CN108035207A - 高模量沥青混合料级配设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高模量沥青混合料级配设计方法，确定工程设计级配范围，在选定的工程设计级配范围内确定满足材料试验标准的1‑3组不同的矿料级配，计算分形维数判断系数R²；若分形维数判断系数R²≥0.99，在9~10um范围内选择沥青膜厚度，计算粉胶比；若粉胶比在1.0‑1.4范围内，则开展配合比设计验证试验，要求高模量沥青混合料满足要求；若配合比设计验证试验结果均满足要求，则在几组级配中优选1组级配和沥青用量作为最终设计结果。本发明是适用于高模量沥青混合料的级配设计方法，使高模量沥青混合料的设计更具有规范性和标准性，利用分形维数判断系数、沥青膜厚度、粉胶比作为级配设计指标操作简便，简化设计过程，能更快得到设计结果。

Description

高模量沥青混合料级配设计方法

技术领域

本发明属于交通运输工程技术领域，具体涉及一种高模量沥青混合料级配设计方法。

背景技术

高模量沥青混合料采用高粘度硬质沥青作为胶结料，高粘度硬质沥青是指粘稠度相对较大的沥青，也称为低标号沥青或硬沥青。高模量沥青混合料上世纪八十年代产生于欧洲，最初用于城市道路，后来由于其具有良好的物理力学性能以及能够有效减小路面结构厚度等特点，该技术逐渐被引用至新建高速公路、港口和机场的路面工程中，在减少沥青路面车辙和修筑硬质沥青基层方面发挥了较好的作用。

随着我国公路运输交通量的急剧增加，超载、重载现象日益严重，路面结构的损坏也逐渐加剧，许多沥青路面在通车不久就发生不同类型的损坏，严重影响了道路的服务质量，为了解决道路早期破坏的问题，许多新型道路材料开始用于高等级公路上，高模量沥青混合料就是其中的一种。提高沥青混合料材料的劲度模量，可以有效增强整个路面结构抵抗车辙变形和抗疲劳性能。在长寿命沥青路面基层设计中，也常采用高模量沥青混合料以降低沥青层底弯拉应变，提高路面结构的疲劳寿命。

目前国内没有专门的适用于高模量沥青混合料的级配设计方法，往往采用普通沥青混合料的级配设计方法，这使得获得的高模量沥青混合料不能很好的体现高模量沥青混合料的最优性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种高模量沥青混合料级配设计方法，以解决现有沥青混合料级配设计方法不适用于高模量沥青混合料，不能很好的发挥高模量沥青混合料性能的问题。

本发明所采用的技术方案为：

高模量沥青混合料级配设计方法，其特征在于：

步骤一：确定工程设计级配范围，在选定的工程设计级配范围内确定满足材料试验标准的1-3组不同的矿料级配，计算分形维数判断系数R²；

步骤二：若分形维数判断系数R²≥0.99，在9～10um范围内选择沥青膜厚度，计算粉胶比；

步骤三：若粉胶比在1.0-1.4范围内，则开展配合比设计验证试验，要求高模量沥青混合料满足要求；

步骤四：若配合比设计验证试验结果均满足要求，则在几组级配中优选1组级配和沥青用量作为最终设计结果。

步骤一中，在《公路沥青路面施工技术规范》规定的级配范围内，根据公路等级、工程性质、气候条件、交通条件、材料品种的因素选取确定工程设计级配范围。

步骤一中，计算分形维数判断系数R²的具体步骤如下：

集料分维值与级配曲线之间的关系如式(1)所示：

其中，

P(r)为颗粒粒径r的质量通过率，单位为％；

r为颗粒粒径，单位为mm；

r_max为最大颗粒粒径，单位为mm。

等式两边同时取对数，得到公式(2)和(3)，如下所示：

lgP(r)＝(3-D)lg(r/r_max) (2)

lgP(r)＝(3-D)lg(r)+C (3)

其中，

3-D为曲线lgP(r)—lgr的斜率；

C为回归系数；

在集料级配的双对数坐标图上，利用最小二乘法对级配曲线进行最佳曲线拟合，求得沥青混合料粒径分布的分维数D＝3-k，k为斜率；同时计算分形维数判断系数R²，如果R²＜0.99，则重新设计级配。

步骤二中，若粉胶比不在1.0-1.4范围内，则重新选择沥青膜厚度甚至重新设计级配。

步骤三中，开展配合比设计验证试验，要求高模量沥青混合料满足以下要求：

a)马歇尔试件空隙率4％-7％；

b)动稳定度≥3500次/mm；

c)动态模量15℃、10Hz条件下≥14000MPa，动态模量45℃、10Hz条件下≥1400MPa；

d)15℃、10Hz控制应变250με的试验条件下，疲劳寿命不小于10⁶次；

若有一项未满足技术要求，则重新调整优化级配。

步骤四中，优选条件为沥青用量和施工难度。

本发明具有以下优点：

1、现有沥青混合料级配设计方法不适用于高模量沥青混合料，不能很好的发挥高模量沥青混合料性能。本发明提供了一种专门适用于高模量沥青混合料的级配设计方法，使高模量沥青混合料的计算更具有规范性和标准性。

2、普通沥青混合料级配设计方法过程繁琐，受人为因素影响较大，本发明提供的高模量沥青混合料级配级配设计方法利用分形维数判断系数、沥青膜厚度、粉胶比作为级配设计指标，操作简便，简化设计过程，能更快得到设计结果。

附图说明

图1为本发明流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明涉及的高模量沥青混合料级配设计方法，具有以下操作流程：

确定工程设计级配范围，在选定的工程设计级配范围内确定满足材料试验标准的1-3组不同的矿料级配，计算分形维数判断系数R²；

若分形维数判断系数R²≥0.99，在9～10um范围内选择沥青膜厚度，计算粉胶比；

若粉胶比在1.0-1.4范围内，则开展配合比设计验证试验，要求高模量沥青混合料满足要求；

若配合比设计验证试验结果均满足要求，则在几组级配中优选1组级配和沥青用量作为最终设计结果。

具体包括以下步骤：

1、在《公路沥青路面施工技术规范》规定的级配范围内，根据公路等级、工程性质、气候条件、交通条件、材料品种等因素选取确定工程设计级配范围。

2、在选定的工程设计级配范围内确定满足材料试验标准的1-3组不同的矿料级配。

3、计算分形维数判断系数R²。

分形维数是表征分形体特征的主要参数，作为特征参数反映该体系在相应尺度内的自相似程度，从而反映混合料体系的不规则程度，矿料细度越大，则比表面积越大，体系的不规则性也就越显著，对应的分维值也就越大。集料分维值与级配曲线之间的关系如式(1)所示：

其中，

P(r)为颗粒粒径r的质量通过率，％；

r为颗粒粒径，mm；

r_max为最大颗粒粒径，mm。

等式两边同时取对数，得到公式(2)和(3)，如下所示：

lgP(r)＝(3-D)lg(r/r_max) (2)

lgP(r)＝(3-D)lg(r)+C (3)

其中，

3-D为曲线lgP(r)—lgr的斜率；

C为回归系数。

只要在集料级配的双对数坐标图上，利用最小二乘法对级配曲线进行最佳曲线拟合，即可求得沥青混合料粒径分布的分维数D＝3-k，k为斜率。同时计算分形维数判断系数R²，如果R²＜0.99，则重新设计级配。

4、若分形维数判断系数R²≥0.99，在9～10um范围内选择沥青膜厚度，计算粉胶比。若粉胶比不在1.0～1.4范围内，则重新选择沥青膜厚度甚至重新设计级配。

粉胶比是指矿料混合料中小于0.075mm的粉料与有效沥青用量的比值，《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中规定了粉胶比的计算方法及公式。

5、若粉胶比在1.0～1.4范围内，则开展配合比设计验证试验，要求高模量沥青混合料满足以下要求。

a)马歇尔试件空隙率4％～7％；

b)动稳定度≥3500次/mm；

c)动态模量15℃、10Hz条件下≥14000MPa，动态模量45℃、10Hz条件下≥1400MPa；

d)15℃、10Hz控制应变250με的试验条件下，疲劳寿命不应小于10⁶次。若有一项未满足技术要求，则重新调整优化级配。

(4)若配合比设计验证试验结果均满足要求，则在几组级配中结合沥青用量、施工和易性等方面，优选1组级配和沥青用量作为最终设计结果。

实施例：

1、选取级配

2、计算分形维数判断系数R²。

R²＝0.992

3、选取沥青膜厚度为9.5um，计算粉胶比为1.05。

4、开展配合比设计验证试验，得到结果如下：

a)马歇尔试件空隙率5.69％；

b)动稳定度5200次/mm；

c)动态模量15℃、10Hz条件下14835MPa，动态模量45℃、10Hz条件下1526MPa；

d)在温度15℃±0.5℃，加载频率10Hz±0.1Hz，疲劳寿命106次时，控制应变值266.0με，满足要求。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.高模量沥青混合料级配设计方法，其特征在于：

步骤一：确定工程设计级配范围，在选定的工程设计级配范围内确定满足材料试验标准的1-3组不同的矿料级配，计算分形维数判断系数R²；

步骤二：若分形维数判断系数R²≥0.99，在9～10um范围内选择沥青膜厚度，计算粉胶比；

步骤三：若粉胶比在1.0-1.4范围内，则开展配合比设计验证试验，要求高模量沥青混合料满足要求；

步骤四：若配合比设计验证试验结果均满足要求，则在几组级配中优选1组级配和沥青用量作为最终设计结果。

2.根据权利要求1所述的高模量沥青混合料级配设计方法，其特征在于：

步骤一中，在《公路沥青路面施工技术规范》规定的级配范围内，根据公路等级、工程性质、气候条件、交通条件、材料品种的因素选取确定工程设计级配范围。

3.根据权利要求1所述的高模量沥青混合料级配设计方法，其特征在于：

步骤一中，计算分形维数判断系数R²的具体步骤如下：

集料分维值与级配曲线之间的关系如式(1)所示：

其中，

P(r)为颗粒粒径r的质量通过率，单位为％；

r为颗粒粒径，单位为mm；

r_max为最大颗粒粒径，单位为mm；

等式两边同时取对数，得到公式(2)和(3)，如下所示：

lgP(r)＝(3-D)lg(r/r_max) (2)

lgP(r)＝(3-D)lg(r)+C (3)

其中，

3-D为曲线lgP(r)—lgr的斜率；

C为回归系数；

在集料级配的双对数坐标图上，利用最小二乘法对级配曲线进行最佳曲线拟合，求得沥青混合料粒径分布的分维数D＝3-k，k为斜率；同时计算分形维数判断系数R²，如果R²＜0.99，则重新设计级配。

4.根据权利要求1所述的所述的高模量沥青混合料级配设计方法，其特征在于：

步骤二中，若粉胶比不在1.0-1.4范围内，则重新选择沥青膜厚度甚至重新设计级配。

5.根据权利要求1所述的所述的高模量沥青混合料级配设计方法，其特征在于：

步骤三中，开展配合比设计验证试验，要求高模量沥青混合料满足以下要求：

a)马歇尔试件空隙率4％-7％；

b)动稳定度≥3500次/mm；

c)动态模量15℃、10Hz条件下≥14000MPa，动态模量45℃、10Hz条件下≥1400MPa；

d)15℃、10Hz控制应变250με的试验条件下，疲劳寿命不小于10⁶次；

若有一项未满足技术要求，则重新调整优化级配。

6.根据权利要求1所述的所述的高模量沥青混合料级配设计方法，其特征在于：

步骤四中，优选条件为沥青用量和施工难度。