CN111892335A - 一种基于组成机理的排水沥青混合料优化设计方法 - Google Patents

一种基于组成机理的排水沥青混合料优化设计方法 Download PDF

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CN111892335A CN202010647965.5A CN202010647965A CN111892335A CN 111892335 A CN111892335 A CN 111892335A CN 202010647965 A CN202010647965 A CN 202010647965A CN 111892335 A CN111892335 A CN 111892335A
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Abstract

一种基于组成机理的排水沥青混合料优化设计方法，包括：(1)设定目标空隙率，进行级配试配；(2)根据所使用高粘沥青种类和公称最大粒径，选定相应的沥青膜厚度，预估沥青用量；(3)检验骨架结构，根据适用于排水沥青混合料的级配骨架理论，依次检验各初选级配的局部骨架和全局骨架，确定级配粗集料部分；(4)检验空隙结构，成型马歇尔试件，根据不同公称最大粒径PAC的有效空隙占比要求，依次检验空隙率、有效空隙占比，确定优选级配；(5)确定最佳油石比，检验沥青裹附；(6)进行性能试验，验证路用性能。本发明将各设计环节与各关键性能相对应，可针对性地进行优化调整，在保证排水沥青混合料设计质量的同时，节省试验时间与耗材。

Description

一种基于组成机理的排水沥青混合料优化设计方法
技术领域
本发明涉及道路工程技术领域，具体涉及一种基于组成机理的排水沥青混合料优化设计方法。
背景技术
排水沥青路面是一种高空隙率的多孔沥青路面，其内部发达的连通孔隙可将雨天降水及时下渗至路面内部并侧向排出，减小路表水膜厚度，避免行驶车辆发生水漂、产生水雾，极大提升雨天行车的安全性与舒适性。但是一方面，排水沥青路面存在有承载能力与排水能力之间矛盾的核心难点，同时还必须考虑造价高昂的问题，应在满足各项功能的同时尽量节约成本，在设计过程中需要综合考虑多方因素。另一方面，排水沥青混合料的组成机理尚不明确、设计多依赖于经验，导致实际应用中路用性能与排水功能无法得到兼顾、耐久性不足等问题。传统配合比设计方法的效率偏低、试验耗材较大、针对性不强，因此需要有一套更加完善的配合比设计方法，从排水沥青混合料的三大组成机理出发，使其能够将各设计环节与各关键性能相对应，可在设计阶段有针对性地对配合比进行优化调整，节省试验时间与耗材，避免盲目反复调整配合比、成型试件与试验。
发明内容
针对以上问题，本发明提出一种基于组成机理的排水沥青混合料优化设计方法，解决当前排水沥青混合料设计多依赖于经验，传统配合比设计方法效率偏低、试验耗材较大、针对性不强的问题，将各设计环节与各关键性能相对应，可针对性地进行配合比优化调整，在保证排水沥青混合料设计质量的同时，节省试验时间与耗材。
本发明提供一种基于组成机理的排水沥青混合料优化设计方法，包括如下步骤：
(1)设定目标空隙率，进行级配试配：参考规范中给出的级配范围以及过往工程的同类级配，根据现有各档集料的筛分数据，在级配范围内试配3组不同2.36mm通过率的矿料级配作为初选级配；
(2)选定沥青膜厚，预估沥青用量：根据所使用高粘沥青种类和公称最大粒径，选定相应的沥青膜厚度，结合集料比表面积预估公式与沥青密度预估沥青用量；
(3)检验骨架结构：根据适用于排水沥青混合料的级配骨架理论，依次检验各初选级配的局部骨架和全局骨架，当级配不符合骨架理论时，调整级配粗集料部分并重新进行计算检验，确定初选级配的粗集料部分；
(4)检验空隙结构：按初选级配分别成型3组马歇尔试件，每组试件不少于4个，根据不同公称最大粒径PAC的有效空隙占比要求，依次检验空隙率、有效空隙占比、马歇尔稳定度，选择空隙结构最佳的一组级配作为优选级配，或当所有初选级配空隙结构均不满足要求时，调整级配细集料部分并重新成型试件检验，确定最终的优选级配；
(5)确定最佳油石比，检验沥青裹附：在优选级配下，以预估沥青用量为中值，上下以0.5％为间隔各取两种沥青用量，分别成型五种沥青用量下的试件，进行飞散与析漏试验，绘图寻找拐点，确定最佳油石比；同时检验最佳油石比下的骨架结构与空隙结构，若当前沥青用量对骨架与空隙有较大影响，应考虑调整沥青用量或更换沥青；
(6)进行性能试验，验证路用性能。
作为本发明进一步改进，所述步骤(1)中，所述目标空隙率对于PAC-10、PAC-13而言通常设定为20％；对于PAC-16、PAC-20而言可提高至22％，由于中粒式的PAC一般被用于双层排水沥青路面的下面层，故高空隙率可以最大化双层排水结构的排水效率。
作为本发明进一步改进，所述步骤(2)中，所述根据所使用高粘沥青种类和公称最大粒径，选定相应的沥青膜厚度具体指对于高粘橡胶沥青一类175℃旋转粘度高于2.5Pa·s的高粘沥青，可采用12～13μm的沥青膜预估沥青用量；对于高粘基质沥青一类175℃旋转粘度低于1Pa·s的高粘沥青，可采用11～12μm的沥青膜预估沥青用量；公称粒径较小可取高值(如PAC-10、PAC-13)，公称粒径较大可取低值(如PAC-16、PAC-20)。
作为本发明进一步改进，所述步骤(3)中，所述适用于排水沥青混合料的级配骨架理论将集料分为三个部分：主结构、次结构、悬浮颗粒，主结构是级配曲线中一定粒径范围内的集料，依靠较大粒径集料之间的接触嵌锁，以及各档粒径集料合理的含量与分布构成的主力链网络，为混合料提供承载能力，对于排水沥青混合料，该部分含量很大，是形成骨架的基础，次结构是粒径小于主结构颗粒的集料，填充部分主结构之间空隙，悬浮颗粒是粒径大于主结构颗粒的集料，在混合料中基本处于悬浮状态；
级配骨架理论包括局部骨架理论和全局骨架理论，前者保证相邻两档粒径集料之间形成良好的嵌挤接触，后者保证排水沥青混合料具有合适的形成骨架主结构部分的粗集料含量。
作为本发明进一步改进，所述步骤(3)中，所述局部骨架检验指连续两档集料颗粒的平均加权粒径是否处于合理范围，当处于合理范围时认为该连续两档集料之间形成良好的嵌挤接触，定义为主结构；否则可能是粗集料过多或细集料过多，无法构成良好的骨架结构，需进行必要的调整，对于各类PAC，当在4.75mm筛孔(对于PAC-10为2.36mm筛孔)至公称最大粒径下一档筛孔范围内全部形成主结构时，认为此时形成理想的局部骨架结构，检验公式如式(1)所示；
Figure BDA0002573856700000031
式中：Davg——连续两档集料的加权平均粒径，mm；
Figure BDA0002573856700000032
——较大、较小一档筛网上集料的平均粒径，mm；
Figure BDA0002573856700000033
——较大、较小一档筛网上集料占所有集料总体积的体积分数；
所述步骤(3)中，所述全局骨架检验指排水沥青混合料中形成骨架主结构部分的所有粗集料体积占比(定义为主结构空隙率)是否处在合理范围，当处于合理范围时认为排水沥青混合料整体具有良好适宜的骨架结构，否则可能是缺失骨架或形成骨架结构的集料过多导致缺失足够的细料与沥青胶结料，需进行必要的调整，当主结构空隙率处在40％～50％，认为此时形成理想的全局骨架结构，主结构空隙率计算公式如式(2)所示；
Figure BDA0002573856700000034
式中：ηPS——主结构空隙率，％；
VT——混合料的总体积；
Figure BDA0002573856700000035
——不属于主结构、次结构的集料体积，即悬浮颗粒的体积；
Figure BDA0002573856700000036
——属于主结构的集料体积；
Figure BDA0002573856700000037
——属于次结构的集料体积；
VMA——矿料间隙率，％。
由于设计阶段无法获得实测VMA，因此需要对VMA进行预估，服务于主结构空隙率的计算，通过式(3)～(6)进行VMA预估。
VMA＝Va+Vbe (3)
式中：Va——设计的目标空隙率，％；
Vbe——有效沥青用量的体积百分率，％。
Figure BDA0002573856700000038
式中：Pae——有效油石比，％；
γb——沥青的相对密度25℃/25℃；
γsa——矿料的合成表观相对密度；
Figure BDA0002573856700000041
式中：Pbe——有效沥青用量，％；
Pb——沥青用量，％；
Pba——沥青混合料中被集料吸收的沥青结合料比例，％；
Ps——各种矿料占沥青混合料总质量的百分率之和，即Ps＝100-Pb，％；
γse——矿料的有效相对密度；
γsb——矿料的合成毛体积相对密度；
Figure BDA0002573856700000042
式中：C——合成矿料的沥青吸收系数；
wx——合成矿料的吸水率，％；
所述步骤(3)中，所述调整级配粗集料部分并重新进行计算检验指若当前级配不符合骨架理论，则重新调整初选级配粗集料部分各档的配比，之后重新计算局部骨架与全局骨架相关参数，均达到理想状态时，当前粗集料部分的级配即已确定，之后即使调整级配也仅针对细集料部分进行调整，粗集料部分则保持不变。
作为本发明进一步改进，所述步骤(4)中，所述不同公称最大粒径PAC的有效空隙占比，其中PAC-10有效空隙占比≥70％，PAC-13有效空隙占比≥72.5％，PAC-16和PAC-20有效空隙占比≥75％，所述有效空隙占比指排水沥青混合料中连通孔隙与半连通孔隙在所有空隙中所占的比例，即室内试验中实测连通孔隙率与实测空隙率的比值。
作为本发明进一步改进，所述步骤(4)中，所述空隙结构最佳指有效空隙占比尽可能大，此时该级配下的空隙结构利用率高，通过有限的空隙最大化排水功能，最小化对承载能力的负面影响；
所述步骤(4)中，所述调整级配细集料部分并重新进行成型检验指若不能达到目标空隙率，对于PAC-10、PAC-13须变化2.36mm筛孔的通过率，对于PAC-16和PAC-20须变化4.75mm筛孔的通过率；若不能达到有效空隙占比要求，在条件允许的情况下，调整2.36mm筛孔的分计筛余。当用于配比的冷料仓中存在3～5mm档集料，则对于该部分集料尽量少采用甚至不采用。调整级配后，重新成型马歇尔试件并进行测量，直至实测空隙率接近目标空隙率，同时有效空隙占比以及马歇尔稳定度均满足要求，将其作为优选级配。
作为本发明进一步改进，所述步骤(5)中，所述检验最佳油石比下的骨架结构与空隙结构指在当前选定的最佳油石比下，骨架主结构空隙率是否依然处于合理范围内，有效空隙占比是否依然满足要求。
作为本发明进一步改进，所述步骤(6)中，所述验证路用性能指以确定的矿料级配和最佳油石比拌制沥青混合料，分别对动稳定度、渗水系数、残留稳定度、冻融劈裂残留强度比等路用性能进行试验验证，各项指标应符合规范中的技术要求。不符合要求时，应寻找原因并相应地调整沥青用量或级配，必要时需要更换原材料，重新拌和沥青混合料进行试验，直至符合要求为止。
本发明有益效果如下：
本发明在级配设计阶段检验骨架结构，极大缩小了可选级配的范围，降低后续性能试验验证不达标导致需要重新寻找原因、调整级配的可能性；成型试件后关注空隙结构的利用率，在有限的空隙率下，尽量提高连通空隙率；根据所用高粘沥青类型与粘度合理选择最佳沥青膜厚度，将最佳沥青膜厚与沥青粘度相联系。因此，实现了各设计环节与各关键性能相对应，可在设计阶段有针对性地对配合比进行优化调整，避免盲目反复调整配合比、成型试件与试验，在保证排水沥青混合料设计质量的同时，节省试验时间与耗材。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
本发明提出一种基于组成机理的排水沥青混合料优化设计方法，解决当前排水沥青混合料设计多依赖于经验，传统配合比设计方法效率偏低、试验耗材较大、针对性不强的问题，将各设计环节与各关键性能相对应，可针对性地进行配合比优化调整，在保证排水沥青混合料设计质量的同时，节省试验时间与耗材。
如图1所示，一种基于组成机理的排水沥青混合料优化设计方法，包括如下步骤：
(1)设定目标空隙率，进行级配试配：参考规范中给出的级配范围以及过往工程的同类级配，根据现有各档集料的筛分数据，在级配范围内试配3组不同2.36mm通过率的矿料级配作为初选级配。目标空隙率对于PAC-10、PAC-13而言通常设定为20％；对于PAC-16、PAC-20而言可提高至22％，由于中粒式的PAC一般被用于双层排水沥青路面的下面层，故高空隙率可以最大化双层排水结构的排水效率。
(2)选定沥青膜厚，预估沥青用量：根据所使用高粘沥青种类和公称最大粒径，选定相应的沥青膜厚度，结合集料比表面积预估公式与沥青密度预估沥青用量。对于高粘橡胶沥青一类175℃旋转粘度高于2.5Pa·s的高粘沥青，可采用12～13μm的沥青膜预估沥青用量；对于高粘基质沥青一类175℃旋转粘度低于1Pa·s的高粘沥青，可采用11～12μm的沥青膜预估沥青用量；公称粒径较小可取高值(如PAC-10、PAC-13)，公称粒径较大可取低值(如PAC-16、PAC-20)。
(3)检验骨架结构：根据适用于排水沥青混合料的级配骨架理论，依次检验各初选级配的局部骨架和全局骨架，当级配不符合骨架理论时，调整级配粗集料部分并重新进行计算检验，确定初选级配的粗集料部分。
局部骨架检验指连续两档集料颗粒的平均加权粒径是否处于合理范围，当处于合理范围时认为该连续两档集料之间形成良好的嵌挤接触，定义为主结构；否则可能是粗集料过多或细集料过多，无法构成良好的骨架结构，需进行必要的调整。对于各类PAC，当在4.75mm筛孔(对于PAC-10为2.36mm筛孔)至公称最大粒径下一档筛孔范围内全部形成主结构时，认为此时形成理想的局部骨架结构。检验公式如式(1)所示。
Figure BDA0002573856700000061
式中：Davg——连续两档集料的加权平均粒径，mm；
Figure BDA0002573856700000062
——较大、较小一档筛网上集料的平均粒径，mm；
Figure BDA0002573856700000063
——较大、较小一档筛网上集料占所有集料总体积的体积分数。
全局骨架检验指排水沥青混合料中形成骨架主结构部分的所有粗集料体积占比(定义为主结构空隙率)是否处在合理范围，当处于合理范围时认为排水沥青混合料整体具有良好适宜的骨架结构，否则可能是缺失骨架或形成骨架结构的集料过多导致缺失足够的细料与沥青胶结料，需进行必要的调整。当主结构空隙率处在40％～50％，认为此时形成理想的全局骨架结构。主结构空隙率计算公式如式(2)所示。
Figure BDA0002573856700000071
式中：ηPS——主结构空隙率，％；
VT——混合料的总体积；
Figure BDA0002573856700000072
——不属于主结构、次结构的集料体积(悬浮颗粒的体积)；
Figure BDA0002573856700000073
——属于主结构的集料体积；
Figure BDA0002573856700000074
——属于次结构的集料体积；
VMA——矿料间隙率，％。
由于设计阶段无法获得实测VMA，因此需要对VMA进行预估，服务于主结构空隙率的计算。通过式(3)～(6)进行VMA预估。
VMA＝Va+Vbe (3)
式中：Va——设计的目标空隙率，％；
Vbe——有效沥青用量的体积百分率，％。
Figure BDA0002573856700000075
式中：Pae——有效油石比，％；
γb——沥青的相对密度(25℃/25℃)；
γsa——矿料的合成表观相对密度；
Figure BDA0002573856700000076
式中：Pbe——有效沥青用量，％；
Pb——沥青用量，％；
Pba——沥青混合料中被集料吸收的沥青结合料比例，％；
Ps——各种矿料占沥青混合料总质量的百分率之和，即Ps＝100-Pb，％；
γse——矿料的有效相对密度；
γsb——矿料的合成毛体积相对密度；
Figure BDA0002573856700000081
式中：C——合成矿料的沥青吸收系数；
wx——合成矿料的吸水率，％。
若当前级配不符合骨架理论，则重新调整初选级配粗集料部分各档的配比，之后重新计算局部骨架与全局骨架相关参数，均达到理想状态时，当前粗集料部分的级配即已确定，之后即使调整级配也仅针对细集料部分进行调整，粗集料部分则保持不变。
(4)检验空隙结构：按初选级配分别成型3组马歇尔试件，每组试件不少于4个，根据不同公称最大粒径PAC的有效空隙占比要求(表1)，依次检验空隙率、有效空隙占比、马歇尔稳定度，选择空隙结构最佳的一组级配作为优选级配，或当所有初选级配空隙结构均不满足要求时，调整级配细集料部分并重新成型试件检验，确定最终的优选级配。
表1 PAC有效空隙占比要求
Figure BDA0002573856700000082
有效空隙占比指排水沥青混合料中连通孔隙与半连通孔隙在所有空隙中所占的比例，即室内试验中实测连通孔隙率与实测空隙率的比值。空隙结构最佳指有效空隙占比尽可能大，此时该级配下的空隙结构利用率高，通过有限的空隙最大化排水功能，最小化对承载能力的负面影响。
若不能达到目标空隙率，对于PAC-10、PAC-13须变化2.36mm筛孔的通过率，对于PAC-16和PAC-20须变化4.75mm筛孔的通过率；若不能达到有效空隙占比要求，在条件允许的情况下，调整2.36mm筛孔的分计筛余。当用于配比的冷料仓中存在3～5mm档集料，则对于该部分集料尽量少采用甚至不采用。调整级配后，重新成型马歇尔试件并进行测量，直至实测空隙率接近目标空隙率，同时有效空隙占比以及马歇尔稳定度均满足要求，将其作为优选级配。
(5)确定最佳油石比，检验沥青裹附：在优选级配下，以预估沥青用量为中值，上下以0.5％为间隔各取两种沥青用量，分别成型五种沥青用量下的试件，进行飞散与析漏试验，绘图寻找拐点，确定最佳油石比；同时检验最佳油石比下的骨架结构与空隙结构，在当前选定的最佳油石比下，检验骨架主结构空隙率是否依然处于合理范围内，有效空隙占比是否依然满足要求。若当前沥青用量对骨架与空隙有较大影响，应考虑调整沥青用量或更换沥青。
(6)进行性能试验，验证路用性能：以确定的矿料级配和最佳油石比拌制沥青混合料，分别对动稳定度、渗水系数、残留稳定度、冻融劈裂残留强度比等路用性能进行试验验证，各项指标应符合规范中的技术要求。不符合要求时，应寻找原因并相应地调整沥青用量或级配，必要时需要更换原材料，重新拌和沥青混合料进行试验，直至符合要求为止。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种基于组成机理的排水沥青混合料优化设计方法，包括如下步骤，其特征在于：
(1)设定目标空隙率，进行级配试配：参考规范中给出的级配范围以及过往工程的同类级配，根据现有各档集料的筛分数据，在级配范围内试配3组不同2.36mm通过率的矿料级配作为初选级配；
(2)选定沥青膜厚，预估沥青用量：根据所使用高粘沥青种类和公称最大粒径，选定相应的沥青膜厚度，结合集料比表面积预估公式与沥青密度预估沥青用量；
(3)检验骨架结构：根据适用于排水沥青混合料的级配骨架理论，依次检验各初选级配的局部骨架和全局骨架，当级配不符合骨架理论时，调整级配粗集料部分并重新进行计算检验，确定初选级配的粗集料部分；
(4)检验空隙结构：按初选级配分别成型3组马歇尔试件，每组试件不少于4个，根据不同公称最大粒径PAC的有效空隙占比要求，依次检验空隙率、有效空隙占比、马歇尔稳定度，选择空隙结构最佳的一组级配作为优选级配，或当所有初选级配空隙结构均不满足要求时，调整级配细集料部分并重新成型试件检验，确定最终的优选级配；
(5)确定最佳油石比，检验沥青裹附：在优选级配下，以预估沥青用量为中值，上下以0.5％为间隔各取两种沥青用量，分别成型五种沥青用量下的试件，进行飞散与析漏试验，绘图寻找拐点，确定最佳油石比；同时检验最佳油石比下的骨架结构与空隙结构，若当前沥青用量对骨架与空隙有较大影响，应考虑调整沥青用量或更换沥青；
(6)进行性能试验，验证路用性能。
2.根据权利要求1中所述一种基于组成机理的排水沥青混合料优化设计方法，其特征在于；所述步骤(1)中，所述目标空隙率对于PAC-10、PAC-13而言通常设定为20％；对于PAC-16、PAC-20而言可提高至22％，由于中粒式的PAC一般被用于双层排水沥青路面的下面层，故高空隙率可以最大化双层排水结构的排水效率。
3.根据权利要求1中所述一种基于组成机理的排水沥青混合料优化设计方法，其特征在于；所述步骤(2)中，所述根据所使用高粘沥青种类和公称最大粒径，选定相应的沥青膜厚度具体指对于高粘橡胶沥青一类175℃旋转粘度高于2.5Pa·s的高粘沥青，可采用12～13μm的沥青膜预估沥青用量；对于高粘基质沥青一类175℃旋转粘度低于1Pa·s的高粘沥青，可采用11～12μm的沥青膜预估沥青用量；公称粒径较小可取高值如PAC-10、PAC-13，公称粒径较大可取低值如PAC-16、PAC-20。
4.根据权利要求1中所述一种基于组成机理的排水沥青混合料优化设计方法，其特征在于；所述步骤(3)中，所述适用于排水沥青混合料的级配骨架理论将集料分为三个部分：主结构、次结构、悬浮颗粒，主结构是级配曲线中一定粒径范围内的集料，依靠较大粒径集料之间的接触嵌锁，以及各档粒径集料合理的含量与分布构成的主力链网络，为混合料提供承载能力，对于排水沥青混合料，该部分含量很大，是形成骨架的基础，次结构是粒径小于主结构颗粒的集料，填充部分主结构之间空隙，悬浮颗粒是粒径大于主结构颗粒的集料，在混合料中基本处于悬浮状态；
级配骨架理论包括局部骨架理论和全局骨架理论，前者保证相邻两档粒径集料之间形成良好的嵌挤接触，后者保证排水沥青混合料具有合适的形成骨架主结构部分的粗集料含量。
5.根据权利要求4中所述一种基于组成机理的排水沥青混合料优化设计方法，其特征在于；所述步骤(3)中，所述局部骨架检验指连续两档集料颗粒的平均加权粒径是否处于合理范围，当处于合理范围时认为该连续两档集料之间形成良好的嵌挤接触，定义为主结构；否则可能是粗集料过多或细集料过多，无法构成良好的骨架结构，需进行必要的调整，对于各类PAC，当在4.75mm筛孔，对于PAC-10为2.36mm筛孔，至公称最大粒径下一档筛孔范围内全部形成主结构时，认为此时形成理想的局部骨架结构，检验公式如式(1)所示；
Figure FDA0002573856690000021
式中：Davg——连续两档集料的加权平均粒径，mm；
Figure FDA0002573856690000022
——较大、较小一档筛网上集料的平均粒径，mm；
Figure FDA0002573856690000025
——较大、较小一档筛网上集料占所有集料总体积的体积分数；
所述步骤(3)中，所述全局骨架检验指排水沥青混合料中形成骨架主结构部分的所有粗集料体积占比，定义为主结构空隙率，是否处在合理范围，当处于合理范围时认为排水沥青混合料整体具有良好适宜的骨架结构，否则可能是缺失骨架或形成骨架结构的集料过多导致缺失足够的细料与沥青胶结料，需进行必要的调整，当主结构空隙率处在40％～50％，认为此时形成理想的全局骨架结构，主结构空隙率计算公式如式(2)所示；
Figure FDA0002573856690000024
式中：ηPS——主结构空隙率，％；
VT——混合料的总体积；
Figure FDA0002573856690000031
——不属于主结构、次结构的集料体积，即悬浮颗粒的体积；
Figure FDA0002573856690000032
——属于主结构的集料体积；
Figure FDA0002573856690000033
——属于次结构的集料体积；
VMA——矿料间隙率，％；
由于设计阶段无法获得实测VMA，因此需要对VMA进行预估，服务于主结构空隙率的计算，通过式(3)～(6)进行VMA预估；
VMA＝Va+Vbs (3)
式中：Va——设计的目标空隙率，％；
Vbs——有效沥青用量的体积百分率，％；
Figure FDA0002573856690000034
式中：Pas——有效油石比，％；
γb——沥青的相对密度25℃/25℃；
γsa——矿料的合成表观相对密度；
Figure FDA0002573856690000035
式中：Pbe——有效沥青用量，％；
Pb——沥青用量，％；
Pba——沥青混合料中被集料吸收的沥青结合料比例，％；
Ps——各种矿料占沥青混合料总质量的百分率之和，即Ps＝100-Pb，％；
γse——矿料的有效相对密度；
γsb——矿料的合成毛体积相对密度；
Figure FDA0002573856690000036
式中：C——合成矿料的沥青吸收系数；
wx——合成矿料的吸水率，％；
所述步骤(3)中，所述调整级配粗集料部分并重新进行计算检验指若当前级配不符合骨架理论，则重新调整初选级配粗集料部分各档的配比，之后重新计算局部骨架与全局骨架相关参数，均达到理想状态时，当前粗集料部分的级配即已确定，之后即使调整级配也仅针对细集料部分进行调整，粗集料部分则保持不变。
6.根据权利要求1中所述一种基于组成机理的排水沥青混合料优化设计方法，其特征在于；所述步骤(4)中，所述不同公称最大粒径PAC的有效空隙占比，其中PAC-10有效空隙占比≥70％，PAC-13有效空隙占比≥72.5％，PAC-16和PAC-20有效空隙占比≥75％，所述有效空隙占比指排水沥青混合料中连通孔隙与半连通孔隙在所有空隙中所占的比例，即室内试验中实测连通孔隙率与实测空隙率的比值。
7.根据权利要求6所述的一种基于组成机理的排水沥青混合料优化设计方法，其特征在于：所述步骤(4)中，所述空隙结构最佳指有效空隙占比尽可能大，此时该级配下的空隙结构利用率高，通过有限的空隙最大化排水功能，最小化对承载能力的负面影响；
所述步骤(4)中，所述调整级配细集料部分并重新进行成型检验指若不能达到目标空隙率，对于PAC-10、PAC-13须变化2.36mm筛孔的通过率，对于PAC-16和PAC-20须变化4.75mm筛孔的通过率；若不能达到有效空隙占比要求，在条件允许的情况下，调整2.36mm筛孔的分计筛余，当用于配比的冷料仓中存在3～5mm档集料，则对于该部分集料尽量少采用甚至不采用，调整级配后，重新成型马歇尔试件并进行测量，直至实测空隙率接近目标空隙率，同时有效空隙占比以及马歇尔稳定度均满足要求，将其作为优选级配。
8.根据权利要求1中所述一种基于组成机理的排水沥青混合料优化设计方法，其特征在于；所述步骤(5)中，所述检验最佳油石比下的骨架结构与空隙结构指在当前选定的最佳油石比下，骨架主结构空隙率是否依然处于合理范围内，有效空隙占比是否依然满足要求。
9.根据权利要求1所述的一种基于组成机理的排水沥青混合料优化设计方法，其特征在于：所述步骤(6)中，所述验证路用性能指以确定的矿料级配和最佳油石比拌制沥青混合料，分别对动稳定度、渗水系数、残留稳定度、冻融劈裂残留强度比等路用性能进行试验验证，各项指标应符合规范中的技术要求，不符合要求时，应寻找原因并相应地调整沥青用量或级配，必要时需要更换原材料，重新拌和沥青混合料进行试验，直至符合要求为止。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114235599A (zh) * 2021-12-22 2022-03-25 江苏镇淮建设集团有限公司 一种基于半圆弯曲测试模式的沥青砂浆低温断裂性能测试方法
CN115353325A (zh) * 2022-04-12 2022-11-18 长安大学 基于分形理论的沥青胶浆膜厚获取方法

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1932153A (zh) * 2006-09-28 2007-03-21 贵州省交通科学研究所 一种沥青混合料配合比设计方法
CN101244911A (zh) * 2008-01-16 2008-08-20 武汉理工大学 排水性沥青混合料材料组成设计方法
CN103332887A (zh) * 2013-06-18 2013-10-02 天津市市政工程研究院 一种排水性沥青混合料最佳沥青用量确定方法
US20140245925A1 (en) * 2011-10-17 2014-09-04 Research Institute Of Highway, Mot, Prc Mix composition determination method of coarse graded high modulus asphalt concrete with skeleton embedded structure
CN104609774A (zh) * 2015-01-30 2015-05-13 东南大学 基于沥青膜厚度的橡胶沥青密级配混合料设计方法
CN105236830A (zh) * 2015-09-29 2016-01-13 长安大学 一种基于体积参数的排水性沥青混合料配合比设计方法
CN105893712A (zh) * 2016-05-12 2016-08-24 贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司 一种沥青混合料配合比设计方法及沥青混合料
CN105985062A (zh) * 2016-02-24 2016-10-05 中铁四局集团第工程有限公司 一种排水性沥青混合料配合比的设计方法
CN108643002A (zh) * 2018-04-24 2018-10-12 扬州大学 一种玄武岩纤维透水沥青混合料配合比的设计方法
CN108829939A (zh) * 2018-05-24 2018-11-16 东南大学 一种检验集料骨架稳定性的理论及数值模拟方法
CN109279818A (zh) * 2018-11-23 2019-01-29 佛山科学技术学院 一种基于细观指标设计骨架密实型沥青混合料的方法
CN111243685A (zh) * 2020-02-28 2020-06-05 南通大学 一种透水沥青混凝土混合料配合比设计方法

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1932153A (zh) * 2006-09-28 2007-03-21 贵州省交通科学研究所 一种沥青混合料配合比设计方法
CN101244911A (zh) * 2008-01-16 2008-08-20 武汉理工大学 排水性沥青混合料材料组成设计方法
US20140245925A1 (en) * 2011-10-17 2014-09-04 Research Institute Of Highway, Mot, Prc Mix composition determination method of coarse graded high modulus asphalt concrete with skeleton embedded structure
CN103332887A (zh) * 2013-06-18 2013-10-02 天津市市政工程研究院 一种排水性沥青混合料最佳沥青用量确定方法
CN104609774A (zh) * 2015-01-30 2015-05-13 东南大学 基于沥青膜厚度的橡胶沥青密级配混合料设计方法
CN105236830A (zh) * 2015-09-29 2016-01-13 长安大学 一种基于体积参数的排水性沥青混合料配合比设计方法
CN105985062A (zh) * 2016-02-24 2016-10-05 中铁四局集团第工程有限公司 一种排水性沥青混合料配合比的设计方法
CN105893712A (zh) * 2016-05-12 2016-08-24 贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司 一种沥青混合料配合比设计方法及沥青混合料
CN108643002A (zh) * 2018-04-24 2018-10-12 扬州大学 一种玄武岩纤维透水沥青混合料配合比的设计方法
CN108829939A (zh) * 2018-05-24 2018-11-16 东南大学 一种检验集料骨架稳定性的理论及数值模拟方法
CN109279818A (zh) * 2018-11-23 2019-01-29 佛山科学技术学院 一种基于细观指标设计骨架密实型沥青混合料的方法
CN111243685A (zh) * 2020-02-28 2020-06-05 南通大学 一种透水沥青混凝土混合料配合比设计方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
杨医博等: "《土木工程材料（第二版）》", 31 December 2016, 华南理工大学出版社 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114235599A (zh) * 2021-12-22 2022-03-25 江苏镇淮建设集团有限公司 一种基于半圆弯曲测试模式的沥青砂浆低温断裂性能测试方法
CN114235599B (zh) * 2021-12-22 2022-11-08 江苏镇淮建设集团有限公司 一种基于半圆弯曲测试模式的沥青砂浆低温断裂性能测试方法
CN115353325A (zh) * 2022-04-12 2022-11-18 长安大学 基于分形理论的沥青胶浆膜厚获取方法

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