CN110255978B - 一种基于性能需求的组装式沥青混合料配合比确定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于性能需求的组装式沥青混合料配合比确定方法，属于道路工程建设技术领域，解决了现有技术中经验因素主导的配合比确定方法中沥青混合料性能不可控的问题。该组装式沥青混合料配合比确定方法包括步骤一：基于性能需求确定设计的目标参数；步骤二：设计沥青胶砂；步骤三：设计并组装混合料试件；步骤四：检验混合料试件的性能，确定混合料的最终配合比。本发明的配合比确定方法实现了沥青混合料设计的科学化和性能定制化。

Description

一种基于性能需求的组装式沥青混合料配合比确定方法
技术领域
本发明涉及道路工程建设技术领域，尤其涉及一种基于性能需求的组装式沥青混合料配合比确定方法。
背景技术
沥青混合料由矿料与沥青结合料按照一定的比例混合组成，这种比例的确定需要通过专业的设计手段，并通过试验来检验其是否满足工程需要，设计与试验的过程即沥青混合料的配合比设计，最终结果是确定矿料的掺配比例、合成级配及满足工程需要的沥青用量。配合比设计对沥青混合料质量具有关键影响，因此，不管是国内还是国外，公路工程领域对这一项工作都十分重视，并耗费大量的精力与经费开展研究与试验工作。
目前，国内外具有代表性的沥青混合料配合比设计方法有马歇尔法(Marshall)、美国公路战略研究计划(SHRP)Superpave设计法、美国工程兵团旋转压实仪GTM(GyratoryTesting Machine)设计法。其中，马歇尔设计法是我国应用最多、最广泛的一种配合比设计方法，Superpave设计法与GTM设计法在国内也有大量应用。三种方法有相似之处，但也有明显不同。
在设计步骤上，三种方法的第一步都是根据工程需要选择合适的原材料，包括沥青和石料；然后测定原材料的技术指标，如石料的密度、单档级配等；第三步根据设计级配类型和原材料实际情况，计算确定混合料的矿料级配，其中Superpave方法确定三种初试级配，马歇尔与GTM方法均只确定一种级配；然后根据经验确定初试沥青用量，成型试件，其中马歇尔方法采用重力击实成型，Superpave与GTM均采用旋转压实的方式成型试件。之后的步骤，在确定沥青用量及最终配合比方面，三种方法明显不同。
马歇尔方法首先成型不同沥青用量的试件，测试并计算其各项体积参数(密度、空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度)与马歇尔稳定度和流值，综合确定最佳沥青用量，然后再通过各项混合料试验，验证采用最佳沥青用量的混合料是否满足性能需求，均满足则确定了最终配合比，不满足则需要继续调整级配或沥青用量。Superpave方法针对三种不同级配分别估算其沥青用量，然后根据确定旋转压实次数下混合料的压实性能及混合料的体积特性(空隙率、矿料间隙率等)，综合确定一种矿料级配作为设计矿料级配，然后采用设计矿料级配进行不同沥青用量的混合料旋转压实试验，再次评价混合料的体积特性与压实特性，综合确定最佳沥青用量；最后根据交通量等级的不同，进行不同水平的混合料性能验证试验，交通量越大，进行的混合料试验项目越多。GTM方法一般在设计压强下采用确定的矿料级配进行三个不同沥青用量的旋转压实试验，根据平衡状态时沥青用量与旋转稳定值GSI、旋转剪切系数GSF的关系曲线，按照GSI≤1.05且GSF≥1.3的技术要求确定沥青用量范围，并综合考虑气候环境条件及交通量情况，确定最终采用的沥青用量。GTM方法中没有混合料的性能验证试验，但国内目前的做法是，在GTM确定配合比后，按照马歇尔方法对混合料进行各项性能的检验。
显然，以上三种沥青混合料配合比设计方法各有不同，但仍然可归纳为相同的三个步骤，第一步是确定矿料级配，第二步确定沥青用量，第三步进行混合料性能检验。根据目前的应用情况，这三种方法都可以设计出质量优良的沥青混合料。但这些方法在进行沥青混合料配合比设计时仍存在如下不足之处：
(1)设计过程缺乏对混合料性能指标的针对性，仅限于混合料性能满足规范或特定需求，因此，所设计的混合料与路面实际使用效果关联性不强，室内性能满足要求而使用中仍可能出问题。
(2)对沥青混合料各组成成分没有明确的功能划分，对混合料的性能无法预判，设计过程存在一定盲目性与滞后性，往往需要反复调整才能获得满足要求的混合料，造成试验工作量大。
(3)混合料设计性能标准的确定基于已有经验，与工程实际需求脱离，往往造成资源浪费。
(4)沥青混合料设计与路面结构设计脱离，缺乏关联性指标。
综合以上分析，现有沥青混合料配合比设计方法更大程度上是一种基于经验的设计方法，对混合料各组成成分的功能定位不明确，对性能无法预判，因此无法根据工程实际情况实现功能订制型的混合料设计。基于此，本发明专利提出了一种目标更加明确、过程更为简单的沥青混合料配合比确定方法，能够根据工程实际情况，实现按照性能需求确定混合料配合比的目的。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种基于性能需求的组装式沥青混合料配合比确定方法，用以解决现有经验因素主导的配合比确定方法中沥青混合料性能不可控的问题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
一种基于性能需求的组装式沥青混合料配合比确定方法，包括如下步骤：步骤一：基于性能需求确定设计的目标参数；步骤二：设计沥青胶砂；步骤三：设计并组装混合料试件；步骤四：检验混合料试件的性能，确定混合料的最终配合比。
进一步地，步骤一具体包括：步骤S11：根据工程实际需求确定混合料性能设计标准；步骤S12：基于性能指标需求选定原材料，确定原材料的基本参数。
进一步地，步骤二具体包括：步骤S21：确定胶砂的级配；步骤S22：确定沥青用量。
进一步地，步骤三具体包括：步骤S31：粗集料骨架设计；步骤S32：确定粗集料骨架间隙率VCA；步骤S33：选定沥青胶砂的最小填充度VFMmin，进行混合料组装；步骤S34：制备混合料试件，进行体积指标检验。
进一步地，步骤四具体包括：步骤S41：对混合料试件的性能指标进行检验；步骤S42：计算矿料级配及沥青用量，确定最终配合比。
进一步地，步骤S21中，胶砂中矿料的最大粒径小于等于4.75mm，矿料级配曲线符合以下幂函数分布：
Pi＝100×(di/4.75)n
式中，Pi是尺寸为di的筛孔的质量通过百分率，幂指数n的取值范围为0.22～0.55。
进一步地，步骤S22中，胶砂中的沥青用量按照粉胶比来确定，粉胶比的计算公式为：
Fb＝P0.075/pb
式中，P0.075为胶砂矿料级配中0.075mm筛孔的质量通过百分率，pb为胶砂中沥青胶结料与矿料的质量比。
进一步地，步骤S33中，最小填充度VFMmin的计算公式为：
VFMmin＝(Vca+4-Vv)/Vca×100％
式中，VFMmin为沥青胶砂的最小填充度，Vca为粗集料骨架间隙率，Vv为混合料设计空隙率。
进一步地，步骤S34中，体积指标包括沥青混合料试件中粗集料骨架间隙率的填充效果和沥青胶砂的设计填充度VFMd。
进一步地，步骤S42中，若各项性能指标均满足设计需要，则按照沥青胶砂设计填充度反算各档细集料的用量，计算各档矿料掺配比例及混合料中的沥青用量，确定最终配合比。
与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果之一：
a)本发明提供的基于性能需求的组装式沥青混合料配合比确定方法，将沥青混合料划分为粗集料骨架及由细集料和沥青组成的沥青胶砂两个功能模块，通过粗集料骨架与沥青胶砂的组装实现沥青混合料设计，粗集料骨架功能模块抵抗荷载作用变形并提供骨架间隙，用于填充沥青砂浆，沥青砂浆功能模块粘结粗集料并填充粗集料骨架，提供混合料抗剪粘聚力、抗低温开裂的能力及抗疲劳能力。
b)本发明提供的基于性能需求的组装式沥青混合料配合比确定方法，操作步骤简单，确定混合料配合比的针对性更强，所设计的混合料功能更加明确，能够减少设计及试验过程中的工作量。
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书中所特别指出的内容中来实现和获得。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域的技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。
实施例1
本发明的一个具体实施例，公开了一种基于性能需求的组装式沥青混合料配合比确定方法，包括前期准备、沥青胶砂设计、混合料组装设计与性能检验四个步骤具体如下：
步骤一：基于性能需求确定设计的目标参数，包括确定混合料的性能设计标准、基于性能指标需求选定原材料两个步骤，具体如下：
步骤S11：根据工程实际需求确定混合料性能设计标准。
主要是根据项目所在地的气候环境特点，确定混合料的设计空隙率及高温动稳定度、水稳定性、低温抗裂性三大路用性能标准，同时要根据混合料的功能定位确定其力学性能标准(动态模量、疲劳性能)。
步骤S12：基于性能指标需求选定原材料，确定原材料的基本参数。
即根据沥青混合料的设计标准与功能定为，确定所采用的原材料类型，如采用基质沥青还是改性沥青，选择SBS改性沥青还是胶粉改性沥青等；并确定原材料的基本参数，比如沥青的密度、性能指标；矿料的级配情况、有效密度、吸水率等参数。
步骤二：设计沥青胶砂，包括确定胶砂的级配及沥青用量两个步骤；
步骤S21：确定胶砂的级配。
沥青胶砂是沥青混合料设计的核心步骤之一，与混合料的低温及抗疲劳性能密切相关，同时也影响混合料的高温性能。胶砂中矿料的最大粒径小于等于4.75mm，矿料级配曲线符合以下幂函数分布：
Pi＝100×(di/4.75)n
式中，Pi是尺寸为di的筛孔的质量通过百分率，幂指数n的取值范围为0.22～0.55，混合料高温性能要求较高时建议n值不大于0.35，对疲劳性能要求较高时建议n值不小于0.4，n值确定则胶砂的目标矿料级配确定，各筛孔质量通过百分率Pi也可根据所用矿料的实际筛分结果确定。
步骤S22：确定沥青用量。
胶砂中的沥青用量按照粉胶比来确定，粉胶比的计算公式如下：
Fb＝P0.075/pb
式中，P0.075为胶砂矿料级配中0.075mm筛孔的质量通过百分率，pb为胶砂中沥青胶结料与矿料的质量比，简称油砂比。
Fb的取值与矿料级配曲线幂函数中的n值有关，当n值不大于0.35时，Fb取值不大于1.7，当n值不小于0.4时，Fb取值不大于1.2。
步骤三：设计并组装混合料试件，包括粗集料骨架设计、确定粗集料间隙率，选定胶砂填充度进行混合料组装及进行混合料体积指标检验四个步骤，具体如下；
步骤S31：粗集料骨架设计。
粗集料骨架是组装设计的另一关键部分，与混合料的高温稳定性密切相关，骨架设计即确定各档粗集料的掺配比例。试验表明，粗集料粒径越大，抗剪强度越高；粗集料掺配比例对抗剪强度影响不大。
本实施例中，当只有两档粗集料时，相邻两档粗集料的掺配比例为4:6～7:3，此时混合料粗集料间隙率最小，骨架最稳定；当有多档粗集料时，首先将最粗和次粗一级集料按上述比例掺配作为一档粗集料，再与下一级粗集料按上述比例进行掺配，以此类推直至最细一档粗集料，如此即确定粗集料组成，完成骨架设计。
步骤S32：确定粗集料骨架间隙率VCA。
确定粗集料组成后，将各档粗集料混合均匀，优选采用捣实或振动密实的方法确定粗集料的骨架间隙率VCA。示例性的，采用捣实法时，集料分三层装入试筒，每层由试筒边缘至中心均匀捣实25次，捣实结束后再次装填集料使之与试筒上边缘齐平，并采用合适的集料填充表面的大空隙，用直尺大体刮平，目测估计表面凸起部分与凹陷部分的容积大致相等；采用振实法时，集料一次装入试筒，振实三次，每次振动时间1min，振动过程中在集料上部放置一配重块，以防集料飞散，并保证振动结束后集料表面水平。对各种粗集料，按如上方法确定的粗集料间隙率为40％左右。
步骤S33：选定沥青胶砂的最小填充度VFMmin，进行混合料组装。
沥青胶砂与粗集料骨架的组装本质上是沥青胶砂填充粗集料骨架间隙，沥青胶砂的体积与粗集料骨架间隙率的比值定为沥青胶砂的填充度VFM。显然，VFM的大小与混合料的体积特征及性能指标密切相关，因此，VFM的大小应根据混合料的类型及性能需求来确定。
本实施例中沥青混合料填充度VFM的最小值的计算公式为：
VFMmin＝(Vca+4-Vv)/Vca×100％
式中，VFMmin为沥青胶砂的最小填充度，Vca为粗集料骨架间隙率，Vv为混合料设计空隙率。
按照沥青胶砂最小填充度反算各档细集料的用量，计算各档矿料掺配比例及混合料中的沥青用量，拌和混合料并采用马歇尔击实或旋转压实的方法进行混合料组装，得到成型沥青混合料试件。
步骤S34：制备混合料试件，进行体积指标检验，即检验沥青混合料试件中粗集料骨架间隙率的填充效果并确定沥青胶砂的设计填充度VFMd
检验沥青混合料试件的空隙率、矿料间隙率及沥青饱和度是否满足设计要求，若混合料各项体积指标均满足设计要求，则沥青胶砂最小填充度即为设计填充度；若混合料各项体积指标不满足设计要求，则根据体积指标偏差程度调整确定胶砂的设计填充度，直至体积指标满足设计要求。
步骤四：检验混合料试件的性能，确定混合料的最终配合比，具体步骤如下：
步骤S41：根据设计需要对混合料的性能指标进行检验。
采用胶砂设计填充度，根据工程需要，制备试件，对混合料试件进行经验性路用性能指标(水稳定性、高温稳定性、低温抗裂性)或力学性能指标(动态模量、疲劳)的检验。
步骤S42：计算矿料级配及沥青用量，确定最终配合比。
若各项性能指标均满足设计需要，则按照沥青胶砂设计填充度反算各档细集料的用量，计算各档矿料掺配比例及混合料中的沥青用量，确定最终配合比。
若存在性能指标不满足设计需要的情况，则调整幂指数n(减小n值有利于改善混合料高温相关性能，提高n值有利于改善混合料低温相关性能)或粉胶比Fb(提高Fb值，则改善混合料高温相关性能，对低温相关性能不利，反之则相反)，重复步骤三至步骤四，直至各项性能指标满足设计需要，按照沥青胶砂设计填充度反算各档细集料的用量，计算各档矿料掺配比例及混合料中的沥青用量，确定最终配合比。
与现有技术相比，本实施例提供的基于性能需求的组装式沥青混合料配合比确定方法，将沥青混合料划分为粗集料骨架及由细集料和沥青组成的沥青胶砂两个功能模块，通过粗集料骨架与沥青胶砂的组装实现沥青混合料设计，粗集料骨架功能模块抵抗荷载作用变形并提供骨架间隙，用于填充沥青砂浆，沥青砂浆功能模块粘结粗集料并填充粗集料骨架，提供混合料抗剪粘聚力、抗低温开裂的能力及抗疲劳能力。
实施例2
某A公路工程需要设计一种上面层沥青混合料，以下为该上面层沥青混合料设计的详细步骤：
步骤一：前期准备，基于性能需求确定设计的目标参数，即确定混合料的性能设计标准，并基于性能指标需求选定原材料。
步骤S11：根据工程实际需求确定混合料性能设计标准。
某A公路工程需要设计一种上面层沥青混合料，要求60℃动稳定度不小于1000次/mm，-10℃弯曲破坏应变不小于2000με，混合料设计空隙率为4％。根据以上要求选材并确定沥青混合料的配合比(矿料合成级配、各档矿料的掺配比例及沥青用量)。
步骤S12：基于性能指标需求选定原材料，确定原材料的基本参数。
混合料用于上面层，所以粗集料采用玄武岩石料，最大公称粒径13mm，粗集料共10-15mm与5-10mm两档。细集料及填料均为石灰岩材质，共3-5mm、0-3mm及矿粉三档。所有矿料的筛分及密度结果如表1至表2所示：
表1矿料筛分结果
Figure BDA0002140428950000101
Figure BDA0002140428950000111
表2矿料密度试验结果
Figure BDA0002140428950000112
根据工程实际需求，对混合料的高温及低温性能要求均不高，因此，沥青选择采用70号基质沥青。所采用70号沥青的技术指标为：25℃针入度63.6(0.1mm)、软化点49.5℃、15℃延度>100cm，均满足规范要求，沥青密度取1.03g/cm3。
步骤二：设计沥青胶砂，确定胶砂的级配、沥青用量及进行胶砂性能检验。
步骤S21：确定胶砂的级配。
混合料高温性能要求不高，因此选择连续密实型矿料级配，以保证水稳定性基本要求。胶砂目标级配幂函数的指数n取0.45，符合最大密度线要求。根据目标级配及各档细集料的实际筛分结果，确定三者的掺配比例为3-5mm：0-3mm：矿粉＝20：74：6，胶砂的目标矿料级配与实际合成级配见表3。
表3胶砂矿料级配
筛孔尺寸/mm 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
目标级配 100.0 73.0 53.4 39.4 28.9 21.1 15.5
合成级配 99.7 74.1 56.7 30.1 22.0 20.0 16.0
步骤S22：确定沥青用量。
胶砂中的沥青用量按照粉胶比来确定，粉胶比的计算公式如下：
Fb＝P0.075/pb
式中，P0.075为胶砂矿料级配中0.075mm筛孔的质量通过百分率，pb为胶砂中沥青胶结料与矿料的质量比，简称油砂比。
n值为0.45>0.4，取胶砂中粉胶比Fb为1.2，则胶砂中的油砂比为pb＝16.0/1.2＝13.3％。
根据确定的胶砂组成，计算得到胶砂的最大理论密度为(100+13.3)/(20/2.727+74/2.726+6/2.730+13.3/1.03)＝2.285g/cm3。
步骤三：设计并组装混合料试件，包括粗集料骨架设计、确定粗集料间隙率，选定胶砂填充度进行混合料组装及进行混合料体积指标检验。
步骤S31：粗集料骨架设计。
取两种粗集料的掺配比例为10-15mm：5-10mm＝6：4，粗集料的最大理论密度为1/(0.6/0.929+0.4/2.917)＝2.924g/cm3。
步骤S32：确定粗集料骨架间隙率
采用捣实法确定两种粗集料形成的骨架间隙率VCA为39.1％，这时骨架最稳定。
步骤S33：选定沥青胶砂的最小填充度VFMmin，进行混合料组装。
设计空隙率Vv＝4％，计算得到胶砂的最小填充度VFMmin＝100％。
按照沥青胶砂最小填充度反算各档细集料的用量，计算各档矿料掺配比例及混合料中的沥青用量，拌和混合料并采用马歇尔击实或旋转压实的方法进行混合料组装，得到成型沥青混合料试件。
步骤S34：制备混合料试件，进行体积指标检验，即检验沥青混合料试件中粗集料骨架间隙率的填充效果并确定沥青胶砂的设计填充度VFMd
沥青胶砂密度与粗集料密度比为2.285/2.924＝0.781，沥青胶砂中集料的质量占比为100/113.3＝0.883，根据VFMmin，计算得到混合料中各档矿料的质量比为：10-15mm：5-10mm：3-5mm：0-3mm：矿粉＝(100-VCA)×0.6:(100-VCA)×0.4:0.781×0.883×VCA×VFMmin×0.2：0.781×0.883×VCA×VFMmin×0.74:0.781×0.883×VCA×VFMmin×0.06＝41.6：27.7：6.1：22.7：1.9，混合料油石比为(6.1+22.7+1.9)×13.3/100＝4.1％。
采用马歇尔方法双面击实75次成型4个试件，经检测试件的空隙率为8.1％，远大于4％的设计空隙率，因此，需要调整沥青胶砂的填充度。根据空隙率偏差将填充度调整为VFM％＝(8.1-4)/39.1+1＝110.5％，取调整后的填充度为VFM＝111％，重新进行计算，得到各档矿料的质量比为：10-15mm：5-10mm：3-5mm：0-3mm：矿粉＝40.2：26.8：6.6：24.4：2，混合料油石比为(6.6+24.4+2)×13.3/100＝4.4％。
再次采用马歇尔方法双面击实75次成型4个试件，经检测试件的空隙率为4.1％，基本满足设计空隙率要求，计算得到相应的矿料间隙率VMA为14.1％，沥青饱和度VFA为71％，均满足规范对公称粒径最大13.2mm密级配沥青混合料的技术要求。
因此，确定该沥青混合料中胶砂的设计填充度为VFMd＝111％。
步骤四：检验混合料试件的性能，确定混合料的最终配合比，具体步骤如下：
步骤S41：根据设计需要对混合料试件的性能指标进行检验。
根据沥青胶砂设计填充度VFMd备料并制件，检验混合料的水稳定性、高温稳定性及低温抗裂性。试验结果见表4，可见混合料动稳定度及低温弯曲破坏应变均满足设计要求。
表4混合料性能检验
油石比/％ 冻融劈裂残留强度比/％ 动稳定度/次/mm 低温弯曲破坏应变/με
4.4 89.4 1473 2433
步骤S42：计算矿料级配及沥青用量，确定最终配合比。
根据体积指标及混合料性能指标检验结果，确定各档矿料的掺配比例见表5，混合料矿料级配见表6，混合料采用70号基质沥青，油石比为4.4％。
表5矿料掺配比例
Figure BDA0002140428950000142
表6混合料矿料级配
Figure BDA0002140428950000141
实施例3
某B公路工程需要设计一种上面层沥青混合料，以下为该上面层沥青混合料设计的详细步骤：
步骤一：前期准备，基于性能需求确定设计的目标参数，即确定混合料的性能设计标准，并基于性能指标需求选定原材料。
步骤S11：根据工程实际需求确定混合料性能设计标准。
某B公路工程需要设计一种上面层沥青混合料，要求60℃动稳定度不小于4000次/mm，-10℃弯曲破坏应变不小于2800με，混合料设计空隙率为4％。根据以上要求选材并确定沥青混合料的配合比(矿料合成级配、各档矿料的掺配比例及沥青用量)。
步骤S12：基于性能指标需求选定原材料，确定原材料的基本参数。
集料原材同实施例1，根据工程实际需求，对混合料的高温及低温性能要求均较高，必须选择改性沥青。因此，沥青选择采用SBS改性沥青沥青。所采用SBS沥青的技术指标为：25℃针入度52.6(0.1mm)、软化点77℃、5℃延度27.6cm，均满足规范要求，沥青密度取1.03g/cm3。
步骤二：设计沥青胶砂，确定胶砂的级配、沥青用量及进行胶砂性能检验。
步骤S21：确定胶砂的级配。
混合料高温性能要求较高，因此选择骨架密实型矿料级配。胶砂目标级配幂函数的指数n取0.25。根据目标级配及各档细集料的实际筛分结果，确定三者的掺配比例为3-5mm：0-3mm：矿粉＝0：70：30，胶砂的目标矿料级配与实际合成级配见表7。
表7胶砂矿料级配
筛孔尺寸/mm 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
目标级配 100.0 84.0 70.6 59.6 50.1 42.2 35.4
合成级配 100.0 94.1 77.8 52.7 44.9 41.5 35.6
步骤S22：确定沥青用量。
胶砂中的沥青用量按照粉胶比来确定，粉胶比的计算公式如下：
Fb＝P0.075/pb
式中，P0.075为胶砂矿料级配中0.075mm筛孔的质量通过百分率，pb为胶砂中沥青胶结料与矿料的质量比，简称油砂比。
n值为0.25＜0.35，取胶砂中粉胶比Fb为1.7，则胶砂中的油砂比为pb＝35.6/1.7＝20.9％。
根据确定的胶砂组成，计算得到胶砂的最大理论密度为(100+20.9)/(70/2.726+30/2.730+20.9/1.03)＝2.123g/cm3。
步骤三：设计并组装混合料试件，包括粗集料骨架设计、确定粗集料间隙率，选定胶砂填充度进行混合料组装及进行混合料体积指标检验。
步骤S31：粗集料骨架设计。
同样，取两种粗集料的掺配比例为10-15mm：5-10mm＝6：4，粗集料的最大理论密度为1/(0.6/0.929+0.4/2.917)＝2.924g/cm3。
步骤S32：确定粗集料骨架间隙率
采用捣实法确定两种粗集料形成的骨架间隙率VCA为39.1％，这时骨架最稳定。
步骤S33：选确定沥青胶砂的最小填充度VFMmin，进行混合料组装。
设计空隙率Vv＝4％，计算得到胶砂的最小填充度VFMmin＝100％。
按照沥青胶砂最小填充度反算各档细集料的用量，计算各档矿料掺配比例及混合料中的沥青用量，拌和混合料并采用马歇尔击实或旋转压实的方法进行混合料组装，得到成型沥青混合料试件。
步骤S34：制备混合料试件，进行体积指标检验，即检验沥青混合料试件中粗集料骨架间隙率的填充效果并确定沥青胶砂的设计填充度VFMd
沥青胶砂密度与粗集料密度比为2.123/2.924＝0.726，沥青胶砂中集料的质量占比为100/120.9＝0.827，根据VFMmin，计算得到混合料中各档矿料的质量比为：10-15mm：5-10mm：0-3mm：矿粉＝(100-VCA)×0.6:(100-VCA)×0.4:0.726×0.827×VCA×VFMmin×0.70:0.726×0.827×VCA×VFMmin×0.30＝42.8：28.6：20.0：8.6，混合料油石比为(20.0+8.6)×20.9/100＝6.0％。
由于采用SBS改性沥青，为避免出现沥青胶浆析漏，进行混合料试验时加入0.3％的木质素纤维，采用马歇尔方法双面击实75次成型4个试件，经检测试件的空隙率为3.8％，满足设计空隙率要求，计算得到相应的矿料间隙率VMA为17.2％，沥青饱和度VFA为77.9％，满足规范对公称粒径最大13.2mm密级配沥青混合料的技术要求，同时也满足现行规范为SMA13沥青混合料的技术要求。
因此，确定该沥青混合料中沥青胶砂的设计填充度为VFMd＝100％。
步骤四：检验混合料试件的性能，确定混合料的最终配合比，具体步骤如下：
步骤S41：根据设计需要对混合料试件的性能指标进行检验。
根据沥青胶砂设计填充度VFMd备料并制件，检验混合料的水稳定性、高温稳定性及低温抗裂性。试验结果见表8，可见混合料动稳定度及低温弯曲破坏应变均满足设计要求。
表8混合料性能检验
Figure BDA0002140428950000171
步骤S42：计算矿料级配及沥青用量，确定最终配合比。
根据体积指标及混合料性能指标检验结果，确定各档矿料的掺配比例见表9，混合料矿料级配见表10，混合料采用SBS改性沥青，油石比为6.0％，混合料中掺加0.3％的木质素纤维。
表9矿料掺配比例
Figure BDA0002140428950000172
表10混合料矿料级配
Figure BDA0002140428950000181
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于性能需求的组装式沥青混合料配合比确定方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：基于性能需求确定设计的目标参数；
步骤二：设计沥青胶砂；
步骤三：设计并组装混合料试件；
步骤四：检验混合料试件的性能，确定混合料的最终配合比；
其中所述步骤二具体包括：
步骤S21：确定胶砂的级配；
步骤S22：确定沥青用量；
在步骤S21中，胶砂中矿料的最大粒径小于等于4.75mm，矿料级配曲线符合以下幂函数分布：
Pi＝100×(di/4.75)n
式中，Pi是尺寸为di的筛孔的质量通过百分率，幂指数n的取值范围为0.22～0.55；
在所述步骤S22中，胶砂中的沥青用量按照粉胶比来确定，粉胶比的计算公式为：
Fb＝P0.075/pb
式中，P0.075为胶砂矿料级配中0.075mm筛孔的质量通过百分率，pb为胶砂中沥青胶结料与矿料的质量比；
Fb的取值与矿料级配曲线幂函数中的n值有关，当n值不大于0.35时，Fb取值不大于1.7，当n值不小于0.4时，Fb取值不大于1.2；
所述步骤三具体包括：
步骤S31：粗集料骨架设计；
步骤S32：确定粗集料骨架间隙率VCA；
步骤S33：选定沥青胶砂的最小填充度VFMmin，进行混合料组装；
步骤S34：制备混合料试件，进行体积指标检验；
在所述步骤S33中，最小填充度VFMmin的计算公式为：
VFMmin＝(Vca+4-Vv)/Vca×100％
式中，VFMmin为沥青胶砂的最小填充度，Vca为粗集料骨架间隙率，Vv为混合料设计空隙率。
2.根据权利要求1所述的基于性能需求的组装式沥青混合料配合比确定方法，其特征在于，步骤一具体包括：
步骤S11：根据工程实际需求确定混合料性能设计标准；
步骤S12：基于性能指标需求选定原材料，确定原材料的基本参数。
3.根据权利要求1所述的基于性能需求的组装式沥青混合料配合比确定方法，其特征在于，步骤四具体包括：
步骤S41：对混合料试件的性能指标进行检验；
步骤S42：计算矿料级配及沥青用量，确定最终配合比。
4.根据权利要求1所述的基于性能需求的组装式沥青混合料配合比确定方法，其特征在于，步骤S34中，体积指标包括沥青混合料试件中粗集料骨架间隙率的填充效果和沥青胶砂的设计填充度VFMd。
5.根据权利要求3所述的基于性能需求的组装式沥青混合料配合比确定方法，其特征在于，步骤S42中，若各项性能指标均满足设计需要，则按照沥青胶砂设计填充度反算各档细集料的用量，计算各档矿料掺配比例及混合料中的沥青用量，确定最终配合比。
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