CN106277939A - 一种基于等效原理的沥青混合料细观组分材料的等效基体配合比设计方法 - Google Patents

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李友云
胡迪
郑新波
蔡彰
胡小松
刘泽
张鹏
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Abstract

本发明公布了一种基于等效原理的沥青混合料细观组分材料的等效基体配合比设计方法，该方法的步骤是，确定沥青混合料配合比、确定沥青混合料细观组分材料等效基体的集料级配、确定沥青混合料及其细观组分的等效基体集料的比表面积、确定沥青混合料细观组分材料的等效基体配合比。采用本发明设计的沥青混合料细观组分材料的等效基体试件，能用于室内力学实验来研究沥青混合料中基体成分的力学性能，并获取相关力学参数，为细观状态下沥青混合料的力学数值分析打下基础，为工程设计指标提供细观分析的力学控制指标。

Description

一种基于等效原理的沥青混合料细观组分材料的等效基体配合比设计方法
技术领域
本发明涉及一种基于等效原理的沥青混合料等效基体配合比设计方法，主要应用于交通土建工程领域。
背景技术
传统的设计方法将沥青混合料视为一种均质材料，使得沥青路面在设计年限内提前出现许多工程病害，实际上沥青混合料是一种非均匀、非连续的复合材料；目前，沥青混合料细观结构的获取及细观力学分析成为了国内外学者们研究的热点；利用两步法的研究观点，可以将沥青混合料看成由骨料和等效基体两种材料组成，对于一个全级配试件，骨料的力学参数即为粗集料的力学参数，而细观组分材料等效基体力学参数的获取成为了一个重点；现有方法是采用固定粉胶比的方法确定沥青混合料细观组分材料的等效基体试件中的沥青用量，然后通过室内试验获取细观组分材料等效基体试件的力学参数。
上述设计方法存在以下不足之处：
采用固定粉胶比原则设计沥青混合料细观组分材料的等效基体，只考虑了粒径在0.075mm以下的粉料对沥青用量的影响，没有将各档集料对沥青用量的影响综合考虑进去。
发明内容
本发明的目的在于克服上述方法的缺点，提供一种基于等效原理的沥青混合料细观组分材料的等效基体配合比设计方法，其原理在于：利用剩余各档集料质量比不变和集料比表面积与沥青用量之比不变（即：沥青膜厚度不变）的原理设计等效基体试件；基于该原理的沥青混合料等效基体配合比设计方法步骤如下：
1. 一种基于等效原理的沥青混合料等效基体的配合比设计方法，其特征在于，该方法按照以下步骤进行：
1）对原材料进行试验，各项指标须符合规范各项要求；
2）沥青混合料配合比设计：根据规范对集料筛分通过率上下限的规定，确定各档集料的筛分通过率，根据马歇尔实验确定最佳油石比，由美国沥青协会提供的集料比表面积计算公式，计算集料的比表面积，进而得到集料表面附属沥青的沥青膜平均厚度；
3）细观组分材料的等效基体配合比设计：逐级去除上一级集料，按剩余各档集料质量比不变的原则确定等效基体中各档集料的筛分通过率，同样由美国沥青协会提供的集料比表面积计算公式，分别计算各等效基体中集料的比表面积，根据集料比表面积与沥青用量之比保持不变的原则确定各等效基体的沥青用量，即：根据集料表面层附属的沥青膜平均厚度相等的原则确定各等效基体的沥青用量。
采用本发明设计的沥青混合料等效基体试件，能用于室内力学实验来研究沥青混合料中基体成分的力学性能，并获取相关力学参数，为细观状态下沥青混合料的力学数值分析打下基础。
具体实施方式
采用上述等效方法设计沥青混合料细观组分材料等效基体配合比时，可适用于任何级配沥青混合料。这里以AC-13F沥青混合料为例，采用东海石油SBS改性沥青，集料为玄武岩。原材料的具体性能指标及相关试验结果分别见表1、2。
表1 SBS(I-D)改性沥青指标
表2 集料的压碎值、磨光及磨耗值
检测结果显示，原材料各项性能指标都满足规范的要求。
AC-13F级配设计
沥青混合料配合比设计的内容包括集料筛分通过百分率及油石比的确定。根据规范对集料筛分通过百分率上下限的规定，合理的确定集料筛分通过百分率，由马歇尔实验测得的稳定度、密度和空隙率综合确定沥青的最佳用量；最终确定的沥青混合料配合比设计如表3。
表3 AC-13F沥青混合料级配
细观组分材料的等效基体配合比设计
逐级去除上一级集料，剩余集料与沥青的混合料都可视为基体，本发明设计了五种类型的等效基体；为了表述方便，这里类比AC-13的含义，如AC-4.75意思是逐级去除不小于9.5mm的集料，利用上述等效基体配合比设计方法得到的试件，也即此试件中包含最大颗粒粒径在4.75mm～9.5mm之间；等效基体级配设计这里以AC-1.18为例进行说明了，以AC-13F沥青混合料配合比为依据，去除粒径不小于2.36mm的集料，利用剩余各档集料质量比不变及集料比表面积与沥青用量比值不变的原则设计基体试件；经计算，基体集料的级配如表4。
表4 AC-1.18集料级配
假设沥青油膜厚度一定，则沥青的用量与集料的总表面积成正比，即：单位质量的集料表面积越大，油石比也就越大，由美国沥青协会提供的比表面积SA的计算公式：
SA=0.41+0.41a+0.82b+1.64c+2.87d+6.14e+12.29f+32.77g
式中：a、b、c、d、e、f、g分别代表方形集料在筛孔孔径分别为4.75、2.36、1.18、0.6、0.3、0.15、0.075mm的通过百分率，具体计算见下表。
表5 AC-13比表面积计算表
表6 AC-1.18等效基体比表面积计算表
由以上两表可知，AC-13F沥青混合料的总比表面积为6.187m2/kg,基体总比表面积为14.36 m2/kg，由于AC-13F沥青混合料的油石比Pa=5.3%，由此可以得到AC-1.18基体试件的油石比Pa’
油石比：
沥青膜厚度：
根据AC-1.18等效基体的配合比设计过程，我们同样可以得到其他各级等效基体配合比设计方案，具体过程不再详述；其他各级等效基体配合比如下表。
表7 各级等效基体级配表
经此步奏，即获AC-13F沥青混合料不同最大公称粒径的细观组分材料的等效基体配合比设计。
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，本发明不限于该实施例。可推广至任何级配沥青混合料细观组分材料等效基体的配合比设计，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，所作出若干简单的推演或替换，都应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于等效原理的沥青混合料细观组分材料的等效基体配合比设计的方法，其特征在于，该方法按照以下步骤进行：
1）对原材料进行试验，各项指标须满足规范各项要求；
2）沥青混合料配合比设计：根据规范对集料筛分通过率上下限的规定，确定各档集料的筛分通过率，根据马歇尔实验确定最佳油石比，由美国沥青协会提供的集料比表面积计算公式，计算集料的比表面积，进而得到集料表面附属沥青的沥青膜平均厚度；
3）细观组分材料的等效基体配合比设计：逐级去除上一级集料，按剩余各档集料质量比不变的原则确定等效基体中各档集料的筛分通过率，同样由美国沥青协会提供的集料比表面积计算公式，分别计算各级等效基体中集料的比表面积，根据集料比表面积与沥青用量之比保持不变的原则确定各等效基体的沥青用量，即：根据集料表面层附属的沥青膜平均厚度相等的原则确定各等效基体的沥青用量。
2.根据权利要求1所述的一种基于等效原理的沥青混合料细观组分材料的等效基体配合比设计方法，其特征在于：沥青膜厚度相同，剩余各档集料质量比相等。
3.根据权利要求1所述的一种基于等效原理的沥青混合料细观组分材料的等效基体配合比设计方法，其特征在于：适应于任何级配沥青混合料任意最大公称粒径细观组分材料的等效基体配合比设计。
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