CN105893688A - 一种基于性能的排水型沥青稳定碎石配合比设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种既具有一定排水能力、且各项路用性能良好，可用于沥青路面下面层的排水型粗集料间断半开级配改性沥青稳定碎石混合料的配合比设计方法。首先在沥青稳定碎石的级配范围内初拟几组粗集料间断（通常间断4.75mm或9.5mm）的级配，进行各级配的粗集料干捣试验测定粗骨料的间隙率，计算出各级配在预估油石比范围内的理论空隙率；然后对计算空隙率符合要求的级配成型试件，采用真空密封水中重法实测其空隙率；对实测空隙率符合要求的级配，成型试件进行各项路用性能试验（包括水稳定性、抗车辙性能、抗疲劳性能、抗反射裂缝能力等），最终选择空隙率符合要求，且各项性能满足要求的级配作为设计级配。

Description

一种基于性能的排水型沥青稳定碎石配合比设计方 法

技术领域

本发明涉及一种基于性能的排水型粗集料间断半开级配改性沥青稳定碎石配合比设计方法，属于交通运输工程领域。

背景技术

到目前为止，我国“规范”中只有密级配沥青稳定碎石(ATB)和开级配沥青稳定碎石(ATPB)的配合比设计，没有提供半开级配的沥青稳定碎石的配合比设计方法。而且，“规范”的沥青稳定碎石配合比设计方法为马歇尔设计法。该法采用击实法成型圆柱体试件，然后通过测定其体积参数、稳定度和流值等参数，通过分析各指标随油石比的变化，确定最佳油石比。该法是一个经验性的设计方法，体积参数符合规范要求的混合料，其路用性能并不一定好。

本发明人通过对沥青稳定碎石的原材料选择、级配组成及其对混合料的性能影响的分析，提出了可以设计一种粗集料间断半开级配的改性沥青稳定碎石混合料(PGSOG)，使其具有一定的排水能力，可以排除渗入到路面结构内部的水分，避免水分滞留在路面结构内部引起水损害，而且其抗反射裂缝能力、抗疲劳能力、抗车辙能力均优于常规的沥青稳定碎石，将其用于沥青混凝土路面结构中将能够保证沥青路面的路用性能和使用寿命。显然，现有的级配设计方法不能满足这种新材料的级配设计要求，需提出一种基于性能的配合比设计方法。

发明内容

本发明提出了一种基于沥青稳定碎石的路用性能的排水型粗集料间断半开级配沥青稳定碎石(PGSOG)的配合比设计方法。采用该方法可以设计出具有一定排水能力且抗反射裂缝能力、抗疲劳性能和抗车辙性能优良的沥青稳定碎石混合料。

一种基于性能的排水型粗集料间断半开级配沥青稳定碎石配合比设计方法，其特征在于，该设计方法的步骤为：

(1)根据沥青稳定碎石的级配范围初步拟定几种粗集料间断(通常是间断4.75mm或9.5mm粒径的集料)的半开级配。

(2)对初拟级配的粗集料进行干捣试验，实测其粗骨料的矿料间隙率VCA_DRY。

VCA_DRC＝(1-GCA_DRC/G_b.ca) (1)

式中：VCA_DRC为粗集料干捣实孔隙率(％)；GCA_DRC为粗集料干捣实密度(g·cm^-3)；G_b.ca为粗集料的毛体积密度(g·cm^-3)。

(3)根据级配及各粒径集料的视密度计算出不同油石比时混合料的空隙率：

$V_a={\mathrm{VCA}}_{DRC}-\frac{P_{fa}/G_{b.fa}+P_{fi}/G_{a.fi}+P_B/G_B}{P_{ca}/{\mathrm{GCA}}_{DRC}}---\left(2\right)$

式中：V_a为沥青混凝土中的空隙率(％)；P_B为油石比(％)；G_b.fa为细集料的毛体积密度(g·cm^-3)；G_a.f为填料的视密度(g·cm^-3)；G_B为沥青的密度(g·cm^-3)。P_ca为矿料级配中粗集料的质量分数(％)；P_fa为矿料级配中细集料的质量分数(％)；P_fi为矿料级配中小于0.075mm填料的质量分数(％)。

(4)选择计算空隙率满足要求的级配(考虑到测定矿料间隙率的干捣不同于试件成型时的击实，所以计算空隙率与实际空隙率之间定会存在误差，可以将计算空隙率的控制范围放宽2％)，成型试件后采用真空密封水中重法实测其空隙率。

(5)对实测空隙率符合要求的级配，成型试件分别进行各项性能试验：

①抗浸水车辙性能：成型尺寸为300mm×300mm×80mm的试件，采用汉堡车辙仪进行60℃条件下的浸水车辙试验，取钢轮运行3万次后的车辙深度(单位：mm)作为试验结果；

②抗疲劳性能：成型尺寸为300mm*60mm*80mm的试件，对其进行试验温度20℃，加载频率10Hz，加载波形为半正弦波，循环特征值ρ＝Pmin/Pmax＝0.3KN/3KN＝0.1的疲劳试验。以试件完全断裂时的加载次数作为疲劳寿命(单位：次)；

③抗反射裂缝能力：在长30cm、宽6cm、厚5cm的水泥混凝土试件中部预制1cm宽的裂缝，用于模拟半刚性基层开裂；在其上表面涂一层粘层油，然后在其上成型8cm厚的设计沥青稳定碎石混合料形成复合试件。然后，在15℃的环境条件下，在沥青层的顶部、水泥混凝土缝中部对应的位置施加往复的垂直荷载，荷载大小为0.7MPa，加载波形为半正弦波，加载频率为10Hz进行循环加载试验。试验得到沥青层完全断裂时的荷载作用次数(单位：万次)，用于评定沥青混合料的抗反射裂缝能力。

(6)最后，在各指标均符合表1规定的级配中优选出一个级配作为优选级配。

表1 PGSOG的技术要求

评定指标	技术要求
		空隙率(％)	10～13
车辙深度(mm)	≤15.0
		疲劳寿命(次)	≥1500
抗反射裂缝能力(万次)	≥12.0

具体实施方式

下面以PGSOG-25混合料配合比设计为实施例对本发明作进一步的详细说明。需要说明的是，以下的实施例只是本发明较优的例子，并非对本发明作任何的限制。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

(1)根据级配范围初步拟定几种间断4.75mm或9.5mm粒径的粗集料间断级配，见表2所示。

表2 初拟级配

(2)对上述4种级配的粗集料(≥4.75mm)进行干捣试验，实测其粗骨料的矿料间隙率VCA_DRC。干捣试验结果如下：

表3.各级配干捣试验结果

(3)根据级配及各粒径集料的视密度计算出不同油石比时的空隙率，见表4所示，可以看出级配2的计算空隙率偏大，予以舍去。

表4.各级配在不同油石比下的计算空隙率

(4)选择计算空隙率满足要求的级配1、级配3和级配4，采用旋转压实成型试件，用真空密封水中重法实测其空隙率，其值见表5所示。可见级配4空隙率不满足要求，予以舍去。

表5.真空密封法测得的各级配空隙率

(5)对级配1和级配3不同油石比的混合料成型试件进行路用性能(包括浸水汉堡车辙、疲劳、抗反射裂缝)试验。试验结果分别见表6～表8。

表6.各级配混合料的浸水车辙深度

表7.各级配混合料的疲劳寿命

表8.各级配混合料的抗反射裂缝能力

综合分析表6～表8的不同级配混合料的各项性能试验结果，及表1的技术要求，可确定级配3为最优级配，油石比选择3.8％，空隙率为12.2％。即通过基于性能的排水型粗集料间断半开级配沥青稳定碎石配合比设计方法，设计出了空隙率满足要求，且水稳定性、抗车辙性能、抗疲劳性能、抗反射裂缝能力均符合技术要求的PGSOG-25混合料。

Claims (5)

1.一种基于性能的排水型粗集料间断半开级配沥青稳定碎石配合比设计方法，其特征在于，所述的设计步骤包括：

(1)根据规范的级配范围初步拟定几种粗集料间断半开级配曲线，通常可间断4.75mm或9.5mm粒径集料。

(2)对初拟级配的粗集料进行干捣试验，实测其粗骨料的矿料间隙率VCA_DRC。

(3)根据级配及各粒径集料的视密度计算出不同油石比时的空隙率，根据计算出的混合料空隙率对级配进行一个初步的取舍。

(4)选择计算空隙率满足要求的级配，成型试件，采用真空密封水中重法实测其空隙率。

(5)对空隙率符合要求的级配，成型试件进行路用性能(包括水稳定性、高温抗车辙性能、抗疲劳性能、抗反射裂缝能力)对比试验。然后选择空隙率、各项性能均符合技术要求的级配作为设计级配。

2.根据权利要求1所述的基于性能的排水型粗集料间断半开级配沥青稳定碎石配合比设计方法，其特征在于，所述步骤(5)中，各项性能的技术要求为：

3.根据权利要求1所述的基于性能的排水型粗集料间断半开级配沥青稳定碎石配合比设计方法，其特征在于，所述步骤(4)中，考虑到设计混合料的空隙率较大，提出采用真空密封水中重法测定其空隙率。

4.根据权利要求1所述的基于性能的排水型粗集料间断半开级配沥青稳定碎石配合比设计方法，其特征在于，所述步骤(5)中，设计混合料的水稳定性和抗车辙性能通过浸水汉堡车辙试验确定。

5.根据权利要求1所述的基于性能的排水型粗集料间断半开级配沥青稳定碎石配合比设计方法，其特征在于，所述步骤(5)中，通过设计一种模拟半刚性基层开裂后的沥青层在循环荷载作用下的反射裂缝发生、发展过程的试验来评定设计沥青混合料的抗反射裂缝能力。