CN107964845A - 一种再生沥青混合料级配合成方法 - Google Patents

一种再生沥青混合料级配合成方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及沥青混合料级配技术领域，具体公开一种再生沥青混合料级配合成方法。本发明假设：再生沥青混合料中旧集料的掺配率为d，旧集料在各孔径的通过率为bn，推荐级配为cn，新集料的掺配率xn，通过建立级配合成方程组，提出一种能够精确合成推荐级配的再生沥青混合料的级配合成方法，能够充分发挥集料的性能减少资源的浪费提高再生沥青混合料的使用性能。

Description

一种再生沥青混合料级配合成方法
技术领域
本发明涉及沥青混合料级配技术领域，尤其涉及一种再生沥青混合料级配合成方法。
背景技术
目前，我国规范《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40——2004)和《公路沥青路面再生技术规范》(JTG F41-2008)中热拌沥青混合料路面配合比和冷拌沥青混合料配合比设计中只是对根据最大公称粒径大小对集料级配孔径通过率的范围作了明确规定，对于沥青混合料级配的合成没有明确的合成方法。而《公路工程集料试验规程》(JTG E42-2005)(Test Methods of Aggregate for Highway Engineering)中对集料的筛分方法和矿料的级配曲线作了明确规定，对级配合成方法没有相应的解析，《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》也只是给出了沥青混合料级配的检验方法，没有级配合成方法的说明。国内对于再生沥青混合料级配合成方法多种多样，但其合成的级配均与推荐合成级配之间仍有所出入，有的孔径合成结果的通过率高于推荐通过率，有的合成结果的通过率又低于推荐通过率。这不仅使得所合成的级配达不到相应的效果导致再生沥青混合料的使用性能下降，更会因为合成结果的不合理造成资源的浪费。鉴于目前国内沥青混合料级配合成方法的局限性。
发明内容
针对现有合成的级配达不到相应的效果等问题，本发明提供一种再生沥青混合料级配合成方法。
为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：
一种再生沥青混合料级配合成方法，设：再生沥青混合料中旧集料的掺配率为d，旧集料在各孔径的通过率为bn，推荐级配为cn，新集料的掺配率xn，其中n指级配级数，n＝1代表粒径为0-0.075mm以此类推，所述合成方法至少包括以下步骤：
步骤1、计算旧沥青混合料集料各孔径的通过率；
步骤2、参考《公路沥青路面施工技术规范》，选择合成级配；
步骤3、根据步骤1和步骤2的结果确定旧料级配为b1、b2、…、bn和推荐级配c1、c2、…、cn的值；
步骤4：建立级配合成的方程组，
x1+d×b1＝c1 (1)
x1+x2+d×b2＝c2 (2)
x1+x2+x3+d×b3＝c3 (3)
…
x1+…+xn+d×bn＝cn(n)
并将b1、b2、…、bn和c1、c2、…、cn的值带入方程组中，得出新集料各粒径的掺入率x1、x2、…、xn的值。
相对于现有技术，本发明提供的再生沥青混合料级配合成方法，具有以下优势：
(1)与现有的级配合成方法相比，本发明通过建立级配方程组，将级配的合成具体化，减少了级配合成依赖个人经验的局限性，合成的结果更加科学合理。
(2)与现有的级配合成方法相比，本发明对再生沥青混合的级配合成能够更为精确的合成任意推荐级配。
(3)本发明通过建立级配合成的方程组证明合成推荐级配的各粒径集料的最佳掺入率有且仅有一组，且能够通过对级配合成的方程组进行求解得出各粒径集料的最佳掺入率。
(4)本发明得出的级配合成结果是唯一的且为最佳合成结果，减少了研究过程中集料级配合成的变量，有利于对再生沥青混合料的研究和性能评价。
(5)本发明的再生沥青混合料级配合成方法操作简单，计算简便，并且有现成的计算公式既可通过手算，也可通过计算机编程进行电脑自动合成。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种再生沥青混合料级配合成方法，设：再生沥青混合料中旧集料的掺配率为d，旧集料在各孔径的通过率为bn，推荐级配为cn，新集料的掺配率xn，其中n指级配级数，n＝1代表粒径为0-0.075mm以此类推，所述合成方法至少包括以下步骤：
步骤1、计算旧沥青混合料集料各孔径的通过率；
步骤2、参考《公路沥青路面施工技术规范》，选择合成级配；
步骤3、根据步骤1和步骤2的结果确定旧料级配为b1、b2、…、bn和推荐级配c1、c2、…、cn的值；
步骤4：建立级配合成的方程组，
x1+d×b1＝c1 (1)
x1+x2+d×b2＝c2 (2)
x1+x2+x3+d×b3＝c3 (3)
…
x1+…+xn+d×bn＝cn(n)
并将b1、b2、…、bn和c1、c2、…、cn的值带入方程组中，得出新集料各粒径的掺入率x1、x2、…、xn的值。
与现有的级配合成方法相比，本发明通过建立级配合成方程组，将级配的合成具体化，减少了级配合成依赖个人经验的局限性，合成的结果更加科学合理。
根据《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)沥青混合料矿料级配的设计范围，设：再生沥青混合料中旧集料的掺配率为d，其他参数设置如下表1所示：
表1
其中，所述新集料的掺配率xn满足：x1∈(0，0.075)；x2∈(0.075，0.15)；x3∈(0.15，0.3)；…；xn∈(mn-1，mn)。
优选地，对旧沥青混合料集料采用水筛法筛分试验得出各孔径的通过率，所述旧沥青混合料集料各孔径的通过率为其中m总：除去损耗的总质量；m余：筛上剩余质量；∑mi-1：孔径小于该孔径的筛余质量之和。
根据《沥青及沥青混合料实验教程》规定沥青混合料必须采用水洗法试验，用水筛法对旧沥青混合料的集料(简称旧集料)进行筛分试验，其操作步骤有：
步骤A：取一份旧集料试验置于105℃±5℃的烘箱中至恒重，称取此时的旧集料的质量(m0)；
步骤B：将称取的旧集料置于搪瓷盆中，加入洁净水至完全浸没旧集料；
步骤C：用玻璃棒充分搅拌旧集料，使旧集料表面洗涤干净，细小的粉末悬浮于水中，不能有水溅出；
步骤D：根据集料粒径大小选择组成2.36和0.075标准筛组成套筛；
步骤E：将悬浮水倒入组成的套筛；
步骤F：重复步骤B～步骤E，直到倒出洁净水为止；
步骤G：将筛子和搪瓷盆中的旧集料集中到一个容器中，并置于105℃±5℃的烘箱中烘干至恒重，称取旧集料的质量m1；
步骤H：将烘干至恒重的旧集料以筛孔孔径从大到小的顺序依次过筛至1min内通过筛孔的集料质量低于筛上集料质量的0.1％；
步骤I：依次称取各筛上集料的质量，计算各孔径的通过率，记录数据。其计算公式如下:
m0.5＝m3-m4
其中：m0.为粒径小于0.075孔径的集料质量，g；P0.为集料中小于0.075孔径集料的通过率，％；m3为水洗前干燥集料的质量，g；m4为为水洗后干燥集料的质量；m5为筛分后集料损耗的质量，g；mi为各孔径的筛余质量，g；i为0.075至最大粒径的排序。
优选地，所述推荐级配
优选地，所述步骤4中将级配合成的矩阵方程替换级配方程组，且所述级配合成的矩阵方程为：
因为：R(X)＝R(X，C)＝n，即线性方程组矩阵的秩等于增广矩阵的秩；所以：该方程有唯一解。
解n元一次方程组，得：所述新集料的掺配率xn的值为，
(1)：x1＝c1-d×b1；
(2)-(1)：x2＝(c2-c1)-d×(b2-b1)；
(3)-(2)：x3＝(c3-c2)-d×(b3-b2)；
…；
(n)-(n-1)：xn＝(cn-cn-1)-d×(bn-bn-1)，即：
所述矩阵方程的解为：
优选地，设：各孔径合成集料的通过率为qi，所述qi＝xi+d×bi(i＝1、2、3、…、n)。
为了更好的说明本发明实施例提供的，下面通过实施例做进一步的举例说明。
实施例1
我国的旧沥青混合料主要来源于二级公路沥青路面的大、中修，因此本发明的旧沥青混合料均来自于旧沥青混合料取自于S245公路的河北省张北县和内蒙古化德县路段。
根据《沥青及沥青混合料实验教程》规定沥青混合料必须采用水洗法试验，用水筛法对旧沥青混合料的集料(简称旧集料)进行筛分试验，计算旧沥青混合料集料各孔径的通过率，如下表2所示。
表2旧沥青混合料集料级配
旧集料与AC-20合成级配通过率如表3所示。
表3旧集料与AC-20合成级配通过率
根据表3可知：旧集料掺入率d＝30％，n＝12，其他参数如下：
表4
级配合成的矩阵方程为：
因为：R(X)＝R(X，C)＝n；所以：该矩阵方程有唯一解。
解得方程组的唯一解为：
所以新集料各粒径的掺入率：
x1＝c1-d×b1＝5-30％×4＝3.8；
x2＝(c2-c1)-d×(b2-b1)＝(8.5-5)-30％×(7.2-4)＝2.5；
x3＝(c3-c2)-d×(b3-b2)＝(11-8.5)-30％×(9.3-7.2)＝1.9；
x4＝(c4-c3)-d×(b4-b3)＝(16-11)-30％×(14.3-9.3)＝3.5；
x5＝(c5-c4)-d×(b5-b4)＝(22.5-16)-30％×(20.3-14.3)＝4.7；
x6＝(c6-c5)-d×(b6-b5)＝(30-22.5)-30％×(29.8-20.3)＝4.7；
x7＝(c7-c6)-d×(b7-b6)＝(41-30)-30％×(49.6-29.8)＝5；
x8＝(c8-c7)-d×(b8-b7)＝(61-41)-30％×(67.2-49.6)＝14.7；
x9＝(c9-c8)-d×(b9-b8)＝(71-61)-30％×(87.2-67.2)＝4；
x10＝(c10-c9)-d×(b10-b9)＝(85-71)-30％×(96.5-87.2)＝11.2；
x11＝(c11-c10)-d×(b11-b10)＝(95-85)-30％×(99.5-96.5)＝9.1；
x12＝(c12-c11)-d×(b12-b11)＝(100-95)-30％×(100-99.5)＝4.9；
根据合成级配的计算公式：qi＝xi+d×bi，则合成级配为：
表5 30％旧料掺量的AC-20合成级配
由表5可知，本发明的级配合成方法计算得到的合成级配与推荐级配完全一致，说明本方案的准确有效。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种再生沥青混合料级配合成方法，其特征在于：设：再生沥青混合料中旧集料的掺配率为d，旧集料在各孔径的通过率为bn，推荐级配为cn，新集料的掺配率xn，其中n指级配级数，n＝1代表粒径为0-0.075mm以此类推，所述合成方法至少包括以下步骤：
步骤1、计算旧沥青混合料集料各孔径的通过率；
步骤2、参考《公路沥青路面施工技术规范》，选择合成级配；
步骤3、根据步骤1和步骤2的结果确定旧料级配为b1、b2、…、bn和推荐级配c1、c2、…、cn的值；
步骤4：建立级配合成的方程组，
x1+d×b1＝c1 (1)
x1+x2+d×b2＝c2 (2)
x1+x2+x3+d×b3＝c3 (3)
…
x1+…+xn+d×bn＝cn (n)
并将b1、b2、…、bn和c1、c2、…、cn的值带入方程组中，得出新集料各粒径的掺入率x1、x2、…、xn的值。
2.如权利要求1所述的再生沥青混合料级配合成方法，其特征在于：所述步骤4中将级配合成的矩阵方程替换级配方程组，且所述级配合成的矩阵方程为：
3.如权利要求1-2任一项所述的再生沥青混合料级配合成方法，其特征在于：所述新集料的掺配率xn的值为
(1)：x1＝c1-d×b1；
(2)-(1)：x2＝(c2-c1)-d×(b2-b1)；
(3)-(2)：x3＝(c3-c2)-d×(b3-b2)；
…；
(n)-(n-1)：xn＝(cn-cn-1)-d×(bn-bn-1)。
4.如权利要求1-2任一项所述的再生沥青混合料级配合成方法，其特征在于：所述新集料的掺配率xn的值为
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5.如权利要求1所述的再生沥青混合料级配合成方法，其特征在于：设：各孔径合成集料的通过率为qi，所述qi＝xi+d×bi(i＝1、2、3、…、n)。
6.如权利要求1-5任一项所述的再生沥青混合料级配合成方法，其特征在于：所述旧沥青混合料集料各孔径的通过率为其中m总：除去损耗的总质量；m余：筛上剩余质量；∑mi-1：孔径小于该孔径的筛余质量之和。
7.如权利要求1所述的再生沥青混合料级配合成方法，其特征在于：所述
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