CN111046477A - 一种道路坑槽修复用常温施工沥青混合料的配合比设计方法 - Google Patents
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Abstract
一种道路坑槽修复用常温施工沥青混合料的配合比设计方法，属于沥青混合料配合比设计技术领域。本发明的目的是为了解决国内外没有合适的冷补沥青混合料配合比设计方法的问题，结合国内外研究现状、工程实际及坑槽修复材料主要的破坏形式及材料的施工和服役需求，通过在配合比设计中合理地设计实验龄期，科学地选取设计指标和验证指标，从而保证制备出性能较优的冷补沥青混合料，实现配合比设计方法的完善和优化。依据本发明的方法设计制备的常温施工沥青混合料能够在低温或常温条件下施工；具有施工和易性好，利于运输、摊铺、碾压以及修补后通车快的特点；具有保质期长、存贮稳定性优异的性能特点；保证材料具有良好的耐久性和优异的使用性能。
Description
技术领域
本发明属于沥青混合料配合比设计技术领域，具体涉及一种道路坑槽修复用常温施工沥青混合料的配合比设计方法。
背景技术
坑槽是沥青路面较为常见的病害之一。对坑槽进行及时有效的处治能够提高路面使用性能，延长使用寿命。然而，国内外冷补沥青混合料在储存稳定性及低温粘附性方面均较差，在使用过程中易出现早期强度较低，水温稳定性差以及使用耐久性差等问题。同时，国内外尚没有完整或标准的设计方法进行冷补沥青混合料的配合比设计。
冷补沥青混合料在施工过程中需要降低粘度以达到常温施工的目的，因而在成型之后相当长的时间内，强度才能够达到一定的数值，也就是需要经过一定的养生时间，这一点区别于热拌沥青混合料，因此冷补沥青混合料的配合比设计应该完全区别于热拌沥青混合料配合比设计，应采用不同的设计方法和标准。
发明内容
本发明的目的是为了解决国内外没有合适的冷补沥青混合料配合比设计方法的问题，提供一种道路坑槽修复用常温施工沥青混合料的配合比设计方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种道路坑槽修复用常温施工沥青混合料的配合比设计方法，所述方法为：
S1：确定级配组成：根据《公路沥青路面施工技术规范》确定矿料级配；
S2：根据矿料比表面积计算有效沥青膜厚度，进而确定初步配合比实验沥青用量范围；
S3：根据S1与S2确定的矿料级配及沥青用量拌制冷补沥青混合料，采用小铲翻拌法来评定冷补沥青混合料的压实性、施工和易性；
S4：调整沥青用量：根据S3施工和易性判定合格的混合料，若能够满足的有5个沥青用量范围，直接进行下一步实验，不满足时按照2％～3％的步长增加沥青用量，然后进行下一步；
S5：冷补沥青混合料配合比设计指标的选择及实验设计：确定设计指标为肯塔堡飞散试验的沥青混合料飞散损失、马歇尔试验中的物理指标和力学指标，进行肯塔堡飞散试验及马歇尔试验，最终确定最佳沥青用量。
本发明相对于现有技术的有益效果为：依据本发明的方法设计制备的常温施工沥青混合料能够在低温或常温条件下施工；具有施工和易性好，利于运输、摊铺、碾压以及修补后通车快的特点；具有易于储存，不结块，不离析，保质期长的存贮稳定性优异的性能特点；保证材料具有良好的耐久性和优异的使用性能。
附图说明
图1为密度与油石比关系图；
图2为空隙率与油石比关系图；
图3为矿料间隙率与油石比关系图；
图4为沥青饱和度与油石比关系图；
图5为稳定度与油石比关系图；
图6为流值与油石比关系图；
图7为带有坑槽的车辙板示意图；
图8为车辙试验后车辙板示意图；
图9为车辙试验仪示意图；
图10为飞散损失与油石比关系图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例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精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
本发明结合国内外研究现状，结合工程实际及坑槽修复材料主要的破坏形式及材料的施工和服役需求，通过在配合比设计中合理地设计实验龄期，科学地选取设计指标和验证指标，从而保证制备出性能较优的冷补沥青混合料，实现配合比设计方法的完善和优化。
具体实施方式一：本实施方式记载的是一种道路坑槽修复用常温施工沥青混合料的配合比设计方法，所述方法为：
S1：确定级配组成：根据《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2017)确定矿料级配；
S2：根据矿料比表面积计算有效沥青膜厚度，进而确定初步配合比实验沥青用量范围；
S3：根据S1与S2确定的矿料级配及沥青用量拌制冷补沥青混合料，采用小铲翻拌法来评定冷补沥青混合料的压实性、施工和易性；
小铲翻拌法：考虑集料尺寸效应，小铲尺寸设计为150×150mm，3～5mm不锈钢板制成，平铲；将材料置于20±1℃环境中，不少于4小时；取不少于3000g的混合料，在柴油擦拭的钢板上摊铺并轻轻拍打，形成高度均匀，且厚度为60±5mm的圆形料堆；将小铲子从料堆底部沿着直径方向匀速插入，用小铲铲起混合料，感受和观察混合料是否黏结成团，是否容易铲起来；若可以成团则说明混合料压实性较好，施工时易于压实，反之压实性较差；再用小铲轻轻拍打已经成团的混合料，并观察混合料是否松散；若松散则说明混合料疏松性较好，储存中不易结团，施工和易性好，反之则施工和易性较差；
S4：调整沥青用量：根据S3施工和易性判定合格的混合料，若能够满足的有5个沥青用量范围，直接进行下一步实验，不满足时按照2％～3％的步长增加沥青用量，然后进行下一步；
S5：冷补沥青混合料配合比设计指标的选择及实验设计：确定设计指标为肯塔堡飞散试验的沥青混合料飞散损失、马歇尔试验中的物理指标和力学指标，进行肯塔堡飞散试验及马歇尔试验，最终确定最佳沥青用量。
对冷补沥青混合料的高温性能和水稳定性进行检验：
(1)根据上述计算得到最佳沥青用量OAC和设计级配，拌制冷补沥青混合料，根据高温性能评价修正车辙试验方法测其动稳定度。
首先是通过碾压成型的方式成型车辙板，试件尺寸为300×300×50mm，将成型的试件在常温下放置12h。将拌制好的冷补沥青混合料填入预先挖好的坑槽，再次轮碾8个往返后放入110℃烘箱养生12h，接着室温放置12h。将试件连同试膜一起放在45℃的恒温室中保温6h，保温结束后将车辙板连同试膜移至预热好的试验台上，并将试验轮调至车辙板中央，其行走方向与标记好的碾压方向一致，试验温度为40℃，轮压为0.7MPa，试验轮往返碾压速度为42次/min，持续1h。
(2)按最佳沥青用量OAC和设计级配，制备马歇尔试件，进行浸水马歇尔试验和冻融劈裂检验残留稳定度是否满足要求。
制备好的试件置于80℃的电热鼓风干燥箱中，养生48+0.5h。
具体实施方式二：具体实施方式一所述的一种道路坑槽修复用常温施工沥青混合料的配合比设计方法，S2中，所述有效沥青膜厚度为4μm～16μm，进而计算沥青用量范围，在该范围内设定5～6个沥青用量，用来进行初步配合比设计的试验使用。
具体实施方式三：具体实施方式一所述的一种道路坑槽修复用常温施工沥青混合料的配合比设计方法，S5中，所述物理指标为视密度、空隙率、矿料间隙率和沥青饱和度，所述力学指标为马歇尔稳定度和流值。
具体实施方式四：具体实施方式一所述的一种道路坑槽修复用常温施工沥青混合料的配合比设计方法，S5中，所述实验设计的条件设定为：制备马歇尔试件，成型后，将试件置于80℃的电热鼓风干燥箱中，养生48±0.5h，马歇尔实验试验温度为25℃，实验参照规范《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)进行。
具体实施方式五：具体实施方式一或四所述的一种道路坑槽修复用常温施工沥青混合料的配合比设计方法，S5中，进行肯塔堡飞散试验及马歇尔试验之后，确定最佳沥青用量的操作具体为：
(1)绘制沥青用量与物理力学指标的关系图，以沥青用量为横坐标，分别以视密度、马歇尔稳定度、流值、沥青饱和度、空隙率、矿料间隙率为纵坐标，绘制成关系曲线；
(2)根据马歇尔稳定度、视密度和空隙率确定沥青用量初始值OAC1，取最大视密度所对应的沥青用量a1，最大马歇尔稳定度对应的沥青用量a2以及规范规定的空隙率范围的中值所对应的沥青用量a3；以这3个沥青用量的平均值作为初始值OAC1，即OAC1＝(a1+a2+a3)/3；
(3)根据符合各项技术指标的沥青用量范围确定最佳用量初始值OAC2，根据规范规定求出满足马歇尔稳定度、流值、空隙率、沥青饱和度四个指标的沥青用量范围，并取各沥青用量范围的交集OACmin～OACmax，以其中值作为OAC2，即OAC2＝(OACmin+OACmax)/2；
(4)根据飞散试验中的飞散损失最小值所对应的沥青用量作为OAC3，实际上根据气候条件和交通特性本领域技术人员可适当调整最佳沥青用量OAC，由OAC1和OAC2和OAC3综合取均值确定OAC，即OAC＝(OAC1+OAC2+OAC3)/3。
具体实施方式六：具体实施方式一所述的一种道路坑槽修复用常温施工沥青混合料的配合比设计方法，S5中，所述冷补沥青混合料配合比设计指标应满足如下指标，若不满足，则重新设计；
空隙率满足2.0～5.0％；矿料间隙率不小于12％；沥青饱和度65～80％；马歇尔稳定度不小于7kN；流值满足1.5～4.0mm；肯塔堡飞散试验的沥青混合料飞散损失不大于30％；车辙动稳定度不小于500次/mm；浸水马歇尔试验残留稳定度不小于80％；冻融劈裂试验强度比TSR不小于75％。
实施例1：
1.级配选择：冷补沥青混合料级配根据我国细粒式LB-13级配和空隙率范围做了调整，级配明细如表1所示：
表1细粒式LB-13级配明细表
2.施工和易性检验：沥青用量为4.4～5.6％的混合料均满足施工和易性要求。
3.设计指标实验及最佳沥青用量分析：根据本发明方法得到修正马歇尔试验测试指标如下：
表2沥青混合料测试指标表
根据所得数据绘制各测试指标与油石比间的关系如图1～图6所示：
根据《沥青路面施工及验收规范》中沥青混凝土混合料马歇尔试验标准，确定沥青混合料的各种技术指标要求。其中稳定度因水浴温度不同，《公路沥青路面施工技术规范》中要求冷补沥青混合料稳定度≥3KN，本发明修正温度为25℃，在试验过程中随着养生时间的提高，稳定度大部分超过7kN，所以对于本发明设计的冷补沥青混合料，稳定度技术指标确定为≥7kN。
表3沥青混合料的技术指标要求表
根据肯塔堡飞散试验，试验结果如下：
表4飞散试验结果表
根据表4绘制飞散损失随油石比的变化曲线如图10所示：
根据稳定度、视密度和空隙率确定沥青用量初始值OAC1为4.76％，根据符合各项技术指标的沥青用量范围确定沥青最佳用量初始值OAC2为4.79％。根据飞散损失曲线确定沥青用量OAC3为4.79％，根据计算的OAC为4.78％，因此取最佳沥青用量为4.80％进行后续试验。
4.配合比验证实验
(1)高温稳定性检验
根据最佳油石比5.0％拌制混合料，利用高温性能评价方法进行检验，其中试验所用到的车辙变形深度与碾压次数的关系及车辙试验仪见图9所示。下图7，图8为修正车辙试验制作车辙板和试验后的车辙试件：所述车辙试验仪为上海荣计达HYCZ-5全自动沥青车辙试验仪。
通过试验开始后45～60min之间的变形深度，计算混合料的动稳定度。
车辙试验结果得到动稳定度DS为534次/mm，相关文献的不同冷补沥青混合料在40℃下的动稳定度如下表：
表5不同品牌冷补沥青混合料在40℃的动稳定度表
| 冷补沥青混合料品牌 | 40℃的动稳定度DS(次/mm) |
| TT牌 | 560 |
| LB牌 | 576 |
| HU牌 | 474 |
| 本发明冷补沥青混合料 | 534(45℃) |
这三种产品在实际工程中运用过，用户的反馈中并没有过多的车辙出现，由此对比可得本发明制得的冷补沥青混合料满足实际工程需要，本发明冷补沥青混合料在车辙试验过程中，由于机器控温出现问题，最终试验温度在45℃左右，因此动稳定度较40℃会有降低，所以与其他品牌冷补沥青混合料动稳定度相差不大，因此确定满足高温性能。
(2)水温稳定性检验
检验水稳定性，分别进行浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验，试验结果如下：
表6浸水马歇尔试验结果表
表7冻融劈裂试验结果表
根据以上结果可得，浸水马歇尔试验残留稳定度达到了84.9％，大于80.0％，冻融劈裂试验强度达到77.7％大于75.0％，均满足标准要求。
Claims (6)
1.一种道路坑槽修复用常温施工沥青混合料的配合比设计方法，其特征在于：所述方法为：
S1：确定级配组成：根据《公路沥青路面施工技术规范》确定矿料级配；
S2：根据矿料比表面积计算有效沥青膜厚度，进而确定初步配合比实验沥青用量范围；
S3：根据S1与S2确定的矿料级配及沥青用量拌制冷补沥青混合料，采用小铲翻拌法来评定冷补沥青混合料的压实性、施工和易性；
S4：调整沥青用量：根据S3施工和易性判定合格的混合料，若能够满足的有5个沥青用量范围，直接进行下一步实验，不满足时按照2％～3％的步长增加沥青用量，然后进行下一步；
S5：冷补沥青混合料配合比设计指标的选择及实验设计：确定设计指标为肯塔堡飞散试验的沥青混合料飞散损失、马歇尔试验中的物理指标和力学指标，进行肯塔堡飞散试验及马歇尔试验，最终确定最佳沥青用量。
2.根据权利要求1所述的一种道路坑槽修复用常温施工沥青混合料的配合比设计方法，其特征在于：S2中，所述有效沥青膜厚度为4μm～16μm。
3.根据权利要求1所述的一种道路坑槽修复用常温施工沥青混合料的配合比设计方法，其特征在于：S5中，所述物理指标为视密度、空隙率、矿料间隙率和沥青饱和度，所述力学指标为马歇尔稳定度和流值。
4.根据权利要求1所述的一种道路坑槽修复用常温施工沥青混合料的配合比设计方法，其特征在于：S5中，所述实验设计的条件设定为：制备马歇尔试件，成型后，将试件置于80℃的电热鼓风干燥箱中，养生48±0.5h，马歇尔实验试验温度为25℃，实验参照规范《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》进行。
5.根据权利要求1或4所述的一种道路坑槽修复用常温施工沥青混合料的配合比设计方法，其特征在于：S5中，进行肯塔堡飞散试验及马歇尔试验之后，确定最佳沥青用量的操作具体为：
(1)绘制沥青用量与物理力学指标的关系图，以沥青用量为横坐标，分别以视密度、马歇尔稳定度、流值、沥青饱和度、空隙率、矿料间隙率为纵坐标，绘制成关系曲线；
(2)根据马歇尔稳定度、视密度和空隙率确定沥青用量初始值OAC1，取最大视密度所对应的沥青用量a1，最大马歇尔稳定度对应的沥青用量a2以及规范规定的空隙率范围的中值所对应的沥青用量a3；以这3个沥青用量的平均值作为初始值OAC1，即OAC1＝(a1+a2+a3)/3；
(3)根据符合各项技术指标的沥青用量范围确定最佳用量初始值OAC2，根据规范规定求出满足马歇尔稳定度、流值、空隙率、沥青饱和度四个指标的沥青用量范围，并取各沥青用量范围的交集OACmin～OACmax，以其中值作为OAC2，即OAC2＝(OACmin+OACmax)/2；
(4)根据飞散试验中的飞散损失最小值所对应的沥青用量作为OAC3，根据气候条件和交通特性调整最佳沥青用量OAC，由OAC1和OAC2和OAC3综合取均值确定OAC，即OAC＝(OAC1+OAC2+OAC3)/3。
6.根据权利要求1所述的一种道路坑槽修复用常温施工沥青混合料的配合比设计方法，其特征在于：S5中，所述冷补沥青混合料配合比设计指标应满足如下指标，若不满足，则重新设计；
空隙率满足2.0～5.0％；矿料间隙率不小于12％；沥青饱和度65～80％；马歇尔稳定度不小于7kN；流值满足1.5～4.0mm；肯塔堡飞散试验的沥青混合料飞散损失不大于30％；车辙动稳定度不小于500次/mm；浸水马歇尔试验残留稳定度不小于80％；冻融劈裂试验强度比TSR不小于75％。
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