CN103162999B - 适于集料公称最大粒径≥26.5mm沥青混合料试件的垂直振动成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于集料公称最大粒径≥26.5mm沥青混合料试件的垂直振动成型方法(VVTM)，包括拌制沥青混合料，并称取一个试件所需的用量；取出预热好的试模和垫块，将混合料分成大致等量的两份，分两层均匀装入试模中，并对各层沥青混合料插捣后将混合料表面整平成凸圆弧面；检查试模内沥青混合料温度，待混合料达到要求的压实温度后，将试模连同垫块固定到振动压实仪上，并对试模内沥青混合料振动压实100±5s。振动压实结束后，量取试件高度，如不符合标准高度要求，试件作废，并根据实际高度调整一个试件所需沥青混合料用量，重新制备试件直至高度符合要求；最后将装有试件的试模冷却至室温后，脱出试件。方法操作简便、模拟效果好、结果可靠。
Description
技术领域
本发明属于交通土建工程应用技术领域，具体涉及一种适用于集料公称最大粒径≥26.5mm沥青混合料的垂直振动成型方法（VVTM）。该方法制备的圆柱体试件尺寸为Φ150mm×h95.3mm，以供实验室进行沥青混合料物理力学性能试验使用。该方法操作简便，试件性能的测试结果能客观反映压实沥青混合料性能，且重现性好。
背景技术
公称最大粒径≥26.5mm沥青混合料（简称“大粒径沥青混合料”）试件成型方法主要有马歇尔击实法、Hveem搓揉法、GTM或SGC旋转压实法和轮碾法等。Hveem法、GTM或SGC法所用成型设备昂贵，大面积推广有困难；轮碾法不适用于圆柱体试件。目前，马歇尔击实方法是世界各国普遍盛行的圆柱体试件制备方法。
我国大粒径沥青混合料普遍采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTG E20-2011）》（简称JTG E20-2011）中大型马歇尔击实法成型试件，其主要原理如下：
（1）按JTG E20-2011规定，首先做好准备工作，然后拌制沥青混合料，并称取一个试件所需的混合料用量，约4050g；
（2）从烘箱中取出预热的试模及套筒，用沾有少许黄油的棉纱擦拭套筒、垫块及击实锤底面。将试模装在垫块上，并使底部平整，垫一张圆形的吸油性小的圆纸，将混合料分两层加入试模中，每层加入混合料大致相同，加入后均用插刀或大螺丝刀沿周边插捣15次，中间10次，插捣后将沥青混合料表面整平成凸圆弧面；
（3）插入温度计至混合料中心附近，检查混合料温度。待混合料达到要求的压实温度后，将试模连同底座固定在击实台上固定，在试模内混合料顶面垫一张吸油性小的圆纸，再将装有击实锤及导向棒的压实头放入试模中。开启电机，使压实锤从457mm高度自由下落，对试件的两面分别以同样的方式击实，击实次数均为112次；
（4）击实结束后，立即去除上下面的纸，量取试件离试模上口的高度，并由此计算试件高度。高度不符合要求时，试件应作废，并按公式①调整试件的混合料质量，以保证试件高度符合95.3mm±2.5mm的要求；
①
（5）卸去套筒和底座，将装有试件的试模横向放置冷却至室温后，脱出试件。
大型马歇尔击实法具有以下局限性：
（1）大型马歇尔方法击实功缺乏与交通量的联系。成型试件密度无法反映通车多年后路面密度，而易造成工程浪费或者路面早期车辙；
（2）大型马歇尔击实方法已不适应现代交通发展需要。现行大型马歇尔击实法的击实功是根据20世纪80年代初的交通量提出的，而目前干线公路的交通状况已发生了显著的变化，呈现“大流量、重轴载”特点，显然马歇尔击实得到的试件密度已不能与现代交通荷载作用多年的路面最终密度相一致；
（3）大型马歇尔击实试件与路面的相关性较差。大型马歇尔方法击实方式无法较好模拟现场压实，成型试件的物理力学性能与实际芯样不吻合，因而难以有效揭示材料组成结构与性能之间规律，这影响了材料组成的优化设计和沥青混合料性能的提升。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种适用于集料公称最大粒径≥26.5mm沥青混合料试件的垂直振动成型方法，该方法操作简便、模拟效果好、结果可靠。
为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：
一种适用于集料公称最大粒径≥26.5mm沥青混合料试件的垂直振动成型方法，其特征在于，按下列步骤进行：
（1）根据粘度曲线确定沥青混合料的拌和温度、压实温度，在满足“JTG E20-2011”试件制作条件下拌制沥青混合料，并称取一个试件所需的混合料用量4100g；
（2）取出预热好的试模和垫块，用隔离剂擦拭试模内侧、垫块及振动锤底面，将垫块装入试模内并垫入一张吸油性小的圆形纸片，要求垫块底部平整。然后将混合料分成大致等量的两份，分两层均匀装入试模中，各层沥青混合料均应沿周边插捣15～20次，中间10～15次，插捣后将沥青混合料表面整平成凸圆弧面；所述试模内径为150mm、高度为230mm，垫块厚度为40mm、直径为150mm；
（3）插入温度计至混合料中心附近，检查混合料温度。待混合料达到要求的压实温度后，将试模连同垫块固定到振动压实仪上，在装好的混合料顶面垫一张吸油性小的圆形纸片，放下振动锤使其与混合料接触并振动压实100±5s；振动时间也可结合实际交通量和压实机械水平做相应调整；
所述振动压实仪要求垂直方向有激振力、水平方向激振力为零，其技术指标为振动频率37±2Hz，名义振幅1.4±0.2mm，工作重量3.0±0.4kN，上车系统1.2±0.2kN，下车系统1.8±0.2kN；
（4）振动压实结束后，将试模连同垫块从振动压实仪上取下，取掉试件顶面的圆形纸片，量取试件高度。试件标准高度为95.3±2.5mm。如不符合标准高度要求时，试件作废，并按公式①调整试件混合料质量，然后按步骤（1）～（3）重新制备试件直到高度符合标准要求为止；
①
（5）将装有试件的试模冷却至室温后，从试模内脱出试件，并取掉试件底面的圆形纸片。
本发明的方法操作简便，且试件密度能较好的反映通车多年后的路面密度、成型的大粒径沥青混合料试件与实际路面性能吻合。
附图说明
图1为本发明的垂直振动成型方法所用的试模和垫块尺寸（H11/C10表示垫块和试模的配合精度）。
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
按照本发明的技术方案，本实施例以榆绥高速下面层ATB-30沥青混合料为例，试件的垂直振动成型方法如下：
1、原材料的选择
（1）原材料技术性质的测试
①沥青采用新疆克拉玛依A级70#沥青，技术性质试验结果见表1。
表1：沥青技术性质
②粗集料采用山西柳林的石灰岩碎石，技术性质试验结果见表2。
表2：粗集料的技术性质
③细集料采用自制的机制砂，技术性质试验结果见表3。
表3：细集料的技术性质
| 表观密度（g/cm3） | 坚固性（%） | 含泥量（%） | 砂当量（%） | 亚甲蓝值（g/kg） | 棱角性（s） |
| 2.720 | 7.0 | 7.2 | 72.0 | 10.1 | 33.0 |
④矿粉采用山西柳林晋垣石灰石磨制的矿粉，技术性质试验结果见表4。
表4：矿粉技术性质
| 表观密度（g/cm3） | 含水量（%） | 亲水系数 | 加热安定性 |
| 2.687 | 0.5 | 0.83 | 加热前后没有明显变化 |
（2）经检查，原材料各项技术指标均满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）技术要求。
（3）沥青混合料最佳油石比取3.4%，矿料级配见表5。
表5：矿料级配范围
| 混合料 | 通过下列筛孔（mm）的质量百分率（%） |
| 类型 | 37.5 | 31.5 | 26.5 | 19 | 16 | 13.2 | 9.5 | 4.75 | 2.36 | 1.18 | 0.6 | 0.3 | 0.15 | 0.075 |
| ATB-30 | 100 | 98.1 | 87.3 | 67.6 | 62.4 | 55.1 | 44.2 | 29.9 | 19.6 | 14.0 | 10.9 | 7.6 | 6.3 | 4.4 |
2、准备工作
（1）根据粘度曲线确定该沥青混合料的拌和温度为160℃～175℃、压实温度为140℃～170℃,按JTG E20-2011规定将沥青用恒温烘箱加热至175℃；
（2）按表6称取烘干后各规格集料和矿粉，并置于175℃烘箱中加热4～5h；
表6：各档集料用量
| 集料尺寸（mm） | 19～37.5 | 9.5～19 | 4.75～9.5 | 2.36～4.75 | 机制砂 | 矿粉 |
| 质量（g） | 1440 | 990 | 585 | 360 | 990 | 135 |
（3）用蘸有少许黄油的棉纱擦净试模及垫块，并置于100℃烘箱中加热1h备用，其中试模及垫块尺寸如图1所示。
3、沥青混合料拌制
（1）将拌合好的4365g各规格集料置于预热至175℃沥青混合料拌合锅中，用小铲适当拌合；
（2）加入已加热好的沥青153g，开动拌和锅拌合90s；
（3）加入已经加热好的矿粉135g，开动拌和锅再次拌合90s。
4、沥青混合料试件制备
（1）称取1个试件所需的已拌合好的沥青混合料4136g，放入预热至100℃的金属盘中；
（2）从烘箱中取出预热至100℃的试模和垫块，并用蘸有少许黄油的棉纱擦拭试模内侧、垫块及振动锤底面。然后将垫块装入试模内并垫入一张吸油性小的圆形纸片，要求垫块底部平整，按四分法用小铲将混合料分两层大致等量加入试模中，各层沥青混合料均用大螺丝刀沿周边插捣15次、中间10次。插捣后将沥青混合料表面整平成凸圆弧面；
（3）插入温度计至装好的沥青混合料中心附近，测定沥青混合料温度145℃，符合JTG E20-2011要求的压实温度；
（4）在装好的混合料顶面垫一张吸油性小的圆纸，然后将试模连同垫块固定到振动压实仪上，放下振动锤使其与沥青混合料接触，开启振动压实仪振动压实100s。
振动压实仪参数配置为振动频率37Hz，名义振幅1.4mm，工作重量3.0kN，上车系统1.2kN，下车系统1.8kN；
（5）振动压实结束后，将试模连同垫块从振动压实仪上取下，立即取掉试件顶面的圆纸片，用游标卡尺量取高度95.2mm，符合试件标准高度为95.3±2.5mm要求；
（6）将装有成型试件的试模连同垫块冷却至室温，置脱模机上脱出试件，并取掉试件底面的圆形纸片。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明所提交的权利要求书确定专利保护范围。
Claims (1)
1.一种适用于集料公称最大粒径≥26.5mm沥青混合料试件的垂直振动成型方法，其特征在于，按下列步骤进行：
(1)根据粘度曲线确定沥青混合料的拌和温度、压实温度，在满足“JTG E20-2011”试件制作条件下拌制沥青混合料，并称取1个试件Φ150mm×h95.3mm所需的混合料用量，放入预热至100℃的金属盘中；
(2)从烘箱中取出预热至100℃的试模和垫块，并用蘸有少许黄油的棉纱擦拭试模内侧、垫块及振动锤底面；然后将垫块装入试模内并垫入一张吸油性小的圆形纸片，要求垫块底部平整，按四分法用小铲将混合料分两层大致等量加入试模中，各层沥青混合料均用大螺丝刀沿周边插捣15次、中间10次；插捣后将沥青混合料表面整平成凸圆弧面；
(3)插入温度计至装好的沥青混合料中心附近，测定沥青混合料温度，符合JTG E20-2011要求的压实温度；
(4)在装好的混合料顶面垫一张吸油性小的圆纸，然后将试模连同垫块固定到振动压实仪上，放下振动锤使其与沥青混合料接触，开启振动压实仪振动压实100s；
所述振动压实仪要求垂直方向有激振力、水平方向激振力为零；振动压实仪参数配置为振动频率37Hz，名义振幅1.4mm，工作重量3.0kN，上车系统1.2kN，下车系统1.8kN；
(5)振动压实结束后，将试模连同垫块从振动压实仪上取下，取掉试件顶面的圆形纸片，量取试件高度，如不符合标准高度要求，试件作废，并按公式①调整试件混合料质量，然后按步骤(1)～(4)重新制备试件直到高度符合标准要求为止；
(6)将装有试件的试模冷却至室温后，从试模内脱出试件，并取掉试件底面的圆形纸片；
所述试模内径为150mm、高度为230mm，垫块厚度为40mm、直径为150mm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Jiang Yingjun Inventor after: Jiang Lijun Inventor after: Xu Xiaohe Inventor after: Liu Haipeng Inventor after: Xue Jinshun Inventor after: Cao Fan Inventor after: Li Wanwan Inventor before: Jiang Yingjun Inventor before: Li Ningfang Inventor before: Xu Xiaobing Inventor before: Xue Jinshun Inventor before: Liang Hui Inventor before: Cao Fan |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: JIANG YINGJUN LI NINGFANG XU XIAOBING XUE JINSHUN LIANG HUI CAO FAN TO: JIANG YINGJUN JIANG LIJUN XU XIAOHE LIU HAIPENG XUE JINSHUN CAO FAN LI WANWAN |
|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150624 |