CN111125912A - 一种基于服役过程主导病害的沥青混合料配合比冗余设计方法 - Google Patents

Abstract

一种基于服役过程主导病害的沥青混合料配合比冗余设计方法，属于沥青混合料配合比设计方法技术领域。所述方法为：通过常规方法进行配合比的矿料级配组成初步设计；结合地域特点以及实际道路使用损伤状况决定的主导病害，确定分析主导病害特征的性能参数，与为保证施工和易性及基本性能的参数组成设计指标体系；针对初步设计的配合比，开展不同沥青用量的试验，获得未施加损伤和附加损伤的主导病害性能参数的实验指标；分析结果，获得容许配合比；开展验证指标实验，满足要求，即确定目标配合比，否则重新设计。经过本发明优化后的配合比设计过程更充分的考虑了当地实际水、温度和老化对铺面造成的病害，提高了设计的针对性，更加的科学合理。

Description

一种基于服役过程主导病害的沥青混合料配合比冗余设计 方法

技术领域

本发明属于沥青混合料配合比设计方法技术领域，具体涉及一种基于服役过程主导病害的沥青混合料配合比冗余设计方法。

背景技术

配合比设计是为保证混合料具备优秀性能而开展的工作。配合比优秀与否，直接关系到所铺筑的铺面工程的质量和使用寿命。常规沥青混合料的配合比设计采用实验测定性能和体积参数的方式确定材料的配合比，即确定材料级配组成、确定沥青的最优掺量。常规的马歇尔配合比设计方法就是采用不同沥青掺量情况下的性能以及体积指标，来确定沥青最佳掺量的，通过实验验证某些性能，满足要求就可以确定级配组成材料的掺量等等配合比设计有关的因素，进而完成配合比设计。概括起来，我们进行配合比设计都是采用设计指标，即通过设计指标试验来确定材料的组成和配合比。其次验证指标，通过验证指标的实验来确定配合比是否满足水温稳定性以及抗裂、耐久性等方面的要求。这种方法并没有区分地域的特征，也没有考虑自然因素作用的特殊地区路面损伤特点，仅仅是通过性能指标取值片面地来考虑这方面的因素。包括水泥混凝土配合比设计、水泥稳定级配碎石、修补类的材料等等均是采用这样的设计思路。均没有认真的考虑损伤过程中最不利损伤的问题，设计中没有考虑主导病害，进而缺乏这种性能的保证能力。

在实际环境中的铺面工程，其寿命决定于使用过程中出现的主导病害，即最先出现并能够诱发其他病害，并最终导致路面性能衰减到某一程度。也就是：主导病害先出现，发育发展，并诱发其他病害，最终，某一病害劣化到一定程度，铺面工程达到不能使用的程度。若没有及时维修养护，这样铺面的寿命即达到，所以表征主导病害的性能是决定路面耐久性的关键指标，需要在配合比设计中补充考虑，即需要采用冗余设计充分保证这方面的性能。

发明内容

本发明的目的是为了解决常规沥青混合料配合比设计仅采用有限的实验条件，开展有限的性能分析，即确定配合比，而未结合地域特征的主导病害进行更深入和冗余设计的问题，提供一种基于服役过程主导病害的铺面工程用沥青混合料配合比冗余设计方法，亦可以参照此法开展土木建筑工程用混合料的配合比设计。该方法考虑到实际材料在实际工程中所处的自然条件，特别是对沥青材料造成老化的水、温度、紫外老化等老化条件的作用，从而使得配合比设计更符合当地使用条件。其次该方法还考虑了病害及主导病害的作用，使得所设计的配合比具有相当的能力抵御这种主导病害的破坏，进而强化常规设计的薄弱点，实现冗余设计，进而为延长道路的使用寿命创造更为有效的基础。该方法基于沥青混合料在服役过程出现的主要病害进行具有针对性的配合比设计方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种基于服役过程主导病害的沥青混合料配合比冗余设计方法，所述方法为：

S1：通过常规方法进行配合比的矿料级配组成初步设计；

S2：结合地域特点以及实际道路使用损伤状况决定的主导病害，确定能够分析主导病害特征的性能参数，与为保证施工和易性及基本性能的参数组成设计指标体系；

S3：针对S1初步设计的配合比，开展不同沥青用量的试验，获得未施加损伤以及附加损伤的主导病害性能参数的实验指标；对实验结果进行分析，选择抗主导病害优异的级配以及最优沥青用量进而获得容许配合比；

S4：开展验证指标实验，若满足要求，即确定目标配合比，否则需重新开展级配设计。

本发明相对于现有技术的有益效果为：

(1)更加切合实际条件：经过本发明优化后的配合比设计过程相较于常规的配合比设计流程，更加充分的考虑了当地实际水、温度和老化对铺面造成的病害，提高了设计的针对性，更加的科学合理。

(2)考虑了实际工程服役环境及主导病害，并在设计中予以充分保证，使得设计成果更具有优异的抵御该类病害的性能，从而延长铺面工程寿命。

附图说明

图1为常规配合比设计流程图；

图2为冗余配合比设计流程图；

图3为劈裂试验结果图。

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。

本发明结合国内外现状，结合工程实际及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条件，科学地选取设计指标和验证指标，从而保证制备出性能优异，耐久性有保证的混合料，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基于服役过程主导病害的沥青混合料配合比冗余设计方法，所述方法为：

S1：通过常规方法进行配合比的矿料级配组成初步设计；常规配合比设计流程如图1所示，为现有技术，主要包括级配选择、沥青用量确定、沥青混合料常规性能试验及施工和易性验证；

S2：结合地域特点以及实际道路使用损伤状况决定的主导病害，确定能够分析主导病害特征的性能参数(即找到主导病害之后，再找出与主导病害相关的性能参数)，与为保证施工和易性及基本性能的参数组成设计指标体系(为保证施工和易性及基本性能的参数，本领域有相应的设计规范)；

S3：针对S1初步设计的配合比，开展不同沥青用量的试验，获得未施加损伤(即未进行老化冻融水损害等作用)以及附加损伤(指受到损害)的主导病害性能参数的实验指标；对实验结果进行分析，选择抗主导病害优异的级配以及最优沥青用量进而获得容许配合比；

S4：开展验证指标实验，若满足要求，即确定目标配合比，否则需重新开展级配设计。经过优化后的配合比设计过程如图2所示。

具体实施方式二：具体实施方式一所述的一种基于服役过程主导病害的沥青混合料配合比冗余设计方法，S1中，所述主导病害包括车辙、开裂、坑槽、磨光、唧泥或冻胀融沉。

具体实施方式三：具体实施方式二所述的一种基于服役过程主导病害的沥青混合料配合比冗余设计方法，所述开裂包括横向裂缝、纵向裂缝、龟裂或网状裂缝。

具体实施方式四：具体实施方式一所述的一种基于服役过程主导病害的沥青混合料配合比冗余设计方法，S3中，所述附加损伤就是指针对当地的主导病害对混合料进行破坏，包括：低温拉伸，高温碾压、冻融循环、磨耗。

实施例1：

沥青混合料配合比冗余设计实例

假设当地降水较多，路面受水损坏严重，则选取水稳定性作为研究指标。采用不同沥青用量成型试件，将成型后的试件分为三组：一组先进行老化试验，然后进行冻融试验；一组只进行冻融试验；一组作为参照组，即不老化也不冻融。分别对三组试件进行劈裂试验，结果如表1所示：

表1劈裂试验结果表

沥青用量(％)	4.0％	4.2％	4.4％	4.6％	4.8％
						冻融组(MPa)	0.97	1.05	1.11	1.22	1.08
老化冻融组(MPa)	0.83	0.91	1.05	1.18	1.03
						参照组(MPa)	1.12	1.18	1.21	1.30	1.16

由图3可以看出，老化冻融耦合作用对混合料劈裂强度的影响更大。当沥青用量小于4.4％时，老化冻融、单一冻融条件对混合料劈裂的影响随着沥青用量的增加逐渐减小，沥青用量为4.6％时，影响最小，且沥青用量为4.6％时劈裂强度值最大，故选择最佳沥青用量为4.6％，进行试验检验，结果见表2：

表2车辙试验及水稳定性试验结果表

经试验检验，所设计配合比满足使用要求，可知，符合当地工程实际，配合比设计完成。

Claims (4)

1.一种基于服役过程主导病害的沥青混合料配合比冗余设计方法，其特征在于：所述方法为：

S1：通过常规方法进行配合比的矿料级配组成初步设计；

S2：结合地域特点以及实际道路使用损伤状况决定的主导病害，确定能够分析主导病害特征的性能参数，与为保证施工和易性及基本性能的参数组成设计指标体系；

S3：针对S1初步设计的配合比，开展不同沥青用量的试验，获得未施加损伤以及附加损伤的主导病害性能参数的实验指标；对实验结果进行分析，选择抗主导病害优异的级配以及最优沥青用量进而获得容许配合比；

S4：开展验证指标实验，若满足要求，即确定目标配合比，否则需重新开展级配设计。

2.根据权利要求1所述的一种基于服役过程主导病害的沥青混合料配合比冗余设计方法，其特征在于：S1中，所述主导病害包括车辙、开裂、坑槽、磨光、唧泥或冻胀融沉。

3.根据权利要求2所述的一种基于服役过程主导病害的沥青混合料配合比冗余设计方法，其特征在于：所述开裂包括横向裂缝、纵向裂缝、龟裂或网状裂缝。

4.根据权利要求1所述的一种基于服役过程主导病害的沥青混合料配合比冗余设计方法，其特征在于：S3中，所述附加损伤包括：低温拉伸，高温碾压、冻融循环、磨耗。

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