CN108560351A - 一种基于结构参数的沥青路面混合料品质保证方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于结构参数的沥青路面混合料品质保证方法，所述方法基于结构‑性能关系，在常规配合比设计基础上，构建体积级配控制区和结构参数一起，组成质量品质保证数据库；质量控制时，通过控制和保证结构描述参数，设计混合料，称各规格材料，成型马歇尔试件，测定、计算结构描述参数和性能结构参数，测定马歇尔实验指标，快速判定性能，进而调整确定施工配合比，迅速开展施工作业。相比于一般方法，本发明可以更细致地消除集料改变和变异性影响，基于更科学严谨的方法进行质量控制。

Description

一种基于结构参数的沥青路面混合料品质保证方法

技术领域

本发明涉及一种沥青路面混合料品质保证方法。

背景技术

在沥青路面施工过程中，各组成材料的品质均会发生变化和波动，指标变异性均会改变沥青混合料品质，进而影响沥青路面的性能，大多使得性能发生劣化。针对指标的变异，如果不能很好地在施工过程中有针对性地进行控制调整，这些波动因素将直接影响沥青混合料的性能，进而影响沥青路面的质量和路面的使用寿命。为了提高沥青路面的服役品质和寿命，必须针对现场材料情况进行混合料质量控制。

目前，沥青混合料品质控制主要是依托于级配组成(即：质量百分比)，通过质量比的方式保证级配(不“过分”偏离目标配合比设计级配)，进而来控制沥青混合料性能。该方法没能全面考虑集料各指标的变异性，不适合集料密度、形状、表面纹理及界面交互作用发生变化的情况，因而该方法仅在一定条件下是有效的。

而从根本上说，各规格集料材料对沥青混合料性能的影响是通过改变沥青混凝土结构实现的，即：通过结构和性能的相关性实现的。因而，面对材料的变化，通过控制结构参数进而保证沥青混凝土性能是最直接和最有效技术途径；而在工程进展过程中，限于试验周期和工期压力，在无法完成充分的试验论证情况下，依据充分的质量控制信息，采用有效的控制保证技术使得施工质量得以切实保证是十分必要的。而当前，针对这一质量控制的技术还没有科学而完善的方法。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种基于结构参数的沥青路面混合料品质保证方法，通过集料性能指标的监测、预测，基于结构参数对沥青路面混合料品质进行优化和保证。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于结构参数的沥青路面混合料品质保证方法，包括如下步骤：

一、沥青混合料的目标配合比体积级配控制区域设计

(1)抽样测定现场每档集料原材料指标；

(2)测定现场集料的形貌特征，所述形貌特征包括投影集料的周长、面积、长短轴以及比表面积；

(3)测量沥青的相关性能指标，所述性能指标包括针入度、软化点、粘度及PG分级；

(4)依据《沥青路面设计规范》中的马歇尔设计方法进行目标配合比设计，得到目标配合比“最佳级配”；

(5)在步骤(4)设计的目标配合比“最佳级配”基础上，上下增加2条级配曲线(增加两条级配曲线按下述条件设计，矿料级配与“最佳级配”差值：0.075mm筛孔集料通过率：±2％；≤2.36mm筛孔集料通过率：±3％；≥4.75mm筛孔集料通过率：±5％)，并进行混合料性能验证，如果混合料性能满足要求，则形成质量保证级配控制区；反之，调整沥青用量，直至形成质量保证级配控制区；通过测定的各档集料密度，结合级配质量比，将以上3个“级配”(“最佳级配”及在最佳级配基础上按下列方法调整获得的两个级配：0.075mm筛孔集料通过率：±2％；≤2.36mm筛孔集料通过率：±3％；≥4.75mm筛孔集料通过率：±5％)换算成“体积”级配，构建得到体积级配控制区；其中“最佳级配”换算后得到“最佳体积级配”；

(6)计算各级配沥青混凝土的结构参数，所述结构参数包括结构描述参数和性能结构参数，所述结构描述参数包括CA比、粗集料体积百分率、细集料体积百分率，所述性能结构参数包括粗集料骨架间隙率、粗骨料间隙率、混合料骨架程度系数和胶浆体积百分率；

(7)建立由体积级配控制区、结构参数和混合料性能指标组成的质量保证控制数据库；

二、质量保证和控制工作的实施

(8)施工控制过程中，依据集料性能监测结果，试配“最佳体积级配”，调整并使其满足体积级配控制区；

(9)将步骤(8)获得的体积级配换算成质量比，与目标配合比或质量控制过程中新的目标配合比各档集料比例进行比较，若对应的各档集料比例差别小于等于3％时，拌合工艺不进行调节；若对应的各档集料比例差别大于3％时，对混合料组成进行调整，直至对应的各档集料比例差别小于等于3％。

相比于现有技术，本发明具有如下优点：

1、本发明基于结构-性能关系，在常规配合比设计基础上，构建体积级配控制区和结构参数一起，组成质量品质保证数据库；质量控制时，通过控制和保证结构描述参数，设计混合料，称各规格材料，成型马歇尔试件，测定、计算结构描述参数和性能结构参数，测定马歇尔实验指标，快速判定性能，进而调整、确定施工配合比，迅速开展施工作业。

2、相比于一般方法，本发明可以更细致地消除集料改变和变异性影响，基于更科学严谨的方法进行质量控制。

附图说明

图1为胶浆体积百分率与弯拉应变关系。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

本发明提供了一种基于结构参数的沥青路面混合料品质保证方法，所述方法步骤如下：

一、沥青混合料的目标配合比体积级配控制区域设计

(1)抽样测定现场每档集料原材料指标；

(2)测定现场集料的形貌特征，所述形貌特征包括投影集料的周长、面积、长短轴以及比表面积；

(3)测量沥青的相关性能指标，所述性能指标包括针入度、软化点、粘度及PG分级；

(4)依据《沥青路面设计规范》中的马歇尔设计方法进行目标配合比设计，得到目标配合比“最佳级配”；

(5)在步骤(4)设计的目标配合比“最佳级配”基础上，上下增加2条级配曲线(增加两条级配曲线按下述条件设计，矿料级配与“最佳级配”差值：0.075mm筛孔集料通过率：±2％；≤2.36mm筛孔集料通过率：±3％；≥4.75mm筛孔集料通过率：±5％)，并进行混合料性能验证。如果混合料性能满足要求，则形成质量保证级配控制区；反之，需调整沥青用量，具体做法：拟定级配控制区上限(即，0.075mm筛孔集料通过率：+2％；≤2.36mm筛孔集料通过率：+3％；≥4.75mm筛孔集料通过率：+5％)的沥青用量较“最佳级配”提高0.05％和0.1％，下限(即，0.075mm筛孔集料通过率：-2％；≤2.36mm筛孔集料通过率：-3％；≥4.75mm筛孔集料通过率：-5％)的沥青用量较“最佳级配”降低0.05％和0.1％，验证调整后的混合料性能。经过上述验证一般的均可确定“质量保证级配控制区”。如果依然不能，可按上述调整思路继续调整，直至获得质量保证级配控制区。质量控制过程中，通过测定的各档集料密度，结合级配质量比，将上述3个“级配”(即，“最佳级配”及在最佳级配基础上按下列方法调整获得的两个级配：0.075mm筛孔集料通过率：±2％；≤2.36mm筛孔集料通过率：±3％；≥4.75mm筛孔集料通过率：±5％)换算成“体积”级配，构建得到体积级配控制区；其中“最佳级配”换算后得到“最佳体积级配”。

(6)计算各级配沥青混凝土的结构参数，所述结构参数包括结构描述参数和性能结构参数，所述结构描述参数包括CA比、粗集料体积百分率、细集料体积百分率，所述性能结构参数包括粗集料骨架间隙率、捣实状态下的粗骨料间隙率、混合料骨架程度系数和胶浆体积百分率，具体计算公式如下：

①CA比：

定义2个关键筛孔，第一关键筛孔尺寸(f)为与0.22D最接近的筛孔，第二关键筛孔(s)为与0.22f最接近的筛孔，其中D为最大公称粒径。

式中，P_D/2，P₂，…...P_min为各档集料的百分比(第i个筛孔和第i+1个筛孔通过百分率之差)；γ_D/2,γ₂……γ_min为各档集料的相对密度；反映了D/2～f的粒径占D/2～最小粒径的比。

②粗集料体积百分率：

压实沥青混合料中粗集料体积占总体积的百分比：

式中，V_c为粗集料体积百分率，％；P₁，P₂，…...P_n为各档粗集料集料的百分比(大于或等于4.75mm第i个筛孔和第i+1个筛孔通过百分率之差)；γ₁,γ₂……γ_n为各档粗集料的集料密度；γ_f为青混合料试件的毛体积相对密度。

③细集料体积百分率

压实沥青混合料中细集料的体积占总体积的百分比：

式中，V_f为粗集料体积百分率，％；P_n+1，P_n+2，…...P_m为各档粗集料集料的百分比(小于4.75mm第i个筛孔和第i+1个筛孔通过百分率之差)；_n+1,γ_n+2……γ_m各档粗集料集料密度；γ_f为青混合料试件的毛体积相对密度。

④混合料骨架程度系数

粗集料骨架间隙率VCA_mix与捣实状态下的粗骨料间隙率VCA_DRC：

式中，ρ_堆为粗集料捣实状态下的堆积密度；ρ_毛为粗集料毛体积密度；V₁为粗集料的体积；V_总为沥青混合料试件总体积。

混合料骨架程度系数α：

式中，α为混合料骨架程度系数；VCA_mix为粗集料骨架间隙率；VCA_DRC为捣实状态下的粗骨料间隙率。

⑤胶浆体积百分率

胶浆体积占总体积的百分率，计算式为:

式中：VM——胶浆体积百分率，％；

P_p——矿粉的配合百分比(质量)；

γ_p——矿粉的表观相对密度。

(7)建立由体积级配控制区、结构参数和混合料性能指标组成的质量保证控制数据库。

二、质量保证和控制工作的实施

(8)施工控制过程中，依据集料性能监测结果，试配“最佳体积级配”，调整并使其满足体积级配控制区；

(9)将步骤(8)获得的体积级配换算成质量比，与目标配合比或质量控制过程中新的目标配合比(质量控制是个动态过程，依据现场情况在不断调整和优化级配，而该级配更能表征现场实际情况，也“更优”，所以“目标”会逐渐变化，故而提出新的目标配合比)各档集料比例进行比较，若对应的各档集料比例差别小于等于3％时，拌合工艺不进行调节；若对应的各档集料比例差别大于3％时，对混合料组成进行调整，具体调整方法为：

a.按照新的“体积级配”(新的体积级配的获得方法同上，利用质量、密度和体积关系，换算得到)成型马歇尔试件，测定结构描述参数和性能结构参数，与步骤(7)结构参数控制库中的结构参数控制指标进行对比；

b.若对比结果满足结构参数控制范围时，即可据此“体积级配”换算成质量比的控制体系，对拌合站冷料仓供料比例进行调整；

c.若对比结果不满足结构参数控制范围时，依据级配组成-结构参数影响关系，重新调整新的目标配合比，重复步骤(9)，直至对应的各档集料比例差别小于等于3％。

调整示例：

以低温性能(弯拉应变)不满足要求为例，如图1所示。如某项目极限弯拉应变要求大于2000μm，此时需保证胶浆体积百分率小于9.55％，据此可按常规方法调整配合比，使该配合比满足胶浆体积百分率小于9.55％。

Claims (8)

1.一种基于结构参数的沥青路面混合料品质保证方法，其特征在于所述方法步骤如下：

一、沥青混合料的目标配合比体积级配控制区域设计

(1)抽样测定现场每档集料原材料指标；

(2)测定现场集料的形貌特征；

(3)测量沥青的相关性能指标；

(4)依据《沥青路面设计规范》中的马歇尔设计方法进行目标配合比设计，得到目标配合比“最佳级配”；

(5)在步骤(4)设计的目标配合比“最佳级配”基础上，上下增加2条级配曲线，增加两条级配曲线按下述条件设计，矿料级配与“最佳级配”差值：0.075mm筛孔集料通过率：±2％；≤2.36mm筛孔集料通过率：±3％；≥4.75mm筛孔集料通过率：±5％，并进行混合料性能验证，如果混合料性能满足要求，则形成质量保证级配控制区；反之，调整沥青用量，直至形成质量保证级配控制区；通过测定的各档集料密度，结合级配质量比，将以上3个“级配”换算成“体积”级配，构建得到体积级配控制区；其中“最佳级配”换算后得到“最佳体积级配”；

(6)计算各级配沥青混凝土的结构参数；

(7)建立由体积级配控制区、结构参数和混合料性能指标组成的质量保证控制数据库；

二、质量保证和控制工作的实施

(8)施工控制过程中，依据集料性能监测结果，试配“最佳体积级配”，调整并使其满足体积级配控制区；

(9)将步骤(8)获得的体积级配换算成质量比，与目标配合比或质量控制过程中新的目标配合比各档集料比例进行比较，若对应的各档集料比例差别小于等于3％时，拌合工艺不进行调节；若对应的各档集料比例差别大于3％时，对混合料组成进行调整，直至对应的各档集料比例差别小于等于3％。

2.根据权利要求1所述的基于结构参数的沥青路面混合料品质保证方法，其特征在于所述形貌特征包括投影集料的周长、面积、长短轴以及比表面积。

3.根据权利要求1所述的基于结构参数的沥青路面混合料品质保证方法，其特征在于所述性能指标包括针入度、软化点、粘度及PG分级。

4.根据权利要求1所述的基于结构参数的沥青路面混合料品质保证方法，其特征在于所述调整沥青用量的具体做法如下：拟定级配控制区上限的沥青用量较“最佳级配”提高0.05％和0.1％，下限的沥青用量较“最佳级配”降低0.05％和0.1％，验证调整后的混合料性能，如果依然不能，按上述调整思路继续调整，直至获得质量保证级配控制区。

5.根据权利要求1所述的基于结构参数的沥青路面混合料品质保证方法，其特征在于所述结构参数包括结构描述参数和性能结构参数。

6.根据权利要求5所述的基于结构参数的沥青路面混合料品质保证方法，其特征在于所述结构描述参数包括CA比、粗集料体积百分率、细集料体积百分率，其中：

粗集料体积百分率的计算公式如下：

式中，V_c为粗集料体积百分率，％；P₁，P₂，…...P_n为各档粗集料集料的百分比(大于或等于4.75mm第i个筛孔和第i+1个筛孔通过百分率之差)；γ₁,γ₂……γ_n为各档粗集料的集料密度；γ_f为青混合料试件的毛体积相对密度；

细集料体积百分率的计算公式如下：

式中，V_f为粗集料体积百分率，％；P_n+1，P_n+2，…...P_m为各档粗集料集料的百分比(小于4.75mm第i个筛孔和第i+1个筛孔通过百分率之差)；n+1,γ_n+2……γ_m各档粗集料集料密度；γ_f为青混合料试件的毛体积相对密度。

7.根据权利要求5所述的基于结构参数的沥青路面混合料品质保证方法，其特征在于所述性能结构参数包括粗集料骨架间隙率、捣实状态下的粗骨料间隙率、混合料骨架程度系数和胶浆体积百分率，其中：

粗集料骨架间隙率VCA_mix与捣实状态下的粗骨料间隙率VCA_DRC的计算公式如下：

式中，ρ_堆为粗集料捣实状态下的堆积密度；ρ_毛为粗集料毛体积密度；V₁为粗集料的体积；V_总为沥青混合料试件总体积；

混合料骨架程度系数α的计算公式如下：

式中，α为混合料骨架程度系数；VCA_mix为粗集料骨架间隙率；VCA_DRC为捣实状态下的粗骨料间隙率；

胶浆体积百分率的计算公式如下：

式中：VM——胶浆体积百分率，％；

P_p——矿粉的配合质量百分比；

γ_p——矿粉的表观相对密度。

8.根据权利要求1所述的基于结构参数的沥青路面混合料品质保证方法，其特征在于所述各档集料比例差别大于3％时，对混合料组成进行调整的方法为：

a.按照新的“体积级配”成型马歇尔试件，测定结构描述参数和性能结构参数，与步骤(7)结构参数控制库中的结构参数控制指标进行对比；

b.若对比结果满足结构参数控制范围时，即可据此“体积级配”换算成质量比的控制体系，对拌合站冷料仓供料比例进行调整；

c.若对比结果不满足结构参数控制范围时，依据级配组成-结构参数影响关系，重新调整新的目标配合比，重复步骤(9)，直至各档集料比例差别小于等于3％。