CN103088736B - 改性沥青混凝土混合料目标配合比阶段oac设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及沥青混凝土技术领域,特别涉及一种改性沥青混凝土混合料目标配合比阶段OAC设计方法。本发明摒弃了现有技术需要先进行马歇尔试验并得到各项技术指标,再绘制曲线,确定各项数值,之后再进行计算和试验验证的方法;采取直接进行公式计算得到最佳沥青用量OAC。本发明的方法过程简单且避免了人为因素影响,结果更加客观、准确。
Description
技术领域
本发明属于沥青混凝土技术领域,特别涉及一种改性沥青混凝土混合料目标配合比阶段OAC设计方法。
背景技术
改性沥青是由单独或复合采用高分子聚合物、天然沥青及其他改性材料制作而成的沥青材料,适用于各种等级公路的沥青路面。其中,天然沥青是石油在自然界中长期受到地壳挤压并与空气、水接触后逐渐变化而形成的、以天然形态存在的石油沥青,其中常混有一定比例的矿物质,按其形成的环境不同可以分为湖沥青、岩沥青、海底沥青等。青川岩沥青是天然岩沥青的一种,在我国四川北部的龙门山地区广泛分布。现已有将青川岩沥青作为改性剂以一定比例加入基质沥青中得到的改性沥青,称为青川岩沥青改性沥青,并在沥青混凝土路面施工方面有一定的应用。
沥青混合料是由矿料、沥青、矿粉组成的复合材料,是沥青路面最主要的建筑材料之一。沥青混合料的配制,关系到路面性能,如高温稳定性、低温抗裂性、抗疲劳性等性能的好坏。沥青混合料的配制,关键在于沥青混合料的配合比设计。沥青混合料的配合比设计一般包括目标配合比设计、生产配合比设计和生产配合比验证三个阶段,其中目标配合比设计是相对最为重要的阶段,它主要包括矿料级配和OAC(最佳沥青用量,即沥青混合料的最佳沥青用量,Optimum Asphalt Content之略语)两部分。沥青混合料的矿料级配、沥青用量预估值在《沥青路面施工及验收规范》GB50092-1996对此有明确的规定,施工时可根据规范指引进行选择。
目标配合比设计阶段的最佳沥青用量OAC设计,现有的方法主要是结合路面施工经验,并进行试验验证得到。具体方法是,以沥青用量或油石比为横坐标,以马歇尔试验的各项指标为纵坐标,将试验结果点入图中,连成圆滑的曲线。确定均符合施工规范规定的沥青混合料技术标准的沥青用量范围OACmin~OACmax。在曲线图上求取相应于密度最大值、稳定度最大值、目标孔隙率(或中值)、沥青饱和度范围的中值的沥青用量a1、a2、a3、a4,求得OAC1=(a1十a2十a3十a4)/4。再以各项指标均符合技术标准(不含VMA)的沥青用量范围OACmin~OACmax的中值作为OAC2,即OAC2=(OACmin十OACmax)/2。通常情况下取OAC1及OAC2的中值作为计算的最佳沥青用量OAC。再检查OAC对应的图中的孔隙率和VMA值,检验是否符合施工规范关于最小VMA值的要求,并检查图中相应于此OAC的各项指标是否均符合马歇尔试验技术标准。
现行的沥青混凝土混合料最佳沥青用量设计方法,采用的是经验验证方法。它是通过不同的沥青用量马歇尔试验结果,通过人工或计算机绘制各指标曲线。试验结果及曲线的绘制受人为因素较大,同样的试验及指标,不同的人绘制,最终确定的沥青用量都可能会不同。另外,现行方法需要经历试验、制图、计算、再验证的方法,因此,现行方法除受人为因素影响较大外,还存在工程复杂等不足之处。
因此,寻找更准确且简单的沥青混凝土混合料最佳沥青用量设计方法,仍是本领域需要继续研究的课题。
发明内容
本发明的主要目的是为了简化沥青混合料最佳沥青用量OAC目标配合比过程,提供一种改性沥青混凝土混合料目标配合比阶段OAC设计方法,该方法过程简单且结果准确。
为了实现上述发明目的,本发明采用的技术方案如下:
改性沥青混凝土混合料目标配合比阶段OAC设计方法,包括如下步骤:
(1)计算得到OAC2
所述OAC2按式Ⅱ计算得到:
OAC2=2.52/(VV2-0.4)+7.85×10-4VFA2 2-0.066VFA2+4.89(Ⅱ)
(2)计算得到OAC
所述OAC按式Ⅰ计算得到:
OAC=1.96×10-4VFA1 2-0.0165VFA1+0.63/(VV1-0.4)+2.42+OAC2/2(Ⅰ)
所述VFA1为沥青饱和度范围的中值,所述VV1为目标空隙率或中值,所述VFA2为沥青饱和度上限,所述VV2为空隙率上限。
本发明的发明人,通过大量的理论及公路实践,研究得到本发明的最佳沥青用量计算公式。本发明的设计方法摒弃了现有技术需要先进行马歇尔试验并得到各项技术指标,再绘制曲线,确定各项数值,之后再进行计算的方法;采取直接进行公示计算得到最佳沥青用量OAC。本发明改性沥青混凝土混合料目标配合比阶段OAC设计方法,所述VFA1、VV1、VFA2、VV2为本领域公知的代号,VFA1为沥青饱和度范围的中值,所述VV1为目标空隙率或中值,所述VFA2为沥青饱和度上限,所述VV2为空隙率上限。VFA1、VV1、VFA2、VV2通过本领域的现有技术得到。例如,VFA1、VV1可以通过T0304(粗集料密度及吸水率试验)、T0330方法(细集料密度及吸水率试验)及T0705(压实沥青混合料密度试验)试验方法并结合公路沥青路面施工技术规范JTG F40-2004的相应公式计算得到,所述VFA2、VV2可以通过行业规范查到。本发明改性沥青混凝土混合料目标配合比阶段OAC设计方法,可适用于各种等级的公路路面。改性沥青,可以是本领域常用的各种改性沥青,例如可以是青川岩沥青改性沥青、SBS改性沥青、TLA改性沥青、BRA改性沥青等。
作为优选,前述改性沥青混凝土混合料目标配合比阶段OAC设计方法,所述改性沥青选自青川岩沥青改性沥青、SBS改性沥青或BRA改性沥青的任一种。
作为进一步优选,前述改性沥青混凝土混合料目标配合比阶段OAC设计方法,所述改性沥青为青川岩沥青改性沥青。
作为优选,前述改性沥青混凝土混合料目标配合比阶段OAC设计方法,所述改性沥青混凝土混合料为青川岩沥青改性沥青混凝土AC-13面层混合料。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
一、本发明的改性沥青混凝土混合料目标配合比阶段OAC设计方法,通过公式计算即实现OAC的确定,而不需要进行现有技术中的马歇尔试验。因此,与现有技术相比,本发明的设计方法,步骤简单易行,可大幅度减少前期工程设计时间。
二、本发明的改性沥青混凝土混合料目标配合比阶段OAC设计方法,减少了人为因素的影响,使结果更加客观、准确,因此也避免了设计失误导致的工程延期、返工。
附图说明
图1:实施例1的AC-13矿料筛分及合成级配曲线图;
图2:实施例2的AC-16矿料筛分及合成级配曲线图;
图3:实施例3的AC-20矿料筛分及合成级配曲线图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的上述发明内容作进一步的详细描述。
但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段,做出各种替换和变更,均应包括在本发明的范围内。
实施例1本实施例为四川成都某一级公路路段铺设AC-13青川岩沥青改性沥青面层的实施例。
1、所需设备,见表1
表1.所需设备
序号 | 名称 | 单位 | 数量 | 备注 |
1 | 全站仪 | 台 | 1 | |
2 | 水准仪 | 台 | 2 | DZS3-1型 |
3 | 沥青混合料拌和机 | 台 | 1 | |
4 | 电子秤 | 台 | 1 | 量程46kg,感量0.1g |
5 | 电子秤 | 台 | 1 | 量程300~500g,感量0.001g |
6 | 马歇尔稳定度测定仪 | 台 | 1 | LD190-II |
7 | 车辙试验成型机 | 台 | 2 | |
8 | 石子标准筛 | 套 | 1 | 2.5~100mm |
9 | 砂子标准筛 | 套 | 1 | 0.16~5mm |
10 | 沥青针入度仪 | 台 | 1 | 测定针入度值,计算PI |
11 | 马歇尔试验仪 | 台 | 1 | |
12 | 沥青抽提仪 | 台 | 1 | |
13 | 马歇尔脱模器 | 台 | 1 | |
14 | 控温沥青拌合机 | 台 | 1 | |
15 | 恒温水槽(六孔) | 个 | 1 | LSY |
16 | 电烘箱 | 个 | 1 | 101-A2型 |
17 | 沥青延度试验仪 | 台 | 1 | 1.5m以上 |
18 | 沥青软化点试验仪 | 台 | 1 | |
19 | 摆式摩擦系数仪 | 台 | 1 | |
20 | 平整密度仪 | 台 | 1 |
21 | 钻芯取样机 | 台 | 1 | 75~100cm |
22 | 沥青马歇尔稳定度试模 | 个 | 1 | |
23 | 沥青矿料方孔筛 | 套 | 2 | 0.075~37.5mm |
24 | 沥青旋转薄膜烘箱 | 台 | 1 | XH-85 |
25 | 路面平整度测定仪 | 台 | 1 | ZL-79 |
26 | 车辙试验机 | 台 | 1 | |
27 | 沥青混合料冻融劈裂试验机 | 台 | 1 | JTY-2 |
2、材料
青川岩沥青改性沥青:
(1)青川岩沥青:占20%重量百分比,具体为产自四川省广元市的青川岩沥青。
(2)基质沥青:占80%重量百分比,具体为70#A级道路石油沥青。
(3)集料及填料
①粗集料:粗集料应为洁净、干燥、无风化、无杂质的石灰岩或玄武岩。
1#碎石(10mm-15mm)、2#碎石(5mm-10mm)、3#碎石(3mm-5mm)。
②细集料:使用的细集料应洁净、干燥、无杂质的石灰岩或玄武岩。石屑(0mm-3mm)。
③填料:矿粉由石灰石加工而成。
3、矿料级配
矿料级配根据《公路沥青路面施工技术规范》JTG_F40-2004进行,具体见表2。AC-13矿料筛分及合成级配曲线图见图1。
表2.AC-13矿料筛分与合成级配表
4、最佳沥青用量设计
分别通过T0304、T0330及T0705方法,及行业规范、公式,得到:VFA1=72.4,VV1=3.7,VFA2=75,VV2=6。
(1)计算得到OAC2
所述OAC2按式Ⅱ计算得到:
OAC2=2.52/(VV2-0.4)+7.85×10-4VFA2 2-0.066VFA2+4.89(Ⅱ)
(2)计算得到最佳沥青用量OAC
OAC=1.96×10-4VFA1 2-0.0165VFA1+0.63/(VV1-0.4)+2.42+OAC2/2(Ⅰ)
经计算OAC=4.84
5、生产配合比设计:
以式Ⅰ得到的最佳沥青用量OAC为中值,减少和增加沥青用量0.3%,以前
述相同的矿料级配制作3组青川岩沥青改性沥青混凝土混合料,通过马歇尔试
验检验,具体结果见表3:
表3:AC-13沥青混合料马歇尔试验数据
根据表3结果及图1可以确定,最佳沥青用量OAC=5.03,与目标配合比设计阶段得到的最佳沥青用量差异仅为0.19。
6、生产配合比验证
通过室内试验及从拌和机取样试验综合确定生产配合比的最佳沥青用量为5.03,与目标配合比设计阶段得到的最佳沥青用量差异仅为0.19,符合现行施工规范的要求。
拌和机按生产配合比结果进行试拌、铺筑试验段,并取样进行马歇尔试验及相应性能试验,试验结果见表4.
表4.马歇尔试验及相应性能试验
检验项目 | 单位 | AC-13 | 技术要求 | 试验方法 |
车辙试验(60℃)动稳定度 | 次/mm | 7519 | >1000 | T0719 |
残留马歇尔稳定度 | % | 98.6 | >80 | T0709 |
冻融劈裂残留强度比 | % | 89.1 | >75 | T0729 |
渗水系数 | ml/min | 基本不透水 | ≤120 | T0730 |
由表4可见,AC-13混合料动稳定度、低温破坏应变和残留稳定度、冻融劈裂强度比均符合规范要求,说明所设计的沥青混合料是合理的,可以在实际工程中应用。因此,本发明的沥青混凝土混合料目标配合比阶段最佳沥青用量设计方法不仅过程简单,且因避免了认为因素影响,结果更加客观、准确。
按确定的最佳沥青用量进行施工。施工后对试验路段进行了现场勘查,横向裂缝发生的频率程度较小,纵向裂缝的长度不大,没有出现网状裂缝和龟裂,也无车辙、坑槽及其他任何形式的破坏,而且路面平整度表现优良。整个试验路段通车至今未进行过维修,其运营状况得到业主和社会的一致好评。因此,通过施工结果可知,本发明的最佳沥青用量方法有效指导了施工,取得了优异的施工效果。
实施例2本实施例为成都市高新园区道路改建工程铺设AC-16改性沥青面层的实施例。
1、所需设备,同实施例1的表1。
2、材料
(1)改性沥青:SBS改性沥青,占重量百分比的4%。
(2)基质沥青:AH一70,占重量百分比的96%。
(3)集料及填料
①粗集料:1#碎石(13.2mm-16mm)、2#碎石(9.5mm-13.2mm)、3#碎石(4.75mm-9.5mm)。
②细集料:石屑(0mm-4.75mm)。
③填料:矿粉。
3、矿料级配
矿料级配根据《公路沥青路面施工技术规范》JTG_F40-2004进行,具体见表5.AC-16矿料筛分及合成级配曲线图见图2。
5.AC-16矿料筛分与合成级配表
4、最佳沥青用量设计
分别通过T0304、T0330及T0705方法,及行业规范、公式,得到:VFA1=70,VV1=5,VFA2=75,VV2=6。
(1)计算得到OAC2
所述OAC2按式Ⅱ计算得到:
OAC2=2.52/(VV2-0.4)+7.85×10-4VFA2 2-0.066VFA2+4.89(Ⅱ)
(2)计算得到最佳沥青用量OAC
OAC=1.96×10-4VFA1 2-0.0165VFA1+0.63/(VV1-0.4)+2.42+OAC2/2(Ⅰ)
经计算OAC=4.76
5、生产配合比设计:
以式Ⅰ得到的最佳沥青用量OAC为中值,减少和增加沥青用量0.3%,以前述相同的矿料级配制作3组青川岩沥青改性沥青混凝土混合料,按《公路沥青路面施工技术规范》JTG_F40-2004进行性能对比,具体结果见表6:
表6.AC-16沥青混合料马歇尔试验数据
根据表6结果及图2可以确定,最佳沥青用量OAC=4.67,与目标配合比设计阶段得到的最佳沥青用量差异仅为0.09。
6、生产配合比验证
通过室内试验及从拌和机取样试验综合确定生产配合比的最佳沥青用量为4.67,与目标配合比设计阶段得到的最佳沥青用量差异仅为0.09,符合现行施工规范的要求。
拌和机按生产配合比结果进行试拌、铺筑试验段,并取样进行马歇尔试验及相应性能试验,试验结果见表7。
表7.马歇尔试验及相应性能试验
检验项目 | 单位 | AC-16 | 技术要求 | 试验方法 |
车辙试验(60℃)动稳定度 | 次/mm | 3982 | >1000 | T0719 |
残留马歇尔稳定度 | % | 92.6 | >80 | T0709 |
冻融劈裂残留强度比 | % | 98.2 | >75 | T0729 |
渗水系数 | ml/min | 基本不透水 | ≤120 | T0730 |
由表7可见,生产用的最佳沥青用量为4.67,与目标配合比设计阶段得到的最佳沥青用量差异仅为0.09,符合现行施工规范的要求。
实施例3本实施例为四川省成都市交大路改造工程AC-20改性沥青面层的实施例。
1、所需设备,同实施例1的表1。
2、材料
(1)改性沥青沥青:BRA改性沥青,占重量百分比的35%。
(2)基质沥青:70号A级道路石油沥青,占重量百分比的65%。
(3)集料及矿粉
①粗集料:1#碎石(10mm-20mm)、2#碎石(5mm-15mm)、3#碎石(5mm-10mm)。
②细集料:石屑(0mm-5mm)。
③填料:矿粉。
3、矿料级配
矿料级配根据《公路沥青路面施工技术规范》JTG_F40-2004进行,具体见表8:AC-20矿料筛分及合成级配曲线图见图3.
表8.AC-20矿料筛分与合成级配表
4、最佳沥青用量设计
分别通过T0304、T0330及T0705方法,及行业规范、公式,得到:VFA1=68,VV1=4.5,VFA2=75,VV2=6。
(1)计算得到OAC2
所述OAC2按式Ⅱ计算得到:
OAC2=2.52/(VV2-0.4)+7.85×10-4VFA2 2-0.066VFA2+4.89(Ⅱ)
(2)计算得到最佳沥青用量OAC
OAC=1.96×10-4VFA1 2-0.0165VFA1+0.63/(VV1-0.4)+2.42+OAC2/2(Ⅰ)
经计算OAC=4.76。
5、生产配合比设计:
以式Ⅰ得到的最佳沥青用量OAC为中值,减少和增加沥青用量0.3%,以前述相同的矿料级配制作3组青川岩沥青改性沥青混凝土混合料,通过马歇尔试验检验,具体结果见表9:
表9.AC-20混合料马歇尔试验数据
根据表9结果及图3可以确定,最佳沥青用量OAC=4.58,与目标配合比设计阶段得到的最佳沥青用量差异仅为0.18。
6、生产配合比验证
通过室内试验及从拌和机取样试验综合确定生产配合比的最佳沥青用量为4.58,与目标配合比设计阶段得到的最佳沥青用量差异仅为0.18,符合现行施工规范的要求。
拌和机按生产配合比结果进行试拌、铺筑试验段,并取样进行马歇尔试验及相应性能试验,试验结果见表10.
表10.马歇尔试验及相应性能试验
检验项目 | 单位 | AC-20 | 技术要求 | 试验方法 |
车辙试验(60℃)动稳定度 | 次/mm | 4758 | >1000 | T0719 |
残留马歇尔稳定度 | % | 88.6 | >80 | T0709 |
冻融劈裂残留强度比 | % | 93.9 | >75 | T0729 |
渗水系数 | ml/min | 基本不透水 | ≤120 | T0730 |
由表10可见,生产用的最佳沥青用量为4.58,与目标配合比设计阶段得到的最佳沥青用量差异仅为0.18,符合现行施工规范的要求。
Claims (4)
1.改性沥青混凝土混合料目标配合比阶段OAC设计方法,其特征在于,包括如下步骤:
进行粗集料密度及吸水率试验、细集料密度及吸水率试验、及压实沥青混合料密度试验,得到VFA1、VV1;通过公路沥青路面施工技术规范JTG F40-2004查表得到VFA2和VV2;
(1)计算得到OAC2
所述OAC2按式Ⅱ计算得到:
OAC2=2.52/(VV2-0.4)+7.85×10-4VFA2 2-0.066VFA2+4.89 (Ⅱ)
(2)计算得到OAC
所述OAC按式Ⅰ计算得到:
OAC=1.96×10-4VFA1 2-0.0165VFA1+0.63/(VV1-0.4)+2.42+OAC2/2 (Ⅰ)
所述VFA1为沥青饱和度范围的中值,所述VV1为目标空隙率或中值,所述VFA2为沥青饱和度上限,所述VV2为空隙率上限。
2.根据权利要求1所述的改性沥青混凝土混合料目标配合比阶段OAC设计方法,其特征在于,所述改性沥青选自青川岩沥青改性沥青、SBS改性沥青或BRA改性沥青的任一种。
3.根据权利要求2所述的改性沥青混凝土混合料目标配合比阶段OAC设计方法,其特征在于,所述改性沥青为青川岩沥青改性沥青。
4.根据权利要求1所述的改性沥青混凝土混合料目标配合比阶段OAC设计方法,其特征在于,所述改性沥青混凝土混合料为青川岩沥青改性沥青混凝土AC-13面层混合料。
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沥青混合料最佳油石比确定方法的实践应用;邵志兵;《安徽建筑》;20071031(第5期);全文 * |
沥青混合料最佳油石比确定方法试验研究;王晓磊,肖维,李春雷,黄晓明;《中南公路工程》;20070228;第32卷(第1期);图1-2 * |
王晓磊,肖维,李春雷,黄晓明.沥青混合料最佳油石比确定方法试验研究.《中南公路工程》.2007,第32卷(第1期),图1-2. * |
邵志兵.沥青混合料最佳油石比确定方法的实践应用.《安徽建筑》.2007,(第5期),全文. * |
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Publication number | Publication date |
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CN103088736A (zh) | 2013-05-08 |
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