CN105868862A - 基于扭剪试验的再生微表处混合料配合比的选配方法 - Google Patents

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Abstract

基于扭剪试验的再生微表处混合料配合比的选配方法。本发明属于道路工程养护工程技术领域，具体涉及一种基于扭剪试验的再生微表处混合料配合比设计方法。本方法包括以下步骤:①根据所选微表处类型，筛除RAP中超粒径颗粒；②确定RAP料的矿料级配及旧沥青含量；③根据所选微表处目标级配、RAP料矿料级配及旧料掺配比例确定RAP料与新集料的比例；④优选改性乳化沥青；⑤和易性测试；⑥确定油量范围；⑦确定最佳沥青用量；⑧确定再生微表处混合料的配合比。该方法可使RAP料在微表处中的得到合理运用，以获得路用性能优越的再生微表处混合料，具有良好的推广价值。

Description

基于扭剪试验的再生微表处混合料配合比的选配方法
技术领域
本发明属于道路工程养护工程技术领域，具体涉及一种基于扭剪试验的再生微表处混合料配合比设计方法。
背景技术
我国交通事业迅速发展，以高速公路为骨架的干线公路网络基本形成，公路里程不断增长。大量的沥青路面进入了翻修阶段，翻修下来的大量旧料不但堆放困难，而且如果处理不当，就会对土壤、水源造成较严重的污染，因此，如何处理路面旧料是我国公路建设迫切需要解决的问题。当前我国采用的路面再生技术存在诸如旧料利用率不高、再生路面性能不足、耗能高等缺陷，沥青路面再生利用技术已成为当代公路建设中进一步发展的技术瓶颈之一。在环境的日益恶化与资源、能源的巨大压力下，开发利用RAP料（回收沥青路面材料）的新型道路材料的研究与应用就显得尤为迫切。
微表处是采用适当级配的石屑或砂、填料（水泥、石灰、粉煤灰、石粉等）与聚合物改性乳化沥青、外掺剂和水按一定比例拌合而成的流动状态的沥青混合料，将其均匀地摊铺在路面上形成的沥青封层。微表处有很多优点，具有防水、耐磨、提高路面防滑性能和路面平整度及美观度，防止路面老化与松散，有效延长路面的使用寿命，还可以填补车辙，作为新建道路的表面磨耗层，减少石料使用，降低工程造价。微表处技术在欧美发达国家是路面预防性养护的主要手段，20世纪80年代开始在我国研究应用。由于微表处对其组成材料有着极高的要求，本行业的研究方向主要集中在石料的坚固性、耐磨性，沥青的粘附性、磨光值等方面，在掺加RAP料的技术方面国内外鲜有研究，再生微表处混合料配合比设计方法尚处于空白阶段。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于扭剪试验的再生微表处混合料配合比设计方法，该方法可使RAP料在微表处中的得到合理运用，以获得路用性能优越的再生微表处混合料。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
①用与所选微表处级配的最大粒径对应的标准筛筛除大于该粒径的RAP料；
②确定RAP料的矿料级配及旧沥青含量AC，依据规范《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）及《公路工程集料试验规程》（JTG E42-2005）进行试验确定；
③按以下方法确定RAP料与新集料的比例，
a.计算目标级配及RAP料矿料级配各筛孔分计筛余，计算各筛孔目标筛余和RAP筛余的比值，将该比值的最小值作为RAP矿料掺配比例的最大值Mmax,
b. 根据工程要求，选取小于Mmax的RAP矿料掺配比例M,
c. 确定RAP料与新集料的比例为1∶[M（1+AC）/（100-M）]；
④采用Vialet粘附性试验来优选改性乳化沥青；
⑤通过和易性测试检验初选用水量或者乳化沥青用量范围；
⑥通过粘聚力试验、浸水1h湿轮磨耗和负荷轮粘砂试验确定出最佳乳化沥青用量范围；
⑦对步骤⑥确定的最佳乳化沥青用量范围，再用扭剪试验确定最佳乳化沥青用量；
⑧确定出再生微表处混合料的配合比。
步骤⑤的和易性测试检验方法为，将已拌合均匀的沥青混合料通过加料口加入带有扭矩扳手的料桶中；校准测试仪的扭矩扳手；通过扭矩扳手带动搅拌轴以12r/min ～20r/min匀速旋转，在扭矩扳手上得到扭矩值，利用该扭矩值计算得到沥青混合料的和易性指数。
步骤⑦的扭剪试验方法为，成型30cm×30cm×5cm的车辙板；在沥青用量范围内变换不同的沥青用量，在车辙板上摊铺1cm厚的再生微表处混合料，常温下放置≥24h，使用环氧树脂胶将扭剪盘粘在铺有微表处混合料的车辙板上，25℃静置养生至少12h，然后将试件在40℃保温≥5个小时；使用扭矩扳手测定不同油石比再生微表处混合料的扭矩峰值，以与扭矩峰值对应的沥青用量作为最佳沥青用量。
步骤⑧的具体方法为，在①～⑦所确定的配比基础上，再对配比的再生微表处进行粘聚力试验、浸水6d的湿轮磨耗试验，再生微表处用于车辙填充时还需进行负荷车轮试验；当各项试验指标符合专业标准规范时，即确定①～⑦的配比为最佳配比，反之，改变试验条件，重复①～⑦的操作步骤。
步骤④中，优化改性乳化沥青的Vialet试验具体过程为，
a.将RAP料用4.75mm、9.5mm标准筛过筛，从粒径4.75-9.5mm的RAP料中取出接近立方体形状规则的集料49颗，选取几种改性乳化沥青参考《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）中T0660 沥青与集料的低温黏结性试验进行试验，计算集料残留率，各种改性乳化沥青进行两次平行试验，取平均值作为试验结果。所述集料残留率由下式确定，
；
b.比较各种改性乳化沥青对应的集料残留率，选择与最大集料残留率对应的改性乳化沥青进行后续配合比设计。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
本发明填补了RAP料在微表处中运用的技术空白，提出了基于扭剪试验的最佳沥青用量的确定方法。依据本方法所设计的再生微表处的路用性能优于普通微表处混合料，具有良好的推广价值。
下面通过实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的工艺方法流程图。
具体实施方式
现结合实施例及附图对本发明进一步说明，但是本发明不仅限于下述的实施方式。
1、本实施例选用的级配类型为MS-Ⅲ，其最大粒径为9.5mm，用9.5mm的标准筛筛除超粒径颗粒。
2、通过燃烧炉法和筛分试验确定RAP料矿料级配如表1所示：
表1 RAP料矿料级配
RAP料的沥青含量为4.3%。
3、目标级配如表2所示。
表2 MS-Ⅲ目标级配
目标级配与RAP料矿料级配各筛孔分计筛余及对应筛孔比值如下表3所示。
表3 筛分汇总结果表
表3最小比值为54%，确定用RAP来合成MS-3目标级配最大的RAP掺量为54%。本实施例选用30%、40%、50%三个掺量，各掺量对应的RAP料与新集料的比例为：1:2.24、1:1.44、1:0.96。
4、将RAP料用4.75mm、9.5mm标准筛过筛，从粒径4.75-9.5mm的RAP料中取出接近立方体形状规则的集料49颗与可供选择的A、B、C三种改性乳化沥青分别Vialet试验，试验结果如表4所示。
表4 不同改性乳化沥青与RAP料之间的黏结性试验结果
选择A型改性乳化沥青进行后续配合比设计。
5、利用沥青混合料和易性指数测试仪测试再生微表处在50s、70s、90s、110s、130s、150s、170s、190s、210s时的扭矩值，试验结果如下：
表5 掺加RAP料微表处混合料和易性测试结果（单位：N·m）
30%、40%、50%掺量再生微表处混合料实测扭矩和拌合时间之间的回归方程分别为：
W=0.08T+5.23
W=0.057T+4.006
W=0.044T+2.75
式中：W——和易性测试得到的扭矩值，N·m
T——微表处混合料拌合时间，S；
利用回归方程计算得到拌合120s时的扭矩值W标及实测的拌合时间为120s的扭矩值W实测如下表所示。
表6 再生微表处混合料120s扭矩值
掺加再生料的微表处混合料的和易性测试结果都满足W实测<W标，是满足工作性能要求。
6、改变沥青用量通过湿轮磨耗试验和负荷轮粘砂试验确定再生微表处的油量范围如下：
表7 再生微表处混合料油量范围
。
7、在沥青用量范围内变换不同的沥青用量进行扭剪试验，确定掺30%、40%及50%RAP再生料的最佳沥青用量分别为：6.0%、5.8%、5.5%。
8、对确定最佳油量的再生微表处进行了粘聚力试验、浸水6d的湿轮磨耗试验及负荷车轮试验，经试验其技术指标均符合技术规范要求，通过上1-7步骤确定的配比可作为最佳配比。浸水6d的湿轮磨耗试验及负荷车轮试验结果如下：
表8 再生微表处混合料浸水6d的湿轮磨耗试验结果
。
表9 再生微表处混合料负荷轮车辙试验结果
。

Claims (5)

1.一种基于扭剪试验的再生微表处混合料配合比的选配方法，其特征在于包括以下步骤：
①用与所选微表处级配的最大粒径对应的标准筛筛除大于该粒径的RAP料；
②确定RAP料的矿料级配及旧沥青含量AC；
③按以下方法确定RAP料与新集料的比例，
a.计算目标级配及RAP料矿料级配各筛孔分计筛余，计算各筛孔目标筛余和RAP筛余的比值，将该比值的最小值作为RAP矿料掺配比例的最大值Mmax,
b. 根据工程要求，选取小于Mmax的RAP矿料掺配比例M,
c. 确定RAP料与新集料的比例为1∶[M（1+AC）/（100-M）]；
④采用Vialet粘附性试验来优选改性乳化沥青；
⑤通过和易性测试检验初选用水量或者乳化沥青用量范围；
⑥通过粘聚力试验、浸水1h湿轮磨耗和负荷轮粘砂试验确定出最佳乳化沥青用量范围；
⑦对步骤⑥确定的最佳乳化沥青用量范围，再用扭剪试验确定最佳乳化沥青用量；
⑧确定出再生微表处混合料的配合比。
2.根据权利要求1所述的基于扭剪试验的再生微表处混合料配合比的选配方法，其特征在于：步骤⑤的和易性测试检验方法为，将已拌合均匀的沥青混合料通过加料口加入带有扭矩扳手的料桶中；校准测试仪的扭矩扳手；通过扭矩扳手带动搅拌轴以12r/min ～20r/min匀速旋转，在扭矩扳手上得到扭矩值，利用该扭矩值计算得到沥青混合料的和易性指数。
3.根据权利要求1所述的基于扭剪试验的再生微表处混合料配合比的选配方法，其特征在于：步骤⑦的扭剪试验方法为，成型30cm×30cm×5cm的车辙板；在沥青用量范围内变换不同的沥青用量，在车辙板上摊铺1cm厚的再生微表处混合料，常温下放置≥24h，使用环氧树脂胶将扭剪盘粘在铺有微表处混合料的车辙板上，25℃静置养生至少12h，然后将试件在40℃保温≥5个小时；使用扭矩扳手测定不同油石比再生微表处混合料的扭矩峰值，以与扭矩峰值对应的沥青用量作为最佳沥青用量。
4.根据权利要求1所述的基于扭剪试验的再生微表处混合料配合比的选配方法，其特征在于：步骤⑧的具体方法为，在①～⑦所确定的配比基础上，再对配比的再生微表处进行粘聚力试验、浸水6d的湿轮磨耗试验，再生微表处用于车辙填充时还需进行负荷车轮试验；当各项试验指标符合专业标准规范时，即确定①～⑦的配比为最佳配比，反之，改变试验条件，重复①～⑦的操作步骤。
5.根据权利要求1所述的基于扭剪试验的再生微表处混合料配合比的选配方法，其特征在于：
步骤④中，优化改性乳化沥青的Vialet试验具体过程为，
a.将RAP料用4.75mm、9.5mm标准筛过筛，从粒径4.75～9.5mm的RAP料中取出接近立方体形状规则的集料49颗，选取几种改性乳化沥青与集料的低温黏结性试验进行试验，计算集料残留率，各种改性乳化沥青进行两次平行试验，取平均值作为试验结果，集料残留率由下式确定，
；
b.比较各种改性乳化沥青对应的集料残留率，选择与最大集料残留率对应的改性乳化沥青进行后续配合比选定。
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