CN108280310A - 基于级配嵌挤及矿料间隙率的沥青混合料级配设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于级配嵌挤及矿料间隙率的沥青混合料级配设计方法，包括：1)收集当地以往混合料设计级配数据，根据嵌挤理论规划求解出矿料间隙率预测模型中的参数；2)检测各档集料物理，包括：毛体积密度、表干密度、级配；3)根据规范要求初选级配，或参考以往经验进行选择；4)根据矿料间隙率预测模型计算出初选级配的矿料间隙率；5)比对矿料间隙率是否满足规范要求；6)根据集料的吸水率、吸油率计算沥青用量。本发明以考虑集料的填充、嵌挤特性为出发点，通过离散元数值模拟建立理论基础，并应用大数据数值分析方法对具体工程项目进行优化，获得具有结构强度和稳定性的合理级配。

Description

基于级配嵌挤及矿料间隙率的沥青混合料级配设计方法

技术领域

本发明涉及一种沥青混合料级配设计方法。

背景技术

级配设计是道路沥青混合料设计中的关键步骤。优异的级配设计是保证沥青混合料优秀的抗车辙、抗疲劳开裂等路用性能的必要条件，也是充分发挥集料特性，降低石料、沥青等资源消耗的重要因素。

目前我国主要采用马歇尔级配设计方法，该方法需要工程人员根据原料级配情况，按照给定的级配范围，设计出在最大密度曲线附近的级配曲线。这种方法要求设计人员必须具备一定的设计经验，并依赖于大量的尝试性试验，通过成型大量试件以获得混合料的孔隙率、矿料间隙率等指标。整个设计过程耗时费力，降低设计效率、影响工程进度。更为重要的是，设计的级配仅仅是符合级配范围的级配。设计人员对所设计级配的力学特性和结构稳定性缺乏了解，常常导致最终道路的寿命和路用性能不能满足使用要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简便，可以获得具有结构强度和稳定性的合理级配的基于级配嵌挤及矿料间隙率的沥青混合料级配设计方法。

本发明的技术解决方案是：

一种基于级配嵌挤及矿料间隙率的沥青混合料级配设计方法，其特征是：包括下列步骤：

1)收集当地以往混合料设计级配数据，根据嵌挤理论规划求解出矿料间隙率预测模型中的参数；

采用由嵌挤理论得到的矿料间隙率预测模型：

式中：VMA为矿料间隙率预测值；f_vi为矿料间隙率影响因子；V_ai为第i档集料的筛余体积；

f_vi＝[V_vi-V_v(i-1)]/V_ai

式中：V_vi为第i档集料掺入后孔隙的体积；V_v(i-1)为第i-1档集料掺入后孔隙的体积；V_ai为第i档集料的筛余体积；

2)检测各档集料物理，包括：毛体积密度、表观密度、级配；

3)根据规范要求初选级配，或参考以往经验进行选择；

4)根据矿料间隙率预测模型计算出初选级配的矿料间隙率；

5)比对矿料间隙率是否满足规范要求，如果超出规范范围，调整级配设计重复步骤4)，直到矿料间隙率满足规范要求；

6)根据集料的毛体积密度、表观密度计算沥青用量；如需要可根据当地情况和工程需要继续优化级配，重复步骤4)-5)，直至获得最优设计级配和设计沥青含量。

本发明与传统的设计方法完全不同，以考虑集料的填充、嵌挤特性为出发点，通过离散元数值模拟建立理论基础，并应用大数据数值分析方法对具体工程项目进行优化，获得具有结构强度和稳定性的合理级配。

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

一种基于级配嵌挤及矿料间隙率的沥青混合料级配设计方法，包括下列步骤：

1)收集当地以往混合料设计级配数据，根据嵌挤理论规划求解出矿料间隙率预测模型中的参数；

采用由嵌挤理论得到的矿料间隙率预测模型：

式中：VMA为矿料间隙率预测值；f_vi为矿料间隙率影响因子；V_ai为第i档集料的筛余体积；

f_vi＝[V_vi-V_v(i-1)]/V_ai

式中：V_vi为第i档集料掺入后孔隙的体积；V_v(i-1)为第i-1档集料掺入后孔隙的体积；V_ai为第i档集料的筛余体积；

2)检测各档集料物理，包括：毛体积密度、表观密度、级配；

3)根据规范要求初选级配，或参考以往经验进行选择；

4)根据矿料间隙率预测模型计算出初选级配的矿料间隙率；

5)比对矿料间隙率是否满足规范要求，如果超出规范范围，调整级配设计重复步骤4)，直到矿料间隙率满足规范要求；

6)根据集料的毛体积密度、表观密度计算沥青用量；如需要可根据当地情况和工程需要继续优化级配，重复步骤4)-5)，直至获得最优设计级配和设计沥青含量。

骤6)中，根据现行规范(JTG F40-2004)第B.5.节中的公式：

计算矿料合成毛体积密度γ_sb，

式中:P₁、P₂、…、P_n——各种矿料成分的配合比，其和为100；

γ₁、γ₂、…、γ_n——各种矿料相应的毛体积相对密度。

计算矿料合成表观相对密度γ_sa，

式中:P₁、P₂、…、P_n——各种矿料成分的配合比，其和为100；

γ′₁、γ′₂、…、γ′_n——各种矿料按试验规程方法测定的表观相对密度。

计算沥青混合料适宜的油石比P_a和沥青用量P_b，

式中:P_a——预估的最佳油石比(与矿料总量的百分比)，％；

P_b——预估的最佳沥青用量(占混合料总量的百分数)，％；

P_a1——已建类似工程沥青混合料的标准油石比，％；

γ_sb——矿料的合成毛体积相对密度；

γ_sb1——已建类似工程集料的合成毛体积相对密度。

Claims (1)

1.一种基于级配嵌挤及矿料间隙率的沥青混合料级配设计方法，其特征是：包括下列步骤：

1)收集当地以往混合料设计级配数据，根据嵌挤理论规划求解出矿料间隙率预测模型中的参数；

采用由嵌挤理论得到的矿料间隙率预测模型：

式中：VMA为矿料间隙率预测值；f_vi为矿料间隙率影响因子；V_ai为第i档集料的筛余体积；

f_vi＝[V_vi-V_v(i-1)]/V_ai

式中：V_vi为第i档集料掺入后孔隙的体积；V_v(i-1)为第i-1档集料掺入后孔隙的体积；V_ai为第i档集料的筛余体积；

2)检测各档集料物理，包括：毛体积密度、表观密度、级配；

3)根据规范要求初选级配，或参考以往经验进行选择；

4)根据矿料间隙率预测模型计算出初选级配的矿料间隙率；

5)比对矿料间隙率是否满足规范要求，如果超出规范范围，调整级配设计重复步骤4)，直到矿料间隙率满足规范要求；

6)根据集料的毛体积密度、表观密度计算沥青用量；如需要可根据当地情况和工程需要继续优化级配，重复步骤4)-5)，直至获得最优设计级配和设计沥青含量。