CN110412254A - 一种半柔性路面预估残余空隙率的试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预估半柔性路面残余空隙率的试验方法，以沥青混合料级配为母体，配置了水泥砂浆，开展了大量的灌浆试验，分析了半柔性路面残余空隙率变化的规律，该方法具体包含以下步骤：(1)测得母体沥青混合料的基本物理参数，包括初始空隙率和连通空隙率；(2)测得配置的水泥砂浆密度；(3)测得饱和灌浆率；(4)估算残余空隙率。本发明的试验方法可便捷、有效精准测地测量半柔性路面预估残余空隙率。

Description

一种半柔性路面预估残余空隙率的试验方法

技术领域

本发明涉及道路工程领域，尤其涉及一种半柔性路面预估残余空隙率的试验方法。

背景技术

半柔性路面是一种多相体系的路面，固相材料由大孔隙的沥青混合料构成，液相材料由水泥胶浆组成。通过骨料之间的相互嵌挤和水泥胶浆共同形成强度，由于结合了水泥和沥青路面的优点，半柔性路面不仅具有较好的抵抗荷载作用的能力，而且高温稳定性能、抗水损害性能也优于普通沥青混凝土路面，同时具有耐油、耐酸和易着色等特性。

目前，半柔性路面应用较少，主要集中在城市道路交叉口等交通量较大的路段。半柔性路面经过灌浆成型后，无法获得残余的空隙率，该问题一直悬而未决，对路面的工程质量造成了较大的影响。本发明致力于克服以上的困难，推导出柔性路面预估残余空隙率的计算公式，为半柔性路面预测残留空隙率提供参考依据。

发明内容

针对上述现有技术的现状，本发明所要解决的技术问题在于提供一种半柔性路面预估残余空隙率的试验方法，可便捷、有效精准地测地测量半柔性路面预估残余空隙率。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种获取半柔性路面的残余空隙率的方法，其中，上述半柔性路面为在大孔隙的沥青混合料中灌入水泥砂浆而成型的沥青路面，上述方法包括以下步骤，

(1)获取母体沥青混合料的基本物理参数，上述基本物理参数包括上述母体沥青混合料的初始空隙率和马歇尔试件的连通空隙率，其中，上述马歇尔试件为上述母体沥青混合料通过马歇尔击实实验成型的试件；

(2)获取配置的水泥砂浆密度；

(3)获取上述马歇尔试件的饱和灌浆率；

(4)以上述马歇尔试件的灌浆前初始空隙率与上述马歇尔试件灌浆中减少的空隙率的差值或缺上述半柔性路面的残余空隙率。

进一步地，上述母体沥青混合料的初始空隙率的获取方法如下：

(1)根据上述马歇尔试件的体积参数和干燥的上述马歇尔试件的空中质量，获得上述马歇尔试件的毛体积密度；

(2)根据25℃时水的密度，获得当前温度下上述马歇尔试件的毛体积相对密度；

(3)将上述马歇尔试件放入负压容器中，灌入25℃的水直至淹没上述马歇尔试件，真空负压抽去所有气泡，以获取上述马歇尔试件理论最大相对密度；

(4)通过上述马歇尔试件理论最大相对密度与上述马歇尔试件的毛体积相对密度的比值获取马歇尔试件的初始空隙率。

进一步地，上述马歇尔试件的连通空隙率的获取方法如下：

(1)获取上述马歇尔试件在空气中质量和在水中质量的差值，并与T℃时水的密度进行比较，获取矿料与封闭空隙的体积v₁；

(2)通过上述马歇尔试件的体积与矿料与封闭空隙的体积v₁之间的差值占上述马歇尔试件的体积本身的比值获取上述马歇尔试件的连通空隙率。

进一步地，上述马歇尔试件的饱和灌浆率的获取方法如下：

(1)根据上述马歇尔试件的体积、上述马歇尔试件的连通空隙率以及水泥砂浆的密度获取上述马歇尔试件的理论灌浆质量；

(2)通过灌浆后马歇尔试件在空气中质量与灌浆前马歇尔试件在空气中质量的差值获取上述马歇尔试件的实际灌浆质量；

(3)根据上述马歇尔试件的实际灌浆质量与上述马歇尔试件的理论灌浆质量的比值获取上述马歇尔试件的饱和灌浆率。

进一步地，通过上述实际灌浆质量与上述马歇尔试件的体积以及上述水泥砂浆的密度的比值获取上述马歇尔试件灌浆中减少的空隙率。

进一步地，通过上述理论灌浆质量与上述饱和灌浆率而获取上述实际灌浆质量。

进一步地，通过上述马歇尔试件中的矿料和沥青实体体积，所马歇尔试件中的连通空隙体积以及上述马歇尔试件的封闭空隙体积以获取上述马歇尔试件的体积。

有益效果：

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明通过获取母体沥青混合料的基本物理参数、水泥砂浆密度、马歇尔试件饱和灌浆率等参数有效测定了半柔性路面的残余空隙率，在试验精度上能够得到较高的控制，为半柔性路面预测残留空隙率提供参考依据。

附图说明

图1为半柔性马歇尔试件体积构成。

具体实施方式

一、推导公式

1)大孔隙母体沥青混合料初始空隙率

对于大孔隙的母体沥青混合料，其空隙率保持在20％以上，因此必须按照体积法测试成型马歇尔试件的毛体积相对密度。先测得马歇尔试件的体积参数和干燥马歇尔试件的空中质量，并计算毛体积密度，再根据25℃时水的密度，计算出该温度下马歇尔试件的毛体积相对密度。计算过程如式(1)至式(3)所示。

式中：V_试件—马歇尔试件的体积(cm³)；

d—马歇尔试件的直径(mm)；

h—马歇尔试件的高度(mm)。

式中：ρ_t—毛体积密度(g/cm³)；

m_a—干燥马歇尔试件的空中质量(g)；

V_试件—马歇尔试件的体积(cm³)。

式中：γ_t—毛体积相对密度，无量纲；

ρ_t—毛体积密度(g/cm³)；

ρ_水，25℃—25℃时水的毛体积密度(g/cm³)。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神与范围。

将沥青混合料放入负压容器中，灌入25℃的水直至淹没沥青混合料，开启真空抽气机，抽去混合料间的气泡，测得沥青混合料理论最大相对密度。最后计算马歇尔试件的初始空隙率。计算过程如式(4)和式(5)所示。

式中：γ_f—沥青混合料理论最大相对密度；

m_a—干燥沥青混合料的空中质量(g)；

m₁—负压容器中25℃的水中质量(g)；

m₂—负压容器与沥青混合料在25℃的水中质量(g)。

式中：K₀—马歇尔试件的初始空隙率(％)；

γ_f—沥青混合料理论最大相对密度，无量纲；

γ_t—毛体积相对密度，无量纲；

2)马歇尔试件的连通空隙率

沥青混合料通过马歇尔击实实验成型，试件的尺寸为φ101.6mm，高度为63.5mm±1.3mm，并通过式(6)和式(7)计算试件的连通空隙率。

式中：v₁—矿料与封闭空隙的体积(cm³)；

m_a1—马歇尔试件在空气中质量(g)；

m_w1—马歇尔试件在水中质量(g)；

ρ_水，T℃—T℃时水的密度(g/cm³)。

式中：Vv—马歇尔试件连通空隙率(％)；

V_试件—马歇尔试件的体积(cm³)；

v₁—矿料与封闭空隙的体积(cm³)。

2.马歇尔试件的饱和灌浆率

首先测试水泥砂浆的密度，再将其振动灌入马歇尔试件中，根据马歇尔试件的体积、连通空隙率以及水泥砂浆的密度计算理论灌浆质量。最后待灌浆完毕后，称量饱和灌浆试件的质量，计算马歇尔试件的饱和灌浆率。计算过程如式式(8)至式(10)所示。

式中：ρ_s—水泥砂浆的密度(g/cm³)；

m_s—水泥砂浆的质量(g)；

V_s—水泥砂浆的体积(cm³)。

M_理论＝V_试件×Vv×ρ_s (9)式中：M_理论—理论灌浆质量(g)；

V_试件—马歇尔试件的体积(cm³)；

Vv—马歇尔试件连通空隙率(％)；

ρ_s—水泥砂浆的密度(g/cm³)。

式中：μ—饱和灌浆率，无量纲；

M_实际—实际灌浆质量(g)，M_实际＝m_a2-m_a1；

m_a2—灌浆后马歇尔试件在空气中质量(g)；

m_a1—灌浆前马歇尔试件在空气中质量(g)；

M_理论—理论灌浆质量(g)。

3.半柔性马歇尔试件的残余空隙率

获得了母体沥青混合料的基本物理参数，测得了成型马歇尔试件的饱和灌浆率后，推导半柔性马歇尔试件的残余空隙率的计算公式。半柔性马歇尔试件各部分体积构成如图1所示。

由图1可得，半柔性马歇尔试件体积(V_试件)由三个部分构成，分别是试件的矿料和沥青实体体积(v_m)，试件连通空隙体积(Vv)和试件的封闭空隙体积(v_a)。马歇尔试件在灌浆过程中，假设初始空隙率为K₀，水泥砂浆沿着连通空隙灌入，填充了大部分的连通空隙，此过程中减少的空隙率为K_Δ，则马歇尔试件灌浆后残余空隙率K₁的计算，如式(11)至式(13)所示。

K₁＝K₀-K_Δ (11)

式中：K₁—马歇尔试件灌浆后残余空隙率(％)；

K₀—马歇尔试件灌浆前初始空隙率(％)；

K_Δ—马歇尔试件灌浆中减少的空隙率(％)。

Vv'—马歇尔试件灌浆中被灌浆材料填充的连通空隙率(％)；

V_试件—马歇尔试件的体积(cm³)；

v_m—马歇尔试件中矿料和沥青实体体积(cm³)；

Vv—马歇尔试件中连通空隙体积(cm³)；

v_a—马歇尔试件的封闭空隙体积(cm³)；

ρ_s—水泥砂浆的密度(g/cm³)；

M_实际—实际灌浆质量(g)；

M_理论—理论灌浆质量(g)；

μ—饱和灌浆率，无量纲。

二、试验结果

1.母体沥青混合料的基本物理参数

本例以SFAC-13型沥青混合料级配为母体，各档矿料通过率如表1所示。

表1沥青混合料各档矿料通过率

通过谢伦堡析漏和肯塔堡飞散试验确定该级配的最佳沥青用量为3.4％，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)，采用φ101.6mm*87mm的试模，双面击实50次，制备标准马歇尔试件，试件高度为63.5mm±1.3mm。

按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中T0711节所述的真空法，测试沥青混合料的理论最大相对密度。根据T0708节中所述的体积法测试压实沥青混合料的毛体积相对密度，通过公式(4)计算出SFAC-13型沥青混合料的初始空隙率，分别如表2和表3所示。

表2理论最大相对密度

表3沥青混合料的初始空隙率

获得了SFAC-13型沥青混合料的初始空隙率后，继续采用该成型的试件测试该混合料的连通空隙率，为混合料灌入水泥砂浆奠定基础。考虑到称量试件的水中重时，温度对水的密度的影响，需要温度修正，不同温度下水的密度如表4所示。

表4不同温度下水的密度

本例在测试试件时，水温为12℃，在此温度下获得了试件的水中质量，通过公式(6)和(7)分别计算了矿料与封闭空隙体积和连通空隙率，结果见表5。

表5成型马歇尔试件的连通空隙率

2.半柔性马歇尔试件的残余空隙率

首先，本例配置了水泥砂浆，配比如表6所示，按照此配比下拌制水泥砂浆，测试了密度。其次，采用锡纸和胶带将马歇尔试件密封，并在振动状态下，将水泥砂浆灌入马歇尔试件中。通过称量灌浆前后试件质量的变化获得实际灌浆质量，由公式(9)和(10)计算饱和灌浆率，通过公式(11)至(13)计算试件的残留空隙率，结果见表7。

表6水泥砂浆配比

表7残余空隙率

通过表7得出的计算结果可知：

(1)依据本发明推导出的半柔性路面残余空隙率预估公式，测试样本中，残余空隙率的均值为5.198，样本方差为0.81，整体误差较小，试件制作的精度控制较好。

(2)在99％的置信度下，本例测试样本的残余空隙率的置信区间为[4.359,6.037],在此区间内，本发明的预估方法成功率达到了80％以上。

上述具体实施例只是对本发明内容的示意性说明，不代表对本发明内容的限制。本领域技术人员可以想到的是，本发明中具体结构可以有很多的变化形式，但其采用技术方案的主要技术特征与本发明相同或相似，均应涵盖于本发明保护范围内。

Claims (7)

1.一种获取半柔性路面的残余空隙率的方法，其中，所述半柔性路面为在大孔隙的沥青混合料中灌入水泥砂浆而成型的沥青路面，其特征在于：所述方法包括以下步骤，

(1)获取母体沥青混合料的基本物理参数，所述基本物理参数包括所述母体沥青混合料的初始空隙率和马歇尔试件的连通空隙率，其中，所述马歇尔试件为所述母体沥青混合料通过马歇尔击实实验成型的试件；

(2)获取配置的水泥砂浆密度；

(3)获取所述马歇尔试件的饱和灌浆率；

(4)以所述马歇尔试件的灌浆前初始空隙率与所述马歇尔试件灌浆中减少的空隙率的差值或缺所述半柔性路面的残余空隙率。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于：所述母体沥青混合料的初始空隙率的获取方法如下：

(1.1)根据所述马歇尔试件的体积参数和干燥的所述马歇尔试件的空中质量，获得所述马歇尔试件的毛体积密度；

(1.2)根据25℃时水的密度，获得当前温度下所述马歇尔试件的毛体积相对密度；

(1.3)将所述马歇尔试件放入负压容器中，灌入25℃的水直至淹没所述马歇尔试件，真空负压抽去所有气泡，以获取所述马歇尔试件理论最大相对密度；

(1.4)通过所述马歇尔试件理论最大相对密度与所述马歇尔试件的毛体积相对密度的比值获取马歇尔试件的初始空隙率。

3.根据权利要求1的方法，其特征在于：所述马歇尔试件的连通空隙率的获取方法如下：

(1.5)获取所述马歇尔试件在空气中质量和在水中质量的差值，并与T℃时水的密度进行比较，获取矿料与封闭空隙的体积v₁；

(1.6)通过所述马歇尔试件的体积与矿料与封闭空隙的体积v₁之间的差值占所述马歇尔试件的体积本身的比值获取所述马歇尔试件的连通空隙率。

4.根据权利要求1的方法，其特征在于：所述马歇尔试件的饱和灌浆率的获取方法如下：

(3.1)根据所述马歇尔试件的体积、所述马歇尔试件的连通空隙率以及水泥砂浆的密度获取所述马歇尔试件的理论灌浆质量；

(3.2)通过灌浆后马歇尔试件在空气中质量与灌浆前马歇尔试件在空气中质量的差值获取所述马歇尔试件的实际灌浆质量；

(3.3)根据所述马歇尔试件的实际灌浆质量与所述马歇尔试件的理论灌浆质量的比值获取所述马歇尔试件的饱和灌浆率。

5.根据权利要求4的方法，其特征在于：通过所述实际灌浆质量与所述马歇尔试件的体积以及所述水泥砂浆的密度的比值获取所述马歇尔试件灌浆中减少的空隙率。

6.根据权利要求5的方法，其特征在于：通过所述理论灌浆质量与所述饱和灌浆率而获取所述实际灌浆质量。

7.根据权利要求5的方法，其特征在于：通过所述马歇尔试件中的矿料和沥青实体体积，所马歇尔试件中的连通空隙体积以及所述马歇尔试件的封闭空隙体积以获取所述马歇尔试件的体积。