 39.3 39.2 39.4
SMA16-4（细集料24%） 36.3 40.1 40.6 40.0 40.1 40.4 41.3
SMA16-5（细集料28%） 36.9 41.8 41.5 41.3 41.4 42.1 —
注：2.2%油石比是仅用830克粗集料制作马歇尔试件（无细集料）；双面50击；表中VCAmix值均未考虑粗集料破碎比例。
（2）为考察混合料中胶泥对VCAmix的影响，对SMA16-3～SMA16-5变化油石比制作马歇尔试件，并用体积法毛体积密度换算VCAmix，试验结果见表3。结果表明，无细集料时VCAmix相对较小，加入细集料后VCAmix有较大幅度增加，细集料含量越大VCAmix增加越多；加入细集料后随着油石比增加，VCAmix变化幅度较小，仅当油石比过大时(SMA16-4为7.0%，SMA16-5为6.6%)，VCAmix增加幅度稍大。由此说明，在SMA混合料中，胶泥对粗骨架的撑持作用主要由细集料引起，而沥青的撑持作用较小。制定骨架形成判据时，如果不考虑其他因素影响，仅针对细集料对骨架的撑持作用而言，可适当放宽对VCAmix的限制，只要VCAmix大于VCADRC不超过一定范围f，也可认为粗集料形成了骨架。比较表3中有、无细集料的VCAmix知，范围f可定为2.7%～3.5%。
6. 结语
由试验研究结果来看，影响SMA粗集料骨架特性（形成过程）的因素是多方面的，除了与集料本身特性（密度、强度、棱角性）有关之外，与混合料成型方法、压实成型容器、沥青膜厚度（沥青含量）、以及采用的密度标准均有关。因此，现行规范仅仅采用VCA值来评价和判别SMA混合料中粗集料骨架特性是不准确的。
参考文献
［1］公路沥青路面施工技术规范JTG F40-2004. 北京：人民交通出版社，2004.
［2］郝培文等. 应用贝雷法进行级配组成设计的关键技术. 长安大学学报，2004.6.
［3］林秀贤. 沥青混凝土合理级配组成的计算公式. 华东公路. 2003，No140(1)：P82～84.
［4］王新明. 高性能沥青路面SUPERPAVE级配设计方法分析. 石油沥青(增刊) . 2003，P61～64.
［5］卢永贵、赵可. 沥青玛蹄脂碎石混合料级配试验研究. 重庆交通学院学报. 2001.04.
［6］卢永贵、赵可、张登良. SMA骨架标准研究. 长安大学学报（自然科学版）. 2002.01.
［7］于洪兴、赵可、魏连雨. 粗集料级配对SMA混合料的影响. 黑龙江工程学院学报. 2004.03.
［8］赵可、周卫峰、魏如喜. SMA高温稳定性和低温抗裂性与体积参数的相关性分析. 公路交通科技. 2005.01.
［文章编号］1006-7619（2014）06-10-319
［作者简介］ 李鹏程（1984-）男，籍贯：湖北省孝感市人，学历：硕士，职称：工程师。
【关键词】道路工程；沥青路面；SMA；粗集料；骨架特性；判别标准
Talking Skeleton criterion SMA rough sets and its influencing factors
Li Peng-cheng1,He Wen-zheng2 <
【Abstract】Given the characteristics of the coarse aggregate skeleton SMA Mixture significant impact on performance for the current standard SMA design framework has been studied and found that there are some problems in the current standard SMA skeleton discrimination standards. By analyzing the data of laboratory tests to study the compaction molding method, the container volume (specimen size), asphalt film thickness, density index translated for different SMA coarse aggregate skeleton discrimination results such as the impact of VCA.
【Key words】Road works;Asphalt pavement;SMA;Coarse aggregate;Skeleton characteristics;Criterion
1. 引言
虽然许多国家并未将马歇尔试验指标用于混合料配比设计的取舍，但是却采用了马歇尔试件的体积参数，并以此确定粗细集料的相对比例，以及沥青的合理用量。如果马歇尔击实方法成型试件的条件可以模拟SMA路面的碾压成型条件，并且用这两种方法所得到的压实混合料的体积参数基本吻合或者有可比性，那么，现行的SMA配合比设计方法是可行的，然而事实并非如此。本文通过室内试验，研究了成型方法、试件尺寸、不同密度指标换算VCA、沥青膜厚度等对于SMA粗集料骨架特性的影响。最终明晰了SMA粗集料骨架特性的判别标准问题。
2. 粗集料骨架特性与VCA指标
2.1粗集料间的空间相对位置可用VCA大小给予间接反映，而VCA的大小与许多因素有关，粒径大小、级配组成、几何形状、表面微观纹理、颗粒间排列组合方式、外在约束条件(即制作试件容器的大小与形状和实际路上铺筑层厚度等)都对VCA的大小产生影响。在混合料中，VCA还与沥青玛蹄脂性质(主要是劲度)以及沥青玛蹄脂相对于粗集料的体积比例相关。
2.2对某种特定的粗集料而言，其粒径、级配、形状和表面纹理都已确定，因此VCA的大小则取决于粗集料颗粒间的空间相对位置。由于混合料中沥青玛蹄脂的相对体积对粗集料骨架结构也有较大影响，所以VCAmix的大小还能间接反映出混合料配比中沥青玛蹄脂所占的体积比例是否合适。这也正是美国规范判断SMA骨架是否形成的判据之根据所在。而如今的SMA设计方法对VCA的认识存在以下缺点：现行的SMA体积设计方法本想通过对比集料和混合料的体积特征参数VCADRC和VCAmix来判断SMA是否形成骨架，却忽视了这两个参数之间所存在的系统误差。该系统误差主要源于四方面：压实功能差异、测量容器容积不等，计算VCA所用的试验值——密度的取值方法不合理，以及没有考虑到粗胶泥对粗集料骨架竟有如此显著的撑持作用。
表1SMA混合料击实前、后的矿料比例对比
粒径mm
所占比例
%
编号
SMA16-2 SMA16-3 SMA16-4 SMA16-5 SMA16-6
击实前 击实后 击实前 击实后 击实前 击实后 击实前 击实后 击实前 击实后
19.0～16.0 5.40 2.00 5.30 1.80 5.00 2.20 4.70 3.50 4.50 4.30
16.0～13.2 27.00 19.50 26.30 22.60 25.00 23.10 23.70 22.00 22.30 20.50
13.2～9.5 24.20 23.30 23.70 22.50 22.50 20.40 21.30 20.40 20.20 19.60
9.5～4.75 25.40 26.30 24.70 25.20 23.50 24.30 22.30 23.00 21.00 20.00
4.75以上 82.00 71.10 80.00 72.10 76.00 70.00 72.00 68.90 68.00 64.40
4.75以下 18.0028.90 20.00 27.90 24.00 30.00 28.00 31.10 32.00 35.60
击实后4.75以下增加% 10.9 7.9 6.00 3.10 3.60
以PC计算的VCAmix% 33.2 34.6 36.7 39.0 42.1
以P′C计算的VCA′mix% 42.1 41.1 41.7 41.6 45.2
注：粗集料为张家口玄武岩，集料压碎值为11.7%，符合JTJ032-94对高速公路技术标准要求；马歇尔击实次数为双面各50次，各个配比试件的矿粉和沥青含量均相同，计算VCAmix采用(2)式；P'C-指击实后4.75mm以上粗集料占总集料的百分比；各个配比的粗集料经干插捣之后4.75mm通过率增加值均小于0.5%。各个SMA级配的详细组成见表5-5。
2.3美国的SMA设计方法中规定，VCADRC采用干插捣法确定，VCAmix则根据马歇尔击实试件的毛体积密度进行换算确定。干插捣测试VCADRC所用容器体积为10L，方法为：固定试样体积10L，通过分层插捣试样，然后称量10L容积的容器所装下的粗集料重量，则粗集料的间隙率VCADRC为：
VCADRC =1-ρ捣粗/ρ毛粗（1）
式中：ρ捣粗——粗集料的干插捣密度，ρ毛粗——粗集料的合成毛体积密度。
由（1）式可知，VCADRC是利用粗集料试件的体积法测量的毛体积密度ρ捣粗来计算的。对于混合料，VCAmix则是应用马歇尔击实试件的水中重法测得的毛体积密度ρ毛来计算，即：
VCAmix=1-PC×ρ毛/((1+PB)×ρ毛粗)（2）
式中：PC ——指4.75mm以上粗集料占总集料的百分比；PB——代表混合料的油石比。
2.4对比VCADRC 和VCAmix的测试方法体系发现，两者的试验方法有如下不同：一是压实方法不同，前者用铁棒插捣密实，后者为重锤冲击压实，两者的压实功能无可比性；二是试验测量精度不同，前者的密实后体积为10L(试样直径23.7cm，试样高度22.7cm，为10014cm3)，后者的压实体积约514.8cm3(试样直径10.16cm，试样高度6.35cm)；三是计算VCA时，所用密度指标的测试体系不同，前者的试样体积固定，计算VCADRC用的是体积法毛体积密度，它包括了试样表面的所有空隙；而计算VCAmix时，用的是水中重法毛体积密度，故VCAmix未包括试样表面的粗大空隙。这些差异都会导致VCADRC 与VCAmix之间的系统误差，从而造成混合料体积特征参数失准。
3. 压实方法的影响
3.1计算VCADRC 与VCAmix 所用的试样成型方法相差悬殊，VCADRC 是用干插捣法确定，基本不会发生粗集料的破碎；而VCAmix 是用重锤冲击的方法密实，对于粗颗粒含量较多的SMA混合料(与传统密级配AC相比，SMA的粗集料含量增加了30%～50%)，试件成型时大部分冲击力将作用于粗集料，粗颗粒往往被击碎，从而改变了集料级配组成，进而使VCAmix计算值失准。
3.2表1列出了五种级配的SMA在马歇尔试件击实前后的集料组成比例对比结果。从表1可知，马歇尔试件中4.75mm以下颗粒含量比击实前有较大幅度增加，说明粗集料破碎情况较严重。粗集料破碎后，若仍以击实前设计粗集料含量PC代入公式(2)式求解VCAmix，则必然会导致所计算的VCAmix小于实际值。当考虑粗集料破碎后，以实际粗集料含量 代入公式(2)求算的 比VCAmix有较大幅度增加。另一方面，干插捣和马歇尔击实都不能有效地模拟路面碾压过程，而粗集料的骨架结构与颗粒的排列组合方式有密切联系，不同的成型方法将造成粗集料的排列方式迥异，从而影响VCA的大小。用多种试验方法对SMA16-4配比的粗集料部分进行的VCA测试结果和用不同成型方法对SMA16-4的混合料进行的VCAmix测试结果见表2。
表2不同试验方法下SMA16-4粗集料及混合料中的粗集料破碎率及其VCA数值对比
试验容器类型粗集料VCADRC10L铁筒马歇尔试模GTM混合料VCAmix
密实方法松堆干插捣振实加配重振实干插捣击实GTM旋转搓揉马歇尔
击实GTM旋转搓揉轮碾
VCA%44.239.239.036.542.331.330.836.734.636.1
通过4.75mm增加%0.00.40.30.40.114.715.66.03.53.1
注：松堆，指将粗集料自然落下装入10L容器内；加配重振实时，配重为2500克重的薄圆铁饼，直径与容器内径相同；所有针对粗集料的密实方法，计算试件VCADＲC采用(1)式，马歇尔和GTM试模中试样的体积，通过测量试模剩余空间高度间接获得；用GTM 的试模成型的试件直径和高度与马歇尔相同。对混合料试件计算VCAmix时采用(2)式，未考虑粗集料破碎；轮碾次数为往返15次。
3.3由表2可见，不同的试验方法所造成的粗集料破碎率是不同的。干插捣几乎未造成粗集料破碎；但用马歇尔击实仪击实，却造成粗集料4.75mm通过率增加14.7%，混合料4.75mm通过率增加了6.0%。对粗集料而言，不同试验方法所得到的VCADRC也有较大差别，若要求粗集料尽量不发生破碎，则松堆的VCADRC最大，而加配重振实的VCADRC最小，干插捣的VCADRC居中。如果用加配重振实的VCADRC去比较马歇尔击实的VCAmix，则所得结论为，VCADRC
4. 不同密度指标换算VCA引起的误差的影响
4.1干插捣VCADRC是用体积法测量粗集料试件的毛体积密度由式(1)计算而得，而VCAmix则是用马歇尔击实试件的水中重法毛体积密度由式(2)换算。所以VCAmix没有包括试件表面的粗大空隙，因为当试件达到表干状态时，表面的粗大空隙中的水大部分都会泄漏，大空隙的毛细吸力很微弱，不足以吸持大水滴；另外还有一部分水分会被毛巾吸走，而对于粗集料含量多的SMA，由于马歇尔试模边界的限制，边界上粗集料移动重排的空间很小，所以必然造成胶泥填充到边界的数量较少(除非胶泥过剩，但这会导致骨架被撑持开)，因此对多数SMA试件来说，其特点是试件内部密实，表面存在大孔隙。而SMA试件表面的大空隙所占的体积不容忽略。
4.2对4.75mm不同通过率的SMA16-2～SMA16-6的马歇尔试件分别用水中重法毛体积密度和体积法毛体积密度计算的VCAmix数值对比见图1。
图1水中重法毛体积密度与体积法毛体积密度换算的VCAmix对比图
4.3由图1可知：用水中重法毛体积密度换算的VCAmix比体积法毛体积密度换算的VCAmix都小，细集料越少相差越大，因为细集料越少，试件表面的大空隙越多。另外，细集料从18%增加到32%的过程中，用水中重法毛体积密度换算的VCAmix一直在增加，且增加的幅度大致相同，这与实际不符。根据骨架的含义和填充理论以及骨架与胶泥相对体积大小的关系可推知：当细集料含量很少时，细集料的少许增加不会对骨架结构造成明显撑持，即VCAmix增加率较小，因为此时增加的细集料主要用于填充粗骨架的空隙；只有当细集料含量大时，骨架空隙已被填满，增加的细集料才大多用于撑开粗骨架，即VCAmix增大的幅度会变大。而体积法毛体积密度换算的VCAmix则有较合理的规律：细料很少时(18%～20%)，随着细料增加，VCAmix缓慢增加，直到细料增至能填满骨架空隙后，VCAmix增加速率变大。所以，用混合料的体积法毛体积密度计算VCAmix较合理。
4.4因此，依照VCADRC的测试体系，为了增加它与VCAmix的可比性，就应该用马歇尔试件的体积法毛体积密度来换算VCAmix，即把试件表面的粗大空隙计入VCAmix，否则，将增加VCADRC 与VCAmix之间的系统误差，使两者的可比性变差。
5. 胶泥裹覆、撑持作用的影响
（1）以VCADRC >VCAmix 作为粗骨架形成的判据，其理论依据为填充理论，即胶泥填充于粗集料骨架空隙中。但由于SMA的成型工艺与粗集料排列方式可变等因素的影响，事实上，胶泥不可能全部填充于粗集料形成的骨架中而不裹覆在粗集料的表面。因此，还应考虑胶泥裹覆作用的影响，应该把填充理论与裹覆理论综合运用，才能较全面合理地理解SMA的体积参数，解释SMA骨架的变化规律。在考虑到胶泥的裹覆作用后，不可避免地将有一部分胶泥会裹覆在粗集料的表面，如果胶泥的劲度较大，接触面上的胶泥就会对骨架产生一定影响，即使在不考虑其他因素的影响下，VCAmix也应该稍大于VCADRC 。
表3VCAmix与胶泥的关系
编号%
VCAmix油石比%
2.2 5.0 5.4 5.8 6.2 6.6 7.0
SMA16-3（细集料20%） 36.7 39.4 39.2 39.6 39.3 39.2 39.4
SMA16-4（细集料24%） 36.3 40.1 40.6 40.0 40.1 40.4 41.3
SMA16-5（细集料28%） 36.9 41.8 41.5 41.3 41.4 42.1 —
注：2.2%油石比是仅用830克粗集料制作马歇尔试件（无细集料）；双面50击；表中VCAmix值均未考虑粗集料破碎比例。
（2）为考察混合料中胶泥对VCAmix的影响，对SMA16-3～SMA16-5变化油石比制作马歇尔试件，并用体积法毛体积密度换算VCAmix，试验结果见表3。结果表明，无细集料时VCAmix相对较小，加入细集料后VCAmix有较大幅度增加，细集料含量越大VCAmix增加越多；加入细集料后随着油石比增加，VCAmix变化幅度较小，仅当油石比过大时(SMA16-4为7.0%，SMA16-5为6.6%)，VCAmix增加幅度稍大。由此说明，在SMA混合料中，胶泥对粗骨架的撑持作用主要由细集料引起，而沥青的撑持作用较小。制定骨架形成判据时，如果不考虑其他因素影响，仅针对细集料对骨架的撑持作用而言，可适当放宽对VCAmix的限制，只要VCAmix大于VCADRC不超过一定范围f，也可认为粗集料形成了骨架。比较表3中有、无细集料的VCAmix知，范围f可定为2.7%～3.5%。
6. 结语
由试验研究结果来看，影响SMA粗集料骨架特性（形成过程）的因素是多方面的，除了与集料本身特性（密度、强度、棱角性）有关之外，与混合料成型方法、压实成型容器、沥青膜厚度（沥青含量）、以及采用的密度标准均有关。因此，现行规范仅仅采用VCA值来评价和判别SMA混合料中粗集料骨架特性是不准确的。
参考文献
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［文章编号］1006-7619（2014）06-10-319
［作者简介］ 李鹏程（1984-）男，籍贯：湖北省孝感市人，学历：硕士，职称：工程师。