CN102094377A - 一种新型沥青混合料应力吸收层油石比确定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及“一种新型沥青混合料应力吸收层油石比确定方法”，包括确定该沥青混合料的最紧密嵌挤状态下的油石比AC1，确定该沥青混合料不出现沥青胶浆析漏的最大油石比AC2，确定在AC1和AC2范围内动稳定度和相对变形满足要求的最大油石比AC3，确定在AC1和AC2范围满足低温弯拉应变要求的油石比最小值AC4，则应力吸收层使用的AC的选取范围为AC4≤AC≤AC3，一般可优选AC为0AC＝(AC3+AC4)/2。按照本发明的方法，可以很好地设计得到应力吸收层油石比的适当数值，从而得到最佳数值，能更好的兼顾沥青混合料具有较高的抗裂性和高温稳定性的要求。

Description

一种新型沥青混合料应力吸收层油石比确定方法
技术领域
本发明主要涉及于道路工程设计及施工领域，特别涉及用于减少水泥混凝土路面加铺沥青面层反射裂缝的应力吸收层的沥青混合料的油石比确定方法。
背景技术
长期以来，困扰水泥混凝土路面加铺沥青混凝土面层使用性能的一大难题是如何缓解水泥混凝土板的反射裂缝。缓解反射裂缝的技术措施主要有：加厚沥青面层和设置应力吸收层。目前应力吸收层的设计包括高弹性类型和多孔隙类型。高弹性应力吸收层主要通过采用高弹性沥青，在水泥混凝土板上形成一层具有较高弹性变形能力的结构层，达到吸收水泥混凝土板伸缩应力的效果；而多孔隙应力吸收层利用多孔隙的特点来消散和阻断混凝土板的应力向上反射，以达到延缓反射裂缝的效果。这两种类型的应力吸收层设计分别从材料和结构的角度提供了缓解反射裂缝的技术措施，但是关于应该如何确定应力吸收层这一功能层的沥青用量的问题却始终没有明确的方法。
应力吸收层作为结构功能层主要作用是延缓反射裂缝，材料本身应具有较高的韧性和抗裂性；同时，因其具有一定的结构厚度，且所处的结构层位距离表面层较近，必须考虑其使用过程中的耐高温稳定性，防止出现高温推移。因此，应力吸收层的沥青混合料设计关键技术之一是确定合理的油石比，即满足沥青混合料具有较高的韧性和抗裂性，同时应满足高温稳定性要求。
发明内容
针对上述领域中的的缺陷，本发明提出一种新型沥青混合料应力吸收层油石比确定方法，按该油石比配合的沥青混合料作为应力吸收层的材料，具有较高的韧性和抗裂性，同时具有高温稳定性，完全满足工程设计要求。
一种新型沥青混合料应力吸收层油石比AC确定方法，包括如下步骤：
1)对于选定的集料和级配曲线，不同的油石比成型试件，测定沥青混合料试件毛体积密度，计算沥青混合料的干密度，VMA，VCA，并以此确定最紧密嵌挤状态下的油石比，
定义为AC1；
2)采用不同的油石比对沥青混合料进行析漏试验，确定该级配和集料的沥青混合料不出现沥青胶浆析漏的最大油石比，定义为AC2
3)在AC1与AC2之间取不同油石比在60℃下对试件进行车辙试验，确定满足动稳定度和相对变形要求的最大油石比，定义为AC3，
4)在AC1与AC2之间取不同油石比在0℃下进行小梁试件弯曲试验，确定满足弯拉应变要求的油石比最小值，定义为AC4；
5)确定AC4≤AC≤AC3。
所述AC优选OAC＝(AC3+AC4)/2。
所述步骤还包括：对油石比OAC条件下的沥青混合料开展高低温性能、水稳定性的验证，如果各项性能指标满足要求则确定其为最佳油石比，否则调整级配进行设计重复前面的设计步骤。
所述步骤1中AC1的确定方法为计算沥青混合料干密度最大值、VMA最小值、VCA最小值对应的油石比，取其均值即为AC1。
所述毛体积密度的测定方法采用不同油石比以马歇尔击实试验成型沥青混合料试件，通过蜡封法测定。
所述步骤2中AC2的确定方法为析漏损失率与油石比的关系图中，析漏损失率出现拐点所对应的油石比即为AC2，所述析漏实验按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTJ052-2000 T0732-1993的规定试验。
所述析漏试验中，每一个油石比做三组平行实验，其析漏损失率取三个平行实验中的平均值。
所述步骤3中的试件是按照步骤1中不同油石比对应的毛体积密度的98％成型车辙试件，所述车辙试验按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTJ 052-2000 T0719-1993的规定试验。
所述步骤4中小梁试件是按步骤3中的车辙试件成型方法成型3.5cm厚的试件，养生规定时间后切割试件，将其切割成宽度为3cm，长度为25cm的小梁试件，所述小梁试件弯曲试验按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTJ 052-2000 T0715-1993的规定试验。
所述步骤1、2、3、4中不同油石比的级差为0.3-0.4％。
具体的确定方法步骤如下：
步骤1：对于选定的集料和级配曲线，通常根据经验选择5～6个以0.4％为间隔的油石比，以马歇尔击实试验成型一组沥青混合料试件，通过蜡封法测定试件的毛体积密度等物理指标，根据沥青混合料干密度最大值、矿料间隙率VMA最小值和粗集料间隙率VCA的最小值确定对于此种沥青混合料的最紧密嵌挤状态，此时沥青混合料对应的油石比定义为AC1；
步骤2：参考马歇尔击实试验选用的油石比，选择8～10个同样以0.4％为间隔的油石比，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTJ 052-2000 T0732-1993的规定，开展各油石比下沥青混合料的析漏试验，每组3个平行试验，取3次平行试验析漏率的平均值作为试验结果，析漏率将随油石比的增加而增加，并在某一油石比出现析漏率变化拐点，此拐点对应的油石比为此种级配和集料沥青混合料不出现沥青胶浆析漏的最大油石比，定义为AC2；通过上述试验，确定AC1和AC2为应力吸收层沥青混合料油石比的下限和上限。
步骤3：在上下限之间(包括上下限)选取3～4个油石比，进行应力吸收层沥青混合料的高温稳定性验证，分别按照不同油石比对应的毛体积密度的98％成型车辙试件，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTJ 052-2000 T0719-1993的规定，进行60°条件的车辙试验，测定各油石比条件下沥青混合料的动稳定度和相对变形，确定满足动稳定度和相对变形要求的最大油石比AC3。
步骤4：对不同油石比按照车辙试件成型方法，成型3.5cm厚的试件，养生规定时间后切割试件，将其切割成宽度为3cm，长度为25cm的小梁试件，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTJ 052-2000 T0715-1993的规定，开展0°条件下的弯曲试验，确定可以满足设计弯拉应变要求的油石比最小值，定义为AC4。
步骤5：在AC4和AC3之间的沥青混合料即满足低温抗裂性要求同时又满足高温稳定性要求，定义其中值作为最佳油石比，即OAC＝(AC3+AC4)/2。
按照上面步骤试验，初步确定了应力吸收层沥青混合料的最佳油石比OAC，进一步对最佳油石比条件下的沥青混合料开展高低温性能、水稳定性的验证，如果各项性能指标满足要求则确定其为最佳油石比，否则重新调整级配进行设计。
按照本发明的方法，可以很好地设计得到应力吸收层油石比的适当数值，从而得到最佳数值，能完全满足沥青混合料具有较高的韧性和抗裂性，高温稳定性的要求。
附图说明
图1油石比与干密度的二元关系图，
图2油石比与VCA的二元关系图，
图3油石比与VMA的二元关系图，
图4析漏损失率与油石比的二元关系图，
具体实施方式
实施例1
1、1试验所需仪器、设备
(1)车辙试件成型仪；
(2)车辙试验仪；
(3)天平或台秤：量程不小于20kg，精度不低于1g；
(4)烘箱：控温精度不大于±1℃；
(5)高精度混凝土切割机；
(6)可控温低温冰柜(-30℃-0℃)度，控温精度±1℃；
(7)液压伺服加载设备，具备荷载、位移传感器。
1、2确定方法
步骤1确定AC1
某旧水泥混凝土路面加铺沥青面层，为延缓沥青面层出现反射裂缝，在水泥混凝土板上设置一层应力吸收层，其推荐级配范围如下表1所示，对于此级配开展各项试验确定其最佳油石比。
表1应力吸收层沥青混合料用推荐矿料级配曲线
Figure BDA0000038109790000041
以某工程用水泥混凝土路面沥青加铺应力吸收层AC-10沥青混合料设计为例。对给定级配采用马歇尔击实试验双面击实75次，采用SBS改性沥青，击实温度控制在160℃～165℃。马歇尔试件采用蜡封法测定其毛体积密度。马歇尔试件各项体积指标如表2所示。
表2AC-10沥青混合料应力吸收层马歇尔击实试验结果
Figure BDA0000038109790000042
按上表中的测量数值，制作油石比与干密度的二元关系图，油石比与VCAmix的二元关系图，油石比与VMA的二元关系图，如图1、图2、图3所示。按照一元二次多项式回归结果分别计算沥青混合料的干密度最大值及VMA、VCA最小值对应的油石比，取三个计算结果的均值作为最紧密状态对应油石比AC1。
表3.沥青混合料最紧密嵌挤状态对应油石比计算结果
Figure BDA0000038109790000043
Figure BDA0000038109790000051
即马歇尔试件最大干密度对应油石比为5.7％，将此值作为设计油石比的下限AC1＝5.7％。
步骤2确定AC2
本工程AC-10沥青混合料油石比的上限是不同油石比析漏试验析漏损失率陡增拐点，为此进行油石比从5.0％～8.6％等10组析漏试验，每组3个平行试验，矿料级配采用表1中的矿料级配。试验结果如下表4所示。
表4AC-10沥青混合料析漏试验结果
Figure BDA0000038109790000052
由图4可知，本工程AC-10细粒式沥青混凝土应力吸收层析漏损失率拐点对应油石比为6.7％，将此作为设计油石比上限。
步骤3确定AC3
选用AC-10沥青混合料油石比的下限5.7(马歇尔击实试验最大干密度对应油石比)、油石比上限6.7％(析漏试验析漏损失率拐点)、及中值6.2％进行高温抗车辙试验，成型车辙试件密度采用表2中马歇尔试件毛体积相对密度。试验结果见下表5。
表5AC-10沥青混合料应力吸收层车辙试验结果
Figure BDA0000038109790000061
由表5中数据可知，本工程AC-10沥青混合料在油石比5.7～6.7％范围内，其高温稳定性能均满足设计要求。因此，AC3＝6.7％。
步骤4：确定AC4
选用本工程AC-10沥青混合料目标配合比油石比的下限5.7(马歇尔击实试验最大干密度对应油石比)、油石比上限6.7％(析漏试验析漏损失率拐点)、及中值6.2％进行小梁弯曲试验，试验温度采用0℃，小梁试件长250mm、宽30mm、高35mm，尺寸误差±2mm。成型车辙试件密度采用表2中马歇尔试件毛体积相对密度。试验结果见下表6。
表6AC-10沥青混合料应力吸收层小梁弯曲试验结果(0℃)
  油石比％   弯拉强度MPa   弯拉应变με   弯曲劲度模量MPa
  5.7   9.8   9293   1051
  6.2   9.6   9582   1012
  6.7   9.4   10810   876
  设计要求   -   大于5000   -
由上表可知，本工程AC-10沥青混合料在油石比5.7～6.7％范围内的弯曲应变均满足设计标准大于5000微应变。因此，AC4＝5.7％。
1、3确定最佳油石比及性能验证
根据上述试验结果，AC3和AC4的均值为6.2％，即初步确定最佳油石比OAC＝6.2％。
在最佳油石比6.2％条件下成型马歇尔试件、车辙试件，进行水稳定性和高温稳定性验证试验，验证试验结果见下表7～表9：
表7AC-10沥青混合料高温稳定性车辙试验验证结果
表8AC-10沥青混合料应力吸收层小梁弯曲试验结果(0℃)
  油石比％   弯拉强度MPa   弯拉应变με   弯曲劲度模量MPa
  6.2   9.3   9458   995
  设计要求   -   大于5000    -
表9AC-10沥青混合料水稳定性残留稳定度试验验证结果
Figure BDA0000038109790000071
各项试验结果表明，在确定的最佳油石比6.2％条件下，应力吸收层沥青混合料均可以满足设计要求，因此，确定最佳油石比为6.2％。

Claims (10)

1.一种新型沥青混合料应力吸收层油石比AC确定方法，包括如下步骤：
1)对于选定的集料和级配曲线，测定不同的油石比下沥青混合料试件毛体积密度，计算干密度，VMA，VCA确定该沥青混合料的最紧密嵌挤状态下的油石比，定义为AC1；
2)对沥青混合料进行不同的油石比的析漏试验，确定该沥青混合料不出现沥青胶浆析漏的最大油石比，定义为AC2；
3)在AC1与AC2之间取不同油石比在60℃下对试件进行车辙试验，确定满足动稳定度和相对变形要求的最大油石比，定义为AC3，
4)在AC1与AC2之间取不同油石比在0℃下进行小梁试件弯曲试验，确定满足弯拉应变要求的油石比最小值，定义为AC4；
5)则应力吸收层油石比可选定在AC4和AC3之间，AC4≤AC≤AC3。
2.根据权利要求1所述的确定方法，所述AC为OAC＝(AC3+AC4)/2。
3.根据权利要求2所述的确定方法，所述步骤还包括：对油石比OAC条件下的沥青混合料开展高低温性能、水稳定性的验证，如果各项性能指标满足要求则确定其为最佳油石比，否则调整级配进行设计重复前面的设计步骤。
4.根据权利要求1所述的确定方法，所述步骤1)中AC1的确定方法为计算干密度最大值、VMA最小值、VCA最小值对应的油石比，取其均值即为AC1。
5.根据权利要求1所述的确定方法，所述毛体积密度的测定方法采用不同油石比以马歇尔击实试验成型沥青混合料试件，通过蜡封法测定。
6.根据权利要求1所述的确定方法，所述步骤2)中AC2的确定方法为析漏损失率与油石比的关系图中，析漏损失率出现拐点所对应的油石比即为AC2，所述析漏实验按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTJ052-2000 T0732-1993的规定试验。
7.根据权利要求6所述的确定方法，所述析漏试验中，每一个油石比做三组平行实验，其析漏损失率取三个平行实验中的平均值。
8.根据权利要求1所述的确定方法，所述步骤3)中的试件是按照步骤1)中不同油石比对应的毛体积密度的98％成型车辙试件，所述车辙试验按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTJ 052-2000 T0719-1993的规定试验。
9.根据权利要求1所述的确定方法，所述步骤4)中小梁试件是按步骤3)中的车辙试件成型方法成型3.5cm厚的试件，养生规定时间后切割试件，将其切割成宽度为3cm，长度为25cm的小梁试件，所述小梁试件弯曲试验按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTJ052-2000 T0715-1993的规定试验。
10.根据权利要求1所述的确定方法，所述步骤1)、2)、3)、4)中不同油石比的之间的级差为0.3～0.4％。
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