CN107337380A - 一种基于内摩擦角的乳化沥青冷再生混合料制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于内摩擦角的乳化沥青冷再生混合料制备方法，根据推荐级配范围调整再生材料级配；通过对再生混合料的土工击实试验确定最佳含水率与最大干密度；在最佳含水率下成型并养生试件，利用三轴压缩试验得出的内摩擦角确定最佳乳化沥青用量；在此最佳乳化沥青用量下通过干湿劈裂试验确定劈裂强度是否满足设计要求；根据确定的再生材料级配、最佳含水率及最佳沥青用量确定乳化沥青冷再生混合料配比，并进行混合料性能测试。本发明相比于现行基于干湿劈裂强度的乳化沥青混合料设计方法，在考虑材料抗拉强度的同时，更加针对地考虑了乳化沥青混合料使用过程中的剪切应变导致的永久变形或剪切破坏。

Description

一种基于内摩擦角的乳化沥青冷再生混合料制备方法
技术领域
本发明属于道路工程领域，具体涉及一种基于内摩擦角的乳化沥青冷再生混合料制备方法。
背景技术
乳化沥青冷再生是沥青类道路材料冷再生方面常用的技术之一，其能够充分发挥旧路面材料的剩余价值，符合低碳环保的大潮流。目前广泛使用的乳化沥青冷再生混合料设计方法是基于干湿劈裂强度指标的设计方法，其充分考虑了乳化沥青混合料的抗弯拉性能，但此方法也有其局限性：未充分考虑乳化沥青混合料的抗剪切性能，而随着交通量的不断增加，以及乳化沥青冷再生混合料层位的不断上提，剪切应变不断积累造成的永久变形正是目前乳化沥青冷再生混合料使用过程中最为主要的破坏形式之一。因此，现存设计方法的局限性导致其不能完全保证乳化沥青混合料的服务性能。
发明内容
本发明为了在设计中考虑乳化沥青混合料抗拉性能的同时，更好地考虑混合料的抗剪切性能，发明了基于内摩擦角的乳化沥青冷再生混合料设计方法。该方法以乳化沥青混合料内摩擦角为主要指标，反映混合料的抗剪切性能，同时兼顾了混合料抗弯拉性能，其能够更好地保证设计出的乳化沥青混合料在使用过程中的服务性能。
本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种基于内摩擦角的乳化沥青冷再生混合料制备方法，包括如下步骤：
(a)回收分析铣刨料后，调整级配至满足规定级配范围
首先获取原沥青路面铣刨材料，该材料主要包括废旧沥青、粗砂和细砂，将材料进行烘干至恒重，再通过抽提和筛分实验对回收的材料进行级配分析，将分析结果与《公路沥青路面再生技术规范》中5.4.2乳化沥青冷再生混合料设计级配范围对比，调整级配至满足要求；
(b)通过击实试验确定最佳含水率
基于步骤(a)调整得到的最佳级配，在得到的最佳级配中加入乳化沥青，乳化沥青用量为原料烘干重量的4％，加入外掺水以调整含水率为1％、2％、3％、4％、5％、6％和7％，分别制作试件，对各试件分别进行击实试验，确定最大干密度对应的含水率，该含水率为最佳含水率；
(c)选取乳化沥青最佳用量
基于步骤(a)调整得到的最佳级配，且在步骤(b)得出的最佳含水率下进行击实成型三轴压缩试验试件，试件沥青用量分别选择2％、3％、4％、5％，且成型试件时需采用经过改进的马歇尔击实仪，以成型尺寸适合三轴试验的试件；
对击实后的试件进行养生，在养生后进行固结排水三轴压缩试验，分别得出不同沥青用量下的试件内摩擦角，并绘制沥青用量-内摩擦角曲线，确定内摩擦角最大的沥青用量作为最佳沥青用量；
(d)在步骤(b)得到的最佳含水率与步骤(c)得到的最佳沥青用量的基础上成型试件，测定干湿劈裂强度是否满足《公路沥青路面再生技术规范》中5.4.3乳化沥青冷再生混合料设计技术要求，若不满足则重新选择不同级配设计，重复该方法的设计步骤，直至满足要求；
(e)将最佳级配、最佳含水率与最佳乳化沥青用量组合形成最终的乳化沥青混合料设计方案，对最终的乳化沥青混合料进行混合料性能检测，完成混合料最终配合比设计。
进一步的，所述步骤(b)中对各试件分别进行击实试验，确定最大干密度对应的含水率，具体为：按照《公路土工试验规程》JTG E40-2007中T 0131-2007的方法，将试件放在25℃烘箱中闷料24h后，通过重型击实方法分层击实，得到不同含水率下的湿密度，计算得到干密度，绘制干密度—含水率曲线，曲线峰值时所对应的含水率即为最佳含水率。
进一步的，所述步骤(c)中的击实方法和养生条件具体为：将成型后的试件双面击实50次，不脱模侧放于60℃鼓风烘箱中养生40h，将在鼓风烘箱中养生过的试件从烘箱中取出后，立即运用马歇尔击实仪进行马歇尔双面击实25次，冷却后将试件浸于20℃水中养生24h。
进一步的，所述步骤(d)中测定干湿劈裂强度，具体为：在步骤(b)的最佳含水率与步骤(c)中的最佳沥青用量下成型试件，将试件双面击实50次，不脱模侧放于60℃鼓风烘箱中养生40h，将试件从烘箱中取出后，立即马歇尔双面击实25次，然后将所有试件等分为2组：第一组置于室温冷却24h，用于测定干劈裂强度；另一组置于25℃水浴养生24h，用于测定湿劈裂强度，最后在15℃下，分别测试其干湿劈裂强度，并计算劈裂强度比。
进一步的，步骤(e)中混合料性能的检测，具体为：分别采用步骤(a)中的材料级配、步骤(b)的最佳含水率与步骤(c)中的最佳沥青用量成型马歇尔试件，将成型后的试件双面击实50次，不脱模侧放于60℃鼓风烘箱中养生40h，将在鼓风烘箱中养生过的试件从烘箱中取出后，立即运用马歇尔击实仪进行马歇尔双面击实25次，在室温下冷却24h，然后按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTJ052-2000中T0729-2000、T0719-1993的方法，对试件分别进行冻融劈裂试验及车辙试验，以检验混合料的水稳定性和高温稳定性；
冻融劈裂试验结果需满足现行《公路沥青路面再生技术规范》JTG F41-2008中5.4.3乳化沥青混合料设计指标规定要求，车辙试验的结果需满足《公路工程施工技术规范》中的指标要求。
本发明的有益效果为：
本发明提供的基于内摩擦角的乳化沥青冷再生混合料制备方法，在乳化沥青用量选择中配合以浸水养生、固结排水三轴压缩试验等措施，以内摩擦角为主要参考指标，以干湿劈裂强度为检验指标。在针对由于剪切应变不断积累造成的永久变形进行设计的同时，兼顾了混合料的抗弯拉性能。因此此法制备出的乳化沥青混合料在实际使用过程中能够达到更好的使用性能。
附图说明
图1是本发明的乳化沥青冷再生混合料设计方法流程图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种基于内摩擦角的乳化沥青冷再生混合料制备方法，包括如下步骤：
(a)回收分析铣刨料后，调整级配至满足规定级配范围
首先获取原沥青路面铣刨材料，该材料主要包括废旧沥青、粗砂和细砂，将材料进行烘干至恒重，去除回收材料中的水分。再通过抽提和筛分实验对回收的材料进行级配分析，将分析结果与《公路沥青路面再生技术规范》中5.4.2乳化沥青冷再生混合料设计级配范围对比，调整级配至满足要求。应注意再生材料缺乏细集料，级配设计中对细集料需要进行适当补充。
(b)通过击实试验确定最佳含水率
基于步骤(a)调整得到的最佳级配，在得到的最佳级配中加入乳化沥青，乳化沥青用量为原料烘干重量的4％，加入外掺水以调整含水率为1％、2％、3％、4％、5％、6％和7％，分别制作试件。按照《公路土工试验规程》JTG E40-2007中T 0131-2007的方法，将各试件放在25℃烘箱中闷料24h后，通过重型击实方法分层击实，得到不同含水率下的湿密度，计算得到干密度，绘制干密度—含水率曲线，曲线峰值时所对应的含水率即为最佳含水率。
(c)选取乳化沥青最佳用量
基于步骤(a)调整得到的最佳级配，且在步骤(b)得出的最佳含水率下进行击实成型三轴压缩试验试件，试件沥青用量分别选择2％、3％、4％、5％，且成型试件时需采用经过改进的马歇尔击实仪，以成型尺寸适合三轴试验的试件。
将成型后的试件双面击实50次，不脱模侧放于60℃鼓风烘箱中养生40h，将在鼓风烘箱中养生过的试件从烘箱中取出后，立即运用马歇尔击实仪进行马歇尔双面击实25次，冷却后将试件浸于20℃水中养生24h。成型试件时亦可先采用传统马歇尔击实仪成型，经过60℃鼓风烘箱中养生40h后采用钻取芯样的方法钻取尺寸适合三轴试验的试件，再将钻取的试件置于20℃水中养生24h。
将经过24h浸水养生的试件取出后立即进行固结排水三轴压缩试验，分别得出不同沥青用量下的试件内摩擦角，并绘制沥青用量-内摩擦角曲线，确定内摩擦角最大的沥青用量作为最佳沥青用量。其中三轴实验时施荷速率可自行选择，其对结果无影响，试验温度宜在20℃室温下进行。
(d)在步骤(b)的最佳含水率与步骤(c)中的最佳沥青用量下成型试件，将试件双面击实50次，不脱模侧放于60℃鼓风烘箱中养生40h，将试件从烘箱中取出后，立即马歇尔双面击实25次，然后将所有试件等分为2组：第一组置于室温冷却24h，用于测定干劈裂强度；另一组置于25℃水浴养生24h，用于测定湿劈裂强度，最后在15℃下，分别测试其干湿劈裂强度，并计算劈裂强度比。
测定干湿劈裂强度是否满足《公路沥青路面再生技术规范》中5.4.3乳化沥青冷再生混合料设计技术要求，若不满足则重新选择不同级配设计，重复该方法的设计步骤，直至满足要求。
(e)将最佳级配、最佳含水率与最佳乳化沥青用量组合形成最终的乳化沥青混合料设计方案，对最终的乳化沥青混合料进行混合料性能检测，完成混合料最终配合比设计。
分别采用步骤(a)中的材料级配、步骤(b)的最佳含水率与步骤(c)中的最佳沥青用量成型马歇尔试件，将成型后的试件双面击实50次，不脱模侧放于60℃鼓风烘箱中养生40h，将在鼓风烘箱中养生过的试件从烘箱中取出后，立即运用马歇尔击实仪进行马歇尔双面击实25次，在室温下冷却24h，然后按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTJ052-2000中T 0729-2000、T0719-1993的方法，对试件分别进行冻融劈裂试验及车辙试验，以检验混合料的水稳定性和高温稳定性。
冻融劈裂试验结果需满足现行《公路沥青路面再生技术规范》JTG F41-2008中5.4.3乳化沥青混合料设计指标规定要求，车辙试验的结果需满足《公路工程施工技术规范》中的指标要求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于内摩擦角的乳化沥青冷再生混合料制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(a)回收分析铣刨料后，调整级配至满足规定级配范围
首先获取原沥青路面铣刨材料，该材料主要包括废旧沥青、粗砂和细砂，将材料进行烘干至恒重，再通过抽提和筛分实验对回收的材料进行级配分析，将分析结果与《公路沥青路面再生技术规范》中5.4.2乳化沥青冷再生混合料设计级配范围对比，调整级配至满足要求；
(b)通过击实试验确定最佳含水率
基于步骤(a)调整得到的最佳级配，在得到的最佳级配中加入乳化沥青，乳化沥青用量为原料烘干重量的4％，加入外掺水以调整含水率为1％、2％、3％、4％、5％、6％和7％，分别制作试件，对各试件分别进行击实试验，确定最大干密度对应的含水率，该含水率为最佳含水率；
(c)选取乳化沥青最佳用量
基于步骤(a)调整得到的最佳级配，且在步骤(b)得出的最佳含水率下进行击实成型三轴压缩试验试件，试件沥青用量分别选择2％、3％、4％、5％，且成型试件时需采用经过改进的马歇尔击实仪，以成型尺寸适合三轴试验的试件；
对击实后的试件进行养生，在养生后进行固结排水三轴压缩试验，分别得出不同沥青用量下的试件内摩擦角，并绘制沥青用量-内摩擦角曲线，确定内摩擦角最大的沥青用量作为最佳沥青用量；
(d)在步骤(b)得到的最佳含水率与步骤(c)得到的最佳沥青用量的基础上成型试件，测定干湿劈裂强度是否满足《公路沥青路面再生技术规范》中5.4.3乳化沥青冷再生混合料设计技术要求，若不满足则重新选择不同级配设计，重复该方法的设计步骤，直至满足要求；
(e)将最佳级配、最佳含水率与最佳乳化沥青用量组合形成最终的乳化沥青混合料设计方案，对最终的乳化沥青混合料进行混合料性能检测，完成混合料最终配合比设计。
2.如权利要求1所述的一种基于内摩擦角的乳化沥青冷再生混合料制备方法，其特征在于：所述步骤(b)中对各试件分别进行击实试验，确定最大干密度对应的含水率，具体为：按照《公路土工试验规程》JTG E40-2007中T 0131-2007的方法，将试件放在25℃烘箱中闷料24h后，通过重型击实方法分层击实，得到不同含水率下的湿密度，计算得到干密度，绘制干密度—含水率曲线，曲线峰值时所对应的含水率即为最佳含水率。
3.如权利要求1所述的一种基于内摩擦角的乳化沥青冷再生混合料制备方法，其特征在于：所述步骤(c)中的击实方法和养生条件具体为：将成型后的试件双面击实50次，不脱模侧放于60℃鼓风烘箱中养生40h，将在鼓风烘箱中养生过的试件从烘箱中取出后，立即运用马歇尔击实仪进行马歇尔双面击实25次，冷却后将试件浸于20℃水中养生24h。
4.如权利要求1所述的一种基于内摩擦角的乳化沥青冷再生混合料制备方法，其特征在于：所述步骤(d)中测定干湿劈裂强度，具体为：在步骤(b)的最佳含水率与步骤(c)中的最佳沥青用量下成型试件，将试件双面击实50次，不脱模侧放于60℃鼓风烘箱中养生40h，将试件从烘箱中取出后，立即马歇尔双面击实25次，然后将所有试件等分为2组：第一组置于室温冷却24h，用于测定干劈裂强度；另一组置于25℃水浴养生24h，用于测定湿劈裂强度，最后在15℃下，分别测试其干湿劈裂强度，并计算劈裂强度比。
5.如权利要求1所述的一种基于内摩擦角的乳化沥青冷再生混合料制备方法，其特征在于：步骤(e)中混合料性能的检测，具体为：分别采用步骤(a)中的材料级配、步骤(b)的最佳含水率与步骤(c)中的最佳沥青用量成型马歇尔试件，将成型后的试件双面击实50次，不脱模侧放于60℃鼓风烘箱中养生40h，将在鼓风烘箱中养生过的试件从烘箱中取出后，立即运用马歇尔击实仪进行马歇尔双面击实25次，在室温下冷却24h，然后按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTJ052-2000中T 0729-2000、T0719-1993的方法，对试件分别进行冻融劈裂试验及车辙试验，以检验混合料的水稳定性和高温稳定性；
冻融劈裂试验结果需满足现行《公路沥青路面再生技术规范》JTG F41-2008中5.4.3乳化沥青混合料设计指标规定要求，车辙试验的结果需满足《公路工程施工技术规范》中的指标要求。
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