CN110633550B - 聚酯纤维温拌沥青混合料的最佳油石比设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及沥青的技术领域，公开了聚酯纤维温拌沥青混合料的最佳油石比设计方法，包括以下设计步骤：1)、成型五款马歇尔试件，油石比分别是4.0％，4.5％，5.0％，5.5％，6.0％；2)、测定五款马歇尔试件的毛体积相对密度，计算五款马歇尔试件的目标空隙率、矿料间隙率以及有效沥青饱和度；利用马歇尔试验测得五款马歇尔试件的稳定度以及流值；3)、以油石比为横坐标，马歇尔试件的性能指标为纵坐标，将五款马歇尔试件的测定结果以四次曲线圆滑连接，形成油石比性能坐标图；4)、设定马歇尔试件的目标空隙率为4％，根据油石比性能坐标图，获得温拌沥青混合料的最佳油石比，整个设计过程简单，且设计成本低。

Description

聚酯纤维温拌沥青混合料的最佳油石比设计方法

技术领域

本发明专利涉及沥青的技术领域，具体而言，涉及聚酯纤维温拌沥青混合料的最佳油石比设计方法。

背景技术

油石比是指沥青混凝土中沥青与矿料质量比的百分数，它是沥青用量的指标之一。油石比的用量高低直接影响路面质量，油石比大则路面容易泛油，反之则影响强度和防水效果。简而言之，油石比就是沥青的含量。常用的油石比检测方法存在费时费力、精度较低、污染环境和危害人体健康等问题。

目前，聚酯纤维温拌沥青混合料的最佳油石比设计方法主要有马歇尔试验设计法、Superpave设计法和GTM设计法三种。

马歇尔试验设计法是一种体积设计方法，是国内温拌沥青混合料的标准设计方法，相关的技术指标通常作为工程验收的检测技术标准。马歇尔试验设计法在我国依旧是确定沥青混合料最佳油石比的最常用方法。

为了提高沥青路面的耐久性，Superpave设计方法和GTM设计方法开始应用于某些路面工程项目，很多学者也对这两种方法设计的沥青混合料展开了研究。

Superpave设计方法采用旋转压实仪来成型温拌沥青混合料试件，试件成型过程中的压实揉搓作用能较好地模拟实际路面的碾压过程。Superpave设计方法依据沥青混合料空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度、粉胶比和初始压实度等设计指标确定温拌沥青混合料最佳油石比。

GTM设计方法的温拌沥青混合料试件成型设备是旋转压实剪切试验机，主要由成型压实试验机、力学剪切试验机和车辆模拟机组合而成，试件成型完毕后即可快速得到沥青混合料的最佳油石比和设计密度。

现有技术中聚酯纤维温拌沥青混合料的最佳油石比设计方法均存在价格昂贵以及设计过程复杂等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供聚酯纤维温拌沥青混合料的最佳油石比设计方法，旨在解决现有技术中，聚酯纤维温拌沥青混合料的最佳油石比设计方法存在价格昂贵以及设计过程复杂的问题。

本发明是这样实现的，聚酯纤维温拌沥青混合料的最佳油石比设计方法，包括以下设计步骤：

1)、利用聚酯纤维温拌沥青混合料成型五款马歇尔试件，五款所述马歇尔试件的油石比分别是4.0％，4.5％，5.0％，5.5％，6.0％；

2)、采用表干法测定五款所述马歇尔试件的毛体积相对密度，利用所述毛体积相对密度计算五款所述马歇尔试件的目标空隙率、矿料间隙率以及有效沥青饱和度；再将所述马歇尔试件放置在60℃的恒温水浴箱内浸泡30min，利用马歇尔试验测得五款所述马歇尔试件的稳定度以及流值；

3)、以油石比为横坐标，所述马歇尔试件的性能指标为纵坐标，将五款所述马歇尔试件的测定结果以四次曲线圆滑连接，形成油石比性能坐标图；

4)、设定所述马歇尔试件的目标空隙率为4％，根据油石比性能坐标图，获得温拌沥青混合料的最佳油石比。

进一步的，在所述设计步骤4)中，选定所述马歇尔试件的目标空隙率范围为3％-7％之间。

进一步的，在所述设计步骤4)中，五款所述马歇尔试件的有效沥青饱和度的目标值取规范中值。

进一步的，在所述设计步骤2)中，五款所述马歇尔试件的毛体积相对密度以峰值为最佳值。

进一步的，在所述设计步骤4)中，五款所述马歇尔试件的稳定度以峰值为最佳值。

进一步的，提供模具板以及水平移动的移动台，所述模具板中具有多个上下贯通的模具通腔，所述模具板的底部封盖有拆卸板，所述拆卸板的外侧通过连接结构与模具板连接，所述拆卸板封闭所述模具通腔的底部开口；在所述移动台的上方设置有纵向摆动的摆动压头；所述设计步骤1)中，所述拆卸板置于移动台上，将聚酯纤维温拌沥青混合料置于模具板的模具通腔中，利用所述摆动压头抵压在模具板上，且随着所述摆动压头的摆动，将聚酯纤维温拌沥青混合料压实在所述模具通腔中，形成所述马歇尔试件。

进一步的，所述摆动压头具有朝下布置的压合面，所述压合面呈弧面状；在所述设计步骤1)中，随着所述摆动压头的摆动抵压所述模具板，所述移动板带动所述模具板水平移动。

进一步的，所述移动台的移动方向与所述摆动压头的摆动方向一致。

进一步的，所述连接结构包括设置在所述拆卸板外侧且朝上延伸的定位壁板以及插销，所述定位壁板抵接在所述模具板的外侧壁上，所述插销穿过所述定位壁板，插入所述模具板中，将所述拆卸板与所述模具板相对固定。

进一步的，所述拆卸板具有朝向所述模具板的上端面，所述拆卸板的上端面具有封闭所述模具通腔底部开口的封闭面，所述封闭面上凸设有插针，所述插针穿至所述模具通腔中。

与现有技术相比，本发明提供的聚酯纤维温拌沥青混合料的最佳油石比设计方法，以油石比为5％为中间值，成型五款不同油石比的马歇尔试件，获得五款马歇尔试件的性能指标，利用油石比与性能指标形成油石比性能指标坐标图，并设定马歇尔试件的目标空隙率为4％，获得温拌沥青混合料的最佳油石比，整个设计过程简单，且设计成本低。

附图说明

图1是本发明提供的聚酯纤维温拌沥青混合料的最佳油石比设计方法的设计流程图；

图2是本发明提供的马歇尔试件的毛体积相对密度与油石比的坐标示意图；

图3是本发明提供的马歇尔试件的目标孔隙率与油石比的坐标示意图；

图4是本发明提供的马歇尔试件的矿料间隙率与油石比的坐标示意图；

图5是本发明提供的马歇尔试件的沥青饱和度与油石比的坐标示意图；

图6是本发明提供的马歇尔试件的稳定度与油石比的坐标示意图；

图7是本发明提供的马歇尔试件的流值与油石比的坐标示意图

图8是本发明提供的摆动压头与模具板配合的主视示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。

本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参照图1-8所示，为本发明提供的较佳实施例。

聚酯纤维温拌沥青混合料的最佳油石比设计方法，包括以下设计步骤：

聚酯纤维温拌沥青混合料的最佳油石比设计方法，其特征在于，包括以下设计步骤：

1)、利用温拌沥青混合料成型五款马歇尔试件，五款所述马歇尔试件的油石比分别是4.0％，4.5％，5.0％，5.5％，6.0％；

2)、采用表干法测定五款马歇尔试件的毛体积相对密度(VV)，利用所述毛体积相对密度计算五款马歇尔试件的目标空隙率(VV)、矿料间隙率(VMA)及有效沥青饱和度(VFA)；再将马歇尔试件放置在60℃的恒温水浴箱内浸泡30min，采用马歇尔试验测定五款马歇尔试件的稳定度(MS)以及流值(FL)；

3)、以油石比为横坐标，马歇尔试件的性能指标为纵坐标，将五款马歇尔试件的测定结果以四次曲线圆滑连接，形成油石比性能坐标图；

4)、设定马歇尔试件的目标空隙率为4％，根据油石比性能坐标图，获得温拌沥青混合料的最佳油石比。

上述提供的聚酯纤维温拌沥青混合料的最佳油石比设计方法，以油石比为5％为中间值，成型五款不同油石比的马歇尔试件，获得五款马歇尔试件的性能指标，利用油石比与性能指标形成油石比性能指标坐标图，并设定马歇尔试件的目标空隙率为4％，获得温拌沥青混合料的最佳油石比，整个设计过程简单，且设计成本低。

在确定最佳油石比的过程中，马歇尔试件的各项性能指标的约束条件如表1所示。

表1马歇尔试件各项性能指标约束条件

由于国内外大量工程实践表明密级配沥青混合料的最佳空隙率范围为3％～7％；近年来的调查研究发现，使用多年路况良好的沥青路面的残留空隙率为4％。空隙率太大会导致渗水，加速沥青混合料的老化，缩短路面使用年限；空隙率太小(低于3％)，在荷载作用下，沥青混合料没有松动的余地，只能自两侧挤出，形成车辙。毛体积相对密度和稳定度以峰值为目标值，有效沥青饱和度的最适值取规范中值，因此，本实施例中，目标空隙率选为4％。

在本实施例中，设计步骤4)中，五款所述马歇尔试件的有效沥青饱和度的目标值取规范中值。设计步骤2)中，五款所述马歇尔试件的毛体积相对密度以峰值为最佳值。在设计步骤4)中，五款所述马歇尔试件的稳定度以峰值为最佳值。

过高的流值表现在实际路面中是过大的塑性变形即永久变形，过低的流值表现在实际路面中是路面的脆性，导致路面耐久性不好，因此规范中存在流值的约束范围，但对流值的控制并不是很严格。

参照图2-7所示，

随着油石比的增大，聚酯纤维温拌沥青混合料毛体积相对密度呈现先增大后减小的趋势，WMA油石比为5.52％时出现峰值，WMA+0.25％PF油石比为5.99％时出现峰值；随着油石比的增大，混合料空隙率逐渐降低，WMA油石比为4.77％时取目标空隙率4％，油石比在4.17％～5.14％范围内满足规范中的空隙率要求，WMA+0.25％PF油石比为5.11％时取目标空隙率4％，油石比在4.58％～5.52％范围内满足规范中的空隙率要求；矿料间隙率随着油石比的增大呈现先增大后减小的趋势，且WMA和WMA+0.25％PF的矿料间隙率均满足规范要求。

随着油石比的增大，沥青饱和度也逐渐增大，WMA油石比为4.66％时取目标有效沥青饱和度70％，油石比在4.42％～4.91％范围内满足规范中的有效沥青饱和度要求，WMA+0.25％PF油石比为4.90％时取目标有效沥青饱和度70％，油石比在4.68％～5.17％范围内满足规范中的有效沥青饱和度要求；稳定度随着油石比的增大呈现先增大后减小的趋势，WMA油石比为4.82％时出现峰值，WMA+0.25％PF油石比为5.22％时出现峰值；随着油石比的增大，流值单调递增，WMA油石比在4.00％～5.24％范围内满足规范中流值要求，WMA+0.25％PF油石比在4.00％～4.99％范围内满足规范中流值要求。

最终确定WMA的最佳油石比为4.80％，WMA+0.25％PF的最佳油石比为5.18％。WMA+0.25％PF比WMA的最佳油石比高0.38％，这是由于纤维的加入提高了聚酯纤维温拌沥青混合料整体的比表面积，使得聚酯纤维温拌沥青混合料试件内部沥青可以大体上分为两个部分，一是依靠沥青的粘附力裹附在石料表面的，二也是依靠沥青的粘附力裹附在聚酯纤维表面而形成了纤维沥青，这部分纤维沥青或裹附在石料表面，或游离于石料之间通过其加筋作用提高沥青内部的聚合力。根据沥青膜厚度来估算纤维掺量为0.1％和0.4％以及纤维长度为3mm和12mm的WMA的最佳油石比，据上述分析可知，当沥青刚好能裹附石料和纤维时油石比为最佳，裹附石料所用油石比为4.80％。

本实施例中，提供模具板101以及水平移动的移动台100，模具板101中具有多个上下贯通的模具通腔，模具板101的底部封盖有拆卸板102，拆卸板102的外侧通过连接结构与模具板101连接，拆卸板102封闭所述模具通腔的底部开口。

在移动台100的上方设置有纵向摆动的摆动压头105；设计步骤1)中，拆卸板102置于移动台100上，将聚酯纤维温拌沥青混合料置于模具板101的模具通腔中，利用摆动压头105抵压在模具板101上，且随着摆动压头105的摆动，将聚酯纤维温拌沥青混合料压实在模具通腔中，形成所述马歇尔试件。

摆动压头105具有朝下布置的压合面106，压合面106呈弧面状；在设计步骤1)中，随着摆动压头105的摆动抵压模具板101，移动板带动模具板101水平移动。这样，保证摆动压头105的压合面106可以竖向朝下压实聚酯纤维温拌沥青混合料，便于快速成型聚酯纤维温拌沥青混合料试件。

优选地，移动台100的移动方向与摆动压头105的摆动方向一致，从而，保证摆动压头105的压合面106与模具板101的抵压位置与摆动压头105的呈上下对齐。

连接结构包括设置在所述拆卸板102外侧且朝上延伸的定位壁板103以及插销104，所述定位壁板103抵接在模具板101的外侧壁上，插销104穿过所述定位壁板103，插入模具板101中，将拆卸板102与模具板101相对固定。

这样，当需要成型聚酯纤维温拌沥青混合料试件时，将拆卸板102将模具板101的底部封闭，当聚酯纤维温拌沥青混合料试件成型后，为了便于取出聚酯纤维温拌沥青混合料试件，则将拆卸板102从模具板101上拆卸下来。

为了便于聚酯纤维温拌沥青混合料试件的拆卸，拆卸板102具有朝向模具板101的上端面，拆卸板102的上端面具有封闭模具通腔底部开口的封闭面，封闭面上凸设有插针，插针穿至模具通腔中。这样，当聚酯纤维温拌沥青混合料试件成型以后，插针插入在聚酯纤维温拌沥青混合料试件中，当将拆卸板102拆卸下来的同时，聚酯纤维温拌沥青混合料试件也随之从模具通腔中出来。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.聚酯纤维温拌沥青混合料的最佳油石比设计方法，其特征在于，包括以下设计步骤：

1）、利用聚酯纤维温拌沥青混合料成型五款马歇尔试件，五款所述马歇尔试件的油石比分别是4.0%，4.5%，5.0%，5.5%，6.0%；

2）、采用表干法测定五款所述马歇尔试件的毛体积相对密度，利用所述毛体积相对密度计算五款所述马歇尔试件的目标空隙率、矿料间隙率以及有效沥青饱和度；再将所述马歇尔试件放置在60℃的恒温水浴箱内浸泡30min，利用马歇尔试验测得五款所述马歇尔试件的稳定度以及流值；

3）、以油石比为横坐标，所述马歇尔试件的性能指标为纵坐标，将五款所述马歇尔试件的测定结果以四次曲线圆滑连接，形成油石比性能坐标图；

4）、设定所述马歇尔试件的目标空隙率为4%，根据油石比性能坐标图，获得温拌沥青混合料的最佳油石比；当沥青刚好能裹附石料和纤维时油石比为最佳，裹附石料所用油石比为4.80%；

提供模具板以及水平移动的移动台，所述模具板中具有多个上下贯通的模具通腔，所述模具板的底部封盖有拆卸板，所述拆卸板的外侧通过连接结构与模具板连接，所述拆卸板封闭所述模具通腔的底部开口；在所述移动台的上方设置有纵向摆动的摆动压头；所述设计步骤1）中，所述拆卸板置于移动台上，将聚酯纤维温拌沥青混合料置于模具板的模具通腔中，利用所述摆动压头抵压在模具板上，且随着所述摆动压头的摆动，将聚酯纤维温拌沥青混合料压实在所述模具通腔中，形成所述马歇尔试件；

所述摆动压头具有朝下布置的压合面，所述压合面呈弧面状；在所述设计步骤1）中，随着所述摆动压头的摆动抵压所述模具板，所述移动台带动所述模具板水平移动；所述移动台的移动方向与所述摆动压头的摆动方向一致；

所述连接结构包括设置在所述拆卸板外侧且朝上延伸的定位壁板以及插销，所述定位壁板抵接在所述模具板的外侧壁上，所述插销穿过所述定位壁板，插入所述模具板中，将所述拆卸板与所述模具板相对固定；

所述拆卸板具有朝向所述模具板的上端面，所述拆卸板的上端面具有封闭所述模具通腔底部开口的封闭面，所述封闭面上凸设有插针，所述插针穿至所述模具通腔中。

2.如权利要求1所述的聚酯纤维温拌沥青混合料的最佳油石比设计方法，其特征在于，在所述设计步骤4）中，选定所述马歇尔试件的目标空隙率范围为3%-7%之间。

3.如权利要求1或2所述的聚酯纤维温拌沥青混合料的最佳油石比设计方法，其特征在于，在所述设计步骤4）中，五款所述马歇尔试件的有效沥青饱和度的目标值取规范中值。

4.如权利要求1或2所述的聚酯纤维温拌沥青混合料的最佳油石比设计方法，其特征在于，在所述设计步骤2）中，五款所述马歇尔试件的毛体积相对密度以峰值为最佳值。

5.如权利要求1或2所述的聚酯纤维温拌沥青混合料的最佳油石比设计方法，其特征在于，在所述设计步骤4）中，五款所述马歇尔试件的稳定度以峰值为最佳值。