CN102515628A - 一种多孔沥青混合料的沥青用量确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多孔沥青混合料的沥青用量确定方法，该方法通过飞散和析漏试验确定多孔沥青混合料沥青用量范围的限制，根据飞散试验结果将飞散损失为15％时对应的沥青用量最为最小沥青用量OAC_min，将析漏损失为0.3％对应的沥青用量作为最大沥青用量OAC_max。在此基础上，根据混合料的性能试验结果和结构特点，按照公式OAC＝OAC_min+0.75(OAC_max-OAC_min)计算多孔沥青混合料的最佳沥青用量。当OAC_max超过6.0％时，取6.0％；当OAC_min小于4.0％时，取4.0％；若根据分散和析漏试验确定的得到的OAC_min和OAC_max不存在交集区间，则说明混合料的材料组成设计不合理，需要重新进行设计。可以客观、准确的完成多孔沥青混合料最佳沥青用量的确定。

Description

一种多孔沥青混合料的沥青用量确定方法

技术领域

本发明属于路面材料设计领域，涉及一种沥青用量的确定方法，特别是一种多孔沥青混合料最佳沥青用量的确定方法。

背景技术

多孔沥青混合料是一种空隙率在20％左右的沥青混合料。这种开级配大空隙结构的路面材料具有诸多优点。首先，多孔沥青混合料能够吸收车辆行驶产生的噪音，与普通沥青混合料相比降低约3dB；其次，多孔沥青混合料路面在雨天时无积水，大大改善了抗滑性能，防止水漂事故，减少车辆后方溅水和喷雾；此外，多孔沥青混合料路面还具有良好的视觉性能和安全舒适性，可以提高车辆的燃油效率等。因此多孔沥青混合料在我国高等级沥青路面中得到了越来越广泛的应用。

多孔沥青混合料一般采用改性沥青，沥青用量对混合料使用性能影响显著，用量太大易导致析漏，且造价提高；用量太小易出现耐久性问题，如水损害、沥青老化、集料剥落等。我国现行规范是参考日本的方法确定最佳沥青用量。具体方法为：在选定级配后，根据集料的表面积和期望的沥青膜厚(一般取14μm)计算得到初定沥青用量，一般沥青用量大致在4.0～6.0％范围之间，以5.0％为中值，按0.5％为间隔，取5个不同的沥青用量，例如4.0％、4.5％、5.0％、5.5％和6.0％，按这五组不同的沥青用量制备混合料，分别进行析漏和飞散试验，根据试验结果中析漏量、飞散损失同沥青用量的关系可以作出两条曲线，从曲线变化速率确定析漏量和飞散损失变化的拐点，并把这两点分别作为最大沥青用量和最小沥青用量的控制点。由析漏曲线的拐点确定的沥青用量，作为上限值。由飞散曲线的拐点确定的沥青用量，作为下限值。考虑马歇尔稳定度试验的结果，取上下限间适当的沥青用量作为最佳沥青用量(图1)。

在实际应用过程中，按照上述方法确定混合料的最佳沥青用量存在诸多问题：

(1)根据试验结果作出的析漏量、飞散损失同沥青用量的关系曲线有时不存在变化速率发生明显改变的转折点，即拐点(图2a)。在这种情况下，无法通过上述方法确定最佳沥青用量。

(2)根据曲线图得出的最小沥青用量和最大沥青用量往往得不到公共区间(图2b)。图中根据析漏曲线得出的拐点约在4.6～4.7％，根据飞散曲线得出的拐点约在5.0％左右，而此时最大和最小沥青用量没有交集区间，也就无法得出最佳沥青用量。而实际上，从试验数值结果上是可以得出同时满足析漏要求和飞散损失要求的沥青用量的。

(3)该方法要求根据经验或参考马歇尔稳定度数据，取两者之间适当的沥青用量作为最佳沥青用量。往往这种适当的沥青用量范围很宽，在实际操作时，一般取沥青用量范围的中值。这样容易导致具体最佳沥青用量确定的随意或人为因素影响。

综上所述，我国的现行规范中对于多孔沥青混合料最佳沥青用量的确定方法尚有改进的必要和空间。

发明内容

针对现有方法存在的不足，本发明的目的是提供一种新的多孔沥青混合料的沥青用量确定方法，采用该方法可以客观、精准的完成多孔沥青混合料最佳沥青用量的确定。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

其特征在于，该方法根据飞散和析漏试验结果将飞散损失为15％、析漏量为0.3％的对应的沥青用量分别作为最小沥青用量OAC_min和最大沥青用量OAC_max的限值；根据得到的最大和最小沥青用量来确定最佳沥青用量OAC的取值范围；最佳沥青用量按照OAC＝OAC_min+0.75(OAC_max-OAC_min)进行计算；

当OAC_max超过6.0％时，取6.0％；当OAC_min小于4.0％时，取4.0％；若根据分散和析漏试验确定的得到的OAC_min和OAC_max不存在交集区间，则说明混合料的材料组成设计不合理，需要重新进行设计。

本发明通过设定析漏损失和飞散损失的限值，并以此限值对应的沥青用量分别作为多孔沥青混合料的沥青用量范围的上下限，在充分考虑了取值的客观性和多孔沥青混合料沥青膜厚等特点的基础上，提出了最佳沥青用量的具体计算公式。采用本发明的方法，消除了在现行方法中确定拐点的主观性，避免了最佳沥青用量确定的随意性，可以更简单、客观、准确的确定多孔沥青混合料的最佳沥青用量。

本发明为多孔沥青混合料最佳沥青用量的确定提出了一种新的思路和方式，为准确、客观的确定多孔沥青混合料的最佳沥青用量提供了保障。

附图说明

图1是现行的规范上多孔沥青混合料沥青用量范围确定方法示意图；

图2是按照现行多孔沥青用量确定方法实施过程中存在的问题。其中图2a是飞散和析漏曲线无显著拐点，图2b是两曲线的拐点无交集区间；

图3是采用新方法时常规情况下沥青用量范围的确定图示。其中图(a)是飞散曲线，图(b)是析漏曲线；

图4是采用新方法时当析漏量和飞散损失较小情况下的沥青用量范围的确定图示。其中图(a)是飞散曲线，图(b)是析漏曲线；

图5是采用新方法时当析漏量和飞散损失较大情况下的沥青用量范围的确定图示。其中图(a)是飞散曲线，图(b)是析漏曲线；

图6是采用新方法针对多孔沥青混合料(咸阳机场高速)确定沥青用量范围的图示。其中图(a)是飞散曲线，图(b)是析漏曲线；

图7是采用新方法针对多孔沥青混合料(广清高速试验段)确定沥青用量范围的图示。其中图(a)是飞散曲线，图(b)是析漏曲线；

图8是采用新方法针对多孔沥青混合料(常澄高速试验段)确定沥青用量范围的图示。其中图(a)是飞散曲线，图(b)是析漏曲线。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

本实施例给出了一种多孔沥青混合料的最佳沥青用量确定方法，按下列步骤进行：

步骤1：根据飞散和析漏试验作出飞散损失和析漏量同沥青用量的关系曲线；

步骤2：在图中标出飞散损失和析漏量的控制标准，即标出飞散损失不超过15％、析漏量不超过0.3％的水平线；

步骤3：以飞散损失为15％的水平线与飞散曲线的交点对应的沥青用量为最小沥青用量OAC_min；同样的，以析漏量为0.3％的水平线与析漏曲线的交点对应沥青用量为最大沥青用量OAC_max，根据得到的最大和最小沥青用量来确定最佳沥青用量OAC的取值范围，进一步分成三种情况确定最佳沥青用量。

(1)常规情况

大多数情况下，随着沥青用量的变大，析漏量由0.3％以下增大到0.3％以上，飞散损失也由15％以上减小到15％以下(图3)。在图中作出两条水平线分别对应析漏量为0.3％和飞散损失为15％，以飞散损失为15％的水平线与飞散曲线的交点对应的沥青用量为最小沥青用量；以析漏量为0.3％的水平线与析漏曲线的交点对应沥青用量为最大沥青用量，即图中两条垂直线中所包括的范围为同时满足析漏和飞散要求沥青用量。然后在此范围内再确定最佳沥青用量。

空隙率为3～6％的沥青混合料，最佳的沥青膜厚应在8μm左右；空隙率为4～10％的沥青混合料，最佳的沥青膜厚应在10μm左右。透水沥青混合料，要求形成较厚的沥青膜以满足路面对耐久性的要求，一般取值在14μm。最佳沥青用量的取值倾向于采用沥青用量范围内的高值，在基于大量的室内混合料试验的性能结果并结合沥青膜厚分析计算结果，推荐系数取0.75。因此最佳沥青用量应为：

OAC＝OAC_min+0.75(OAC_max-OAC_min)        (1)

式中，OAC表示最佳沥青用量；OAC_min表示根据飞散试验确定的最小沥青用量；OAC_max表示根据析漏试验确定的最大沥青用量。

(2)析漏量较小或飞散损失较小

第二种情况，混合料的析漏量比较小，随着沥青用量从4.0％变化到6.0％，析漏量的变化始终保持在0.3％以下，但飞散损失由15％以上减小到15％以下(图4)。由于析漏量为0.3％时的沥青用量从图中无法读出，此种情况下，作出飞散损失为15％的水平线并确定对应的沥青用量，以飞散损失为15％的水平线与飞散曲线的交点对应的沥青用量为最小沥青用量；以6.0％的沥青用量作为最大沥青用量，即图中两条垂直线中所包括的范围为满足析漏和飞散要求的沥青用量，然后在此范围内再确定最佳沥青用量。最佳沥青用量应为：

OAC＝OAC_min+0.75(6.0-OAC_min)           (2)

即用最大可取的沥青用量数值6.0代替(式1)中的OAC_max。

同时，对于另一种情况，即混合料飞散量比较小，从沥青用量4.0变化到6.0均满足要求的情况下，以4.0作为最小沥青用量。同样，最佳沥青用量计算公式为：

OAC＝4.0+0.75(OAC_max-4.0)              (3)

即用最小可取的沥青用量数值4.0代替(式1)中的OAC_min。

(3)析漏量和飞散损失均较大

第三种情况，混合料的析漏量比较大，随着沥青用量从4.0％变化到6.0％，析漏量由0.3％以下增大到0.3％以上，飞散损失也由15％以上减小到15％以下(图5)。在图中作出两条水平线分别对应析漏量为0.3％和飞散损失为15％，以飞散损失为15％的水平线与飞散曲线的交点对应的沥青用量为最小沥青用量；以析漏量为0.3％的水平线与析漏曲线的交点对应沥青用量为最大沥青用量，但析漏量为0.3％时的最大沥青用量小于飞散损失为15％时的最小沥青用量，即图中两条垂直线中确定的最大值和最小值没有公共范围，即不存在能够同时满足混合料的析漏和飞散要求的沥青用量。这种情况下应该调整材料和级配，重新进行混合料设计。

本发明的多孔沥青混合料的沥青最佳用量确定方法，在确定沥青用量的范围时，没有涉及到拐点的选定，而是依据规范对析漏和飞散的要求控制最大和最小沥青用量，使得所确定的沥青用量范围中任意值均能够满足规范对混合料析漏和飞散的要求。这样做的另一个优点是避免了在拐点的选择和确定过程中人为主观因素影响。

在确定沥青用量的范围后，考虑到多孔沥青混合料对抗老化性能和耐久性的要求以及沥青膜厚的特点，通过室内试验比选，推荐了最佳沥青用量取值的具体计算公式。

根据已有试验资料和研究报告，对国内已经铺筑的几条多孔沥青路面分别采用上述两种方法确定最佳沥青用量，并对结果进行比较(表1)。

表1 两种最佳沥青用量确定方法的比较

陕西咸阳机场高速公路为2003年建成通车的一条多孔沥青路面。其中析漏试验采用的是日本规范中的搪瓷盘法，相应的在图中采用5％的析漏量控制标准(图6)。采用本发明的多孔沥青混合料沥青最佳的用量确定方法，得出的沥青用量范围为4.51～5.14％，根据(式1)计算得最佳沥青用量为5.0％。而按照现行方法则无法得出最佳沥青用量。

广清高速试验段最佳沥青用量确定中，进行飞散和析漏试验时的采用的5种沥青用量区间和变化幅度值与咸阳机场高速有所不同(图7)，但不影响按照本发明方法确定最佳沥青用量，作图时仍然按照相应的析漏和飞散控制标准确定最大和最小沥青用量。在五组沥青用量中，飞散损失始终满足要求；按照0.3％的析漏控制标准可以得到最大沥青用量，图中确定的沥青用量范围为4.30～5.23％，根据(式2)计算得到新方法确定的最佳沥青用量5.0％；而按照现行方法也无法求得最佳沥青用量。

根据常澄高速公路透水路面试验段研究进行的析漏和飞散试验结果(图8)，用本发明的多孔沥青混合料沥青最佳的用量确定方法，得出的沥青用量范围为4.18～5.25％，计算得到最佳沥青用量为5.0％。

应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明，凡在本发明的技术方案所做的技术特征的添加、等同替换或修改，均应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种多孔沥青混合料的沥青用量确定方法，其特征在于，该方法根据飞散和析漏试验结果将飞散损失为15％、析漏量为0.3％的对应的沥青用量分别作为最小沥青用量OAC_min和最大沥青用量OAC_max的限值；根据得到的最大和最小沥青用量来确定最佳沥青用量OAC的取值范围；最佳沥青用量按照OAC＝OAC_min+0.75(OAC_max-OAC_min)进行计算；

当OAC_max超过6.0％时，取6.0％；当OAC_min小于4.0％时，取4.0％；若根据分散和析漏试验确定的得到的OAC_min和OAC_max不存在交集区间，则说明混合料的材料组成设计不合理，需要重新进行设计。

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