CN104372727B - 常温改性沥青混合料的配合比设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种常温改性沥青混合料的配合比设计方法，其包括如下两个步骤：确定矿料级配和确定混合料最佳油石比，所述方法的特点在于矿料级配采用幂函数构建的多碎石断级配；采用旋转压实法成型试件，通过不同油石比条件下的矿料最紧密状态及最大干密度对应的油石比确定最佳油石比。采用本发明提供的方法，可以规范常温改性沥青混合料的配合比设计方法，确保常温改性沥青混合料的质量品质。
Description
技术领域
本发明属于公路工程技术领域，具体是涉及一种常温改性沥青混合料的配合比设计方法。
背景技术
近年来，随着交通运输科技的发展，“节能、低碳、环保”筑路材料不断涌现，特别是溶剂型冷拌冷铺改性沥青的出现，弥补了以往水介质冷补材料路用性能不良、不适宜全幅摊铺及使用的技术缺陷，该类材料以其显著的技术优势受到越来越多的关注与研究，与传统的热拌沥青混合料和温拌沥青混合料而言，其消耗的能源、释放的有害气体更少，且能在低温和负温条件下施工，解决了沥青路面只能在高温季节施工的技术难题，实现了沥青路面在特殊环境(主要是低温)特殊条件(路面周边无热拌站)下的修筑及养护。
常温沥青混合料SMC是从冷补沥青混合料发展过来的，追溯常温沥青混合料和冷补沥青混合料的发展，国内外已开展了很多的研究，上世纪50年代，苏联学者提出冷补沥青混合料的路用性能主要跟沥青结合料的粘度与用量、矿质集料比表面积等因素有关。上世纪90年代，美国SHRP计划路面养护课题组提出：(1)冷补沥青应便于混合料拌和和施工操作，其最大粘度不应大于6Pa·s；(2)冷补沥青的用量和施工时环境条件(温度、光照、风速、湿度等)均影响冷补沥青的凝结速度；(3)残留沥青应能形成较大的粘结力，并对矿质集料有良好的粘附性，能抵抗雨水的侵蚀而不脱落。此外，美国的研究者还提出，冷补沥青应按气温进行划分，分为冬季型、春秋季型和夏季型三种材料。日本的研究者提出冷补沥青应根据不同季节气温，划分出高温型和低温型两种材料。国内《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中对冷补沥青混合料的施工和易性、抗水剥落性和粘聚力进行了规定。
现有热拌沥青混合料配合比设计方法不适用于常温改性沥青混合料，依据现行的《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)，采用马歇尔击实法成型试件，以确定混合料的最佳油石比。但于常温改性沥青混合料而言，沥青结合料在常温条件下7天内一直处于润滑状态，未能形成热拌料沥青结合料冷却后的胶结强度，因此，在采用马氏击实法成型时，不易形成油石比与干密度的抛物线曲线，较难找到最大干密度(矿料最紧密状态)对应的油石比。此外在实际使用过程中，如果照搬现有热拌沥青混合料的配合比设计方法，将存在最佳油石比无法确定、常温沥青混合料的各项力学性能指标偏低、不满足设计要求等问题，这将严重制约常温改性沥青混合料的大面积推广应用。
尽管美国、日本等国家进行了系统研究，但尚未形成成套技术体系，常温沥青混合料的配合比设计方面没有进行针对性、深入地研究，没有提出系统的混合料配合比设计方法。
公开于该发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
因此，参照有关国家标准及行业标准，申请人提出了一种常温沥青混合料的配合比设计方法，作为常温沥青混合料配合比设计的依据。
本发明的目的在于提供一种常温改性沥青混合料的配合比设计方法，通过该方法可以科学规范地确定常温改性沥青混合料的材料组成，为常温沥青混合料配合比设计提供依据。
为实现上述目的，本发明提供一种常温改性沥青混合料的配合比设计方法，所述方法包括如下两个步骤：确定矿料级配和确定混合料最佳油石比。
根据本发明的常温改性沥青混合料的配合比设计方法，其中所述确定矿料的级配的步骤包括：确定间断点，以幂函数构建矿料级配曲线，构建粗集料级配曲线，测定孔隙率、沥青饱和度等体积指标，当孔隙率、沥青饱和度等体积指标不符合设计要求时，调整间断点筛孔的通过率，直至满足最佳油石比对应的混合料旋转压实试件体积指标的设计要求。
根据本发明的常温改性沥青混合料的配合比设计方法，其中所述确定混合料最佳油石比的步骤包括：预估混合料的最佳油石比，以预估油石比为中值，按照预定的间隔，最少取5个不同的油石比进行旋转压实分别成型试件，采用旋转压实法成型试件，测定混合料的毛体积密度，计算混合料的最大干密度，绘制油石比与干密度关系曲线，采用二次抛物线模型进行回归分析，利用二次抛物线系数计算得出最大干密度对应的油石比作为常温沥青混合料最佳油石比。
根据本发明的常温改性沥青混合料的配合比设计方法，其中在所述确定矿料的级配的步骤中，通过幂函数模型y＝a·xb构建粗集料级配曲线，其中y为集料通过各筛孔的质量百分率，a为常数，x为各筛孔尺寸，b为常数。
根据本发明的常温改性沥青混合料的配合比设计方法，其中在所述确定混合料最佳油石比的步骤中所述间隔为0.3％或0.4％。
由于采用本发明提供的方法，可以规范常温改性沥青混合料的配合比设计方法，确定其材料组成，可以确保常温改性沥青混合料的质量品质。
附图说明
图1显示根据常规的配比设计方法中通过马氏法测定常温改性沥青混合料的油石比与干密度关系的曲线；
图2显示根据本发明的温改性沥青混合料的配合比设计方法中通过旋转压实法测定常温改性沥青混合料的油石比与干密度关系的曲线。
具体实施方式
本发明下面，给出一个具体的实施例——SAC-10常温改性沥青混合料的实施例，以更详细的说明本发明。
1、原材料及矿料级配
选择合适的矿料级配是常温改性沥青混合料能否成功应用的关键，也是评价其路用性能的重要影响因素。常温改性沥青混合料采用间断型级配，按公称最大粒径分为：5型、7型、10型、13型、16型、20型和25型共7个类型，其代号分别为：SMC-5、SMC-7、SMC-10、SMC-13、SMC-16、SMC-20、SMC-25。级配类型及其参考范围见下表1：
表1：常温改性沥青混合料矿料级配类型及其参考范围
注：级配的控制点筛孔尺寸为最大公称粒径、4.75mm、2.36mm和0.075mm。
本次试验用矿料选用公路沥青表面层常用的类型，粗集料选用玄武岩产自广西巴马，细集料选用石灰岩产自漫水湾县，矿粉采用石灰岩加工而成，产自漫水湾县。
限于研究时间关系，先对粗集料断级配密实型级配进行了配合比设计及性能验证。级配范围如下表2所示。
表2：粗集料断级配
2、最大理论相对密度
最大理论相对密度采用真空实测法。试验结果显示在下表3中：
表3：SAC-10-35级配混合料相对密度
3、马氏试验
马氏试验，常温击实，双面75次，试验结果显示在下表4中。
表4：SAC-10-35马氏试验结果
根据试验结果绘制油石比与干密度关系曲线，如图1所示。由图1可知，对于常温改性沥青混合料而言，沥青结合料在常温条件下7d内一直处于润滑状态，未能形成热拌料那种沥青结合料冷却后的胶结强度，另外，矿料级配采用幂函数构建的多碎石断级配，因此，在采用马氏击实法成型时，不易形成油石比与干密度的抛物线曲线，较难找到最大干密度(矿料最紧密状态)对应的油石比。
4、旋转压实试验
旋转压实试验参数(压力600kPa，旋转次数100次)，试验结果显示在下表5中。
表5：SAC-10-35旋转压实试验结果
备注：搅拌时需搅拌两次，第一次搅拌时沥青成团，不与料混合，第二次搅拌时基本混合。成型之后可立即脱模，脱模之后，试件结构稳定，表面基本光滑，无明显孔洞。脱模时，油石比越高，上下垫片越不易取下。垫片取下时无沥青粘附。试件可大力握持，无松散情况。试件脱模之后，表面沥青基本不挥发，表面沥青黏着。测定水中重时，试件基本不吸水，空中重与表干重相差不大。
根据试验结果绘制油石比与干密度关系曲线，如图2所示。由图2可知，采用旋转压实法成型试件时，很容易得到油石比与干密度(矿料最紧密状态)的抛物线曲线，有图2可知，二次抛物线系数可以容易计算得出最大干密度对应的油石比为5.4％。
因此，上述矿料级配对应的最佳油石比为5.4％，对应的空隙率为0.9％。
为使常温沥青混合料的体积指标满足设计要求，当空隙率、沥青饱和度等体积指标不满足设计要求时，应当以幂函数构建矿料级配曲线，调整4.75mm和0.075mm关键筛孔的通过率，当混合料空隙率较小时，4.75mm筛孔的通过率调小3～5％，0.075mm筛孔通过率，调小1～2％，油石比确定依然按照矿料最紧密状态确定，直至最佳油石比对应的混合料旋转压实试件体积指标满足设计要求。反之亦然。
5、本实施例的混合料的性能测试结果
1)高温性能
车辙试件成型后，养生15天后车辙试验结果如下表6所示：
表6：SAC-10-35车辙试验结果(15d养生)
养生15天后，车辙试验结果基本满足现行规范要求。由于本次试验选用最大工程粒径为9.5mm，当选用最大公称粒径为16mm时，车辙试验结果的动稳定度指标会适当提高。
2)抗水损害性能
在抗水损害性能方面采用了残留稳定度、冻融劈裂强度比等两种方法，试验结果初步汇总如下表7-8中所示：
表7：SAC-10-35残留稳定度试验结果
表8：SAC-10-35冻融劈裂试验结果
采用SAC-10-35级配的沥青混合料水稳定性基本可以满足现行规范要求，但必须采用旋转压实法成型，保证其矿料达到最紧密状态。
3)其他性能测试
测试结果显示在表9中
表9：其他测试结果
Claims (3)
1.一种常温改性沥青混合料的配合比设计方法，所述方法包括如下两个步骤：确定矿料级配和确定混合料最佳油石比；
其中所述确定矿料的级配的步骤包括：确定间断点，以幂函数构建矿料级配曲线，构建粗集料级配曲线，测定孔隙率、沥青饱和度等体积指标，当孔隙率、沥青饱和度等体积指标不符合设计要求时，调整间断点筛孔的通过率，直至满足最佳油石比对应的混合料旋转压实试件体积指标的设计要求；
其中所述确定混合料最佳油石比的步骤包括：预估混合料的最佳油石比，以预估油石比为中值，按照预定的间隔，最少取5个不同的油石比进行旋转压实分别成型试件，采用旋转压实法成型试件，测定混合料的毛体积密度，计算混合料的最大干密度，绘制油石比与干密度关系曲线，采用二次抛物线模型进行回归分析，利用二次抛物线系数计算得出最大干密度对应的油石比作为常温沥青混合料最佳油石比。
2.根据权利要求1所述的常温改性沥青混合料的配合比设计方法，其中在所述确定矿料的级配的步骤中，通过幂函数模型y＝a·xb构建粗集料级配曲线，其中y为集料通过各筛孔的质量百分率，a为常数，x为各筛孔尺寸，b为常数。
3.根据权利要求1所述的常温改性沥青混合料的配合比设计方法，其中在所述确定混合料最佳油石比的步骤中，所述间隔为0.3％或0.4％。
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