CN112030656B - 一种嵌入式超薄磨耗层中碎石封层的沥青用量确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种嵌入式超薄磨耗层中碎石封层的沥青用量确定方法，其特征在于：成型沥青用量不同的碎石封层组成的嵌入式超薄磨耗层车辙板试件，以嵌入式超薄磨耗层车辙板的中心为圆心画同心圆；取相同体积的细砂，由内向外在同心圆内平铺细砂，并测量出细砂在车辙板试件上平铺圆的直径，以碎石封层沥青用量为0kg/m²的嵌入式超薄磨耗层车辙板试件上平铺所得直径为标准直径；采用所测平铺圆直径和标准直径计算得到构造深度衰减系数I_A；基于碎石封层沥青用量与I_A之间的关系确定嵌入式沥青混凝土中碎石封层的沥青用量。相比现有技术，本发明简单易行且更精准。

Description

一种嵌入式超薄磨耗层中碎石封层的沥青用量确定方法

技术领域

本发明属于公路养护技术领域，涉及一种嵌入式超薄磨耗层泛油评价及其碎石封层的沥青用量确定方法。

背景技术

薄层罩面是一种很早采用的传统预防性养护方法，是在原有路面上加铺一层厚度不超过2.5cm的热沥青混合料。薄层罩面技术可以有效防止品质正在下降的路面继续恶化，改善路面平整度和抗滑阻力、对路面有一定补强作用、改善行驶质量、校正表面缺陷、提高安全特性。但是薄层铺装体系的受力特点与传统厚度铺装层有着本质的区别：铺装层厚度越薄，对铺装层与铣刨基层的层间力学性能要求极高，若铺装层的层间抗剪切与拉拔能力不足，极易产生推移、脱皮等早期病害。

嵌入式超薄磨耗层结构(Embedded Ultrathin Friction Course，简称EUFC)，其为下层的碎石封层与上层的大空隙沥青混凝土所组成的组合结构，且碎石封层中的高粘度沥青部分嵌入大空隙沥青混凝土的空隙中，从而形成互相嵌入交织的关联结构。相较于传统薄层罩面技术，嵌入式超薄磨耗层能够克服铺装层间抗剪切、拉拔能力、抗裂能力不足的问题，并且很好的保留超薄磨耗层具有的造价经济、行车安全舒适性、降低路面行驶噪音等优点。对于嵌入式超薄磨耗层结构，为了保证嵌入式超薄磨耗层结构具有很好的嵌入效果，由此可见，嵌入式超薄磨耗层结构中碎石封层需要有足够的沥青用量使其能上泛填充大空隙沥青混凝土的空隙，填充高度应该达到沥青混凝土厚度的2/3，但沥青用量过大又会使其表面产生泛油病害，因此，如果精准确定嵌入式超薄磨耗层结构中碎石封层沥青用量是该项技术所面临的关键技术问题。现有专利《用于道路上面层的嵌入式超薄磨耗层及其施工方法》(专利号：ZL201710859523.5)的权利要求5基于大空隙沥青混凝土的空隙率和沥青上泛的高度，通过理论公式计算确定碎石封层单位面积沥青用量，这一理论无法精确区分大空隙磨耗层中的连通空隙与非连通空隙，但非连通空隙在沥青上泛的过程中并不会填充沥青，因此，发明人在进一步的研究过程中发现：大空隙磨耗层中非连通空隙率的存在会导致该理论计算结果偏大，具体实施时偶有泛油现象出现。基于此，本申请针对现有理论计算方法上的不足，发明一种室内试验方法确定嵌入式超薄磨耗层碎石封层的沥青用量，以利于这项技术的大规模推广应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种确定嵌入式超薄磨耗层中碎石封层沥青用量的室内试验方法，使确定的沥青用量更加合理、精准，防止出现泛油现象。

本发明采用以下技术方案实现上述目的：

一种嵌入式超薄磨耗层中碎石封层的沥青用量确定方法，成型沥青用量不同的碎石封层组成的嵌入式超薄磨耗层车辙板试件，以嵌入式超薄磨耗层车辙板的中心为圆心画同心圆；取相同体积的细砂，由内向外在同心圆内平铺细砂，并测量出细砂在车辙板试件上平铺圆的直径，以碎石封层沥青用量为0kg/m²的嵌入式超薄磨耗层车辙板试件上平铺所得直径为标准直径；采用所测平铺圆直径和标准直径计算得到构造深度衰减系数I_A；基于碎石封层沥青用量与I_A之间的关系确定嵌入式沥青混凝土中碎石封层的沥青用量。

优选地，对于厚度为H cm的嵌入式超薄磨耗层，所述嵌入式超薄磨耗层碎石封层的不同沥青用量分别为：0kg/m²、H kg/m²、H±0.3kg/m²、H±0.6kg/m²。

优选地，所述同心圆最小半径为5cm，最大半径为7.5cm；相邻同心圆半径差值为0.5cm；共画6个同心圆。

优选地，所述细砂的粒径为0.15～0.3mm；体积为15cm³。

优选地，所述在同心圆内平铺细砂时，由内向外，优先铺满直径最小的圆，再向外铺满相邻的圆，以此类推，直至平铺结束。

优选地，所述采用所测平铺圆直径和标准直径计算得到构造深度衰减系数的公式为：

式中：I_A为衰减系数，％；

D为碎石封层沥青用量为0kg/m²时所测的标准直径，mm；

D_i为碎石封层沥青用量为i kg/m²时所测的平铺圆直径，mm。

优选地，将I_A≥10％的最小沥青用量P kg/m²作为出现泛油的碎石封层沥青用量的阈值，则确定嵌入式沥青混凝土中碎石封层的沥青用量为：(P-0.3)kg/m²。

相比现有技术，本发明具有以下有益效果：

克服了理论计算公式未考虑大空隙沥青混凝土中的不连通空隙导致嵌入式超薄磨耗层中碎石封层沥青用量偏大，可能产生表面泛油病害的不足，实现对嵌入式超薄磨耗层中碎石封层沥青上泛情况的精确和高效测试，可以更加全面直观地表征嵌入式超薄磨耗层中碎石封层采用不同沥青洒布量在施工时的上泛特征及变化规律，从而精准确定嵌入式超薄磨耗层中碎石封层的沥青用量。

附图说明

图1细砂在车辙板试件表面平铺的示意图。

具体实施方式

为了克服现有理论计算公式不能充分考虑实际样本的差异，导致嵌入式超薄磨耗层中碎石封层沥青用量可能过大的问题。实践中发现，当嵌入式超薄磨耗层下部的碎石封层沥青用量过大时，沥青会上泛至上层的大空隙沥青混凝土表面填充表面宏观纹理，导致表面宏观纹理减小，基于此，本发明借助沥青路面构造深度的测试原理，通过大空隙沥青混凝土表面构造深度的变化来表征嵌入式超薄沥青混凝土中碎石封层的沥青用量是否过量。进一步的，由于上层大空隙沥青混凝土成型时的变异性导致其宏观纹理测试结果不唯一，换而言之，即使不泛油时其宏观纹理也存在差异，大量的试验表明，这种差异远小于泛油对宏观纹理的影响，从而基于宏观纹理的差异提出了产生泛油病害的阈值，并基于该阈值确定了嵌入式超薄沥青混凝土中碎石封层的沥青用量。

具体地，成型沥青用量不同的碎石封层组成的嵌入式超薄磨耗层车辙板试件，以嵌入式超薄磨耗层车辙板的中心为圆心画同心圆；取相同体积的细砂，由内向外在同心圆内平铺细砂，并测量出细砂在车辙板试件上平铺圆的半径，以碎石封层沥青用量为0kg/m²的嵌入式超薄磨耗层车辙板试件上平铺所得半径为标准半径；以平铺圆半径和标准圆半径的差值与平铺圆半径的比值得到衰减系数I_A；基于碎石封层沥青用量与I_A计算值之间的关系确定嵌入式沥青混凝土中碎石封层的沥青用量。

优选地，对于厚度为Hcm的嵌入式超薄磨耗层，所述嵌入式超薄磨耗层碎石封层的不同沥青用量分别为：0kg/m²、H kg/m²、H±0.3kg/m²、H±0.6kg/m²。

优选地，所述同心圆最小半径为5cm，最大半径为7.5cm，相邻同心圆半径差值为0.5cm；共画6个同心圆。

优选地，所述细砂的粒径为0.15～0.3mm；体积为15cm³。

优选地，所述在同心圆内平铺细砂时，由内向外，优先铺满直径最小的圆，再向外铺满相邻的圆，以此类推，直至平铺结束。

优选地，所述采用所测平铺圆直径和标准直径计算得到构造深度衰减系数的公式为：

式中：I_A为衰减系数，％；

D为碎石封层沥青用量为0kg/m²时所测的标准直径，mm；

D_i为碎石封层沥青用量为i kg/m²时所测的平铺圆直径，mm。

优选地，将I_A≥10％的最小沥青用量P kg/m²作为出现泛油的碎石封层沥青用量的阈值，则确定嵌入式超薄磨耗层中碎石封层的沥青用量为：(P-0.3)kg/m²。

为了便于公众理解，下面以一个具体实施例来对本发明的技术方案进行详细说明：

步骤1、制备多块嵌入式超薄磨耗层的复合车辙板试件：本实施例中嵌入式超薄磨耗层厚度为1.5cm。首先按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)制备六块密级配标准车辙板试件，标准车辙板试件配合比为：1#玄武岩集料∶2#玄武岩集料∶4#玄武岩集料∶矿粉∶木质纤维＝42％∶33％∶15％∶10％∶0.3％，油石比为6％；然后在其中五块标准车辙板试件上分别按照0.9kg/m²、1.2kg/m²、1.5kg/m²、1.8kg/m²、2.1kg/m²的用量成型面积为30cm×30cm的沥青薄片，铺设于标准车辙板板试件上，剩余一块标准车辙板试件上不铺设沥青薄片；然后在六块标准车辙板试件上按照碎石撒布率60％撒布粒径为2.36mm～4.75mm碎石；再在上面铺设拌合好的大空隙沥青混合料，通过轮碾法成型得到碎石封层中沥青用量不同的嵌入式超薄磨耗层复合车辙板试件。

步骤2、以复合车辙板试件表面中心为圆心，在六块车辙板上分别画6个同心圆，同心圆的半径从小至大依次为：5.0cm、5.5cm、6.0cm、6.5cm、7.0cm、7.5cm。

步骤3、将细砂使用0.15mm标准筛和0.3mm标准筛过筛，选取0.3mm标准筛筛下部分和0.15标准筛筛上部分，将选取的细砂按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)在105℃±5℃的烘箱中烘干至恒重后置于室温下冷却备用。

步骤4、对六块车辙板试件，分别用15cm³容量筒装满细砂，并将砂倒在车辙板试件的中心处，然后以同心圆为参照，用推平板由里向外重复做摊铺运动，稍稍用力将砂向外均匀摊开，使砂填入车辙板试件表面的纹理中，尽可能将砂摊成圆形。

步骤5、依次用钢板尺测量六块车辙板试件表面铺砂所构成圆的两个垂直方向的直径，取其平均值，准确至1mm。本实施例中碎石封层沥青用量为0kg/m²、0.9kg/m²、1.2kg/m²、1.5kg/m²、1.8kg/m²、2.1kg/m²时铺设圆的直径依次为118mm、119mm、120mm、126mm、136mm、138mm。

步骤6、采用下式分别计算碎石封层沥青用量不同时，车辙板表面的构造深度衰减系数：

式中：I_A为衰减系数，％；

D为碎石封层沥青用量为0kg/m²时所测直径，mm；

D_i为碎石封层沥青用量为i kg/m²是所测直径，mm。

由此公式计算得：本实施例中碎石封层沥青用量为0.9kg/m²、1.2kg/m²、1.5kg/m²、1.8kg/m²、2.1kg/m²时，嵌入式超薄磨耗层表面构造深度衰减系数依次为1.7％、3.3％、12％、25％、27％。

由此结果可判定：本实施例嵌入式超薄磨耗层出现泛油的碎石封层沥青用量的阈值为1.5kg/m²，则嵌入式沥青混凝土中碎石封层的最佳沥青用量为：1.5-0.3＝1.2kg/m²。

综上可知，本发明所提出的一种嵌入式超薄磨耗层中碎石封层沥青用量的确定方法，利用细砂粒径小于多孔磨耗层空隙直径，可以较好地填充多孔磨耗层内部空隙，并用填充空隙的细砂量全面直观地表征嵌入式多孔磨耗层中沥青上泛特征及变化规律，为后续不同配合比磨耗层的优化设计及推荐封层用量提供了坚实基础。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种嵌入式超薄磨耗层中碎石封层的沥青用量确定方法，其特征在于：成型沥青用量不同的碎石封层组成的嵌入式超薄磨耗层车辙板试件，以嵌入式超薄磨耗层车辙板的中心为圆心画同心圆；取相同体积的细砂，由内向外在同心圆内平铺细砂，并测量出细砂在车辙板试件上平铺圆的直径，以碎石封层沥青用量为0kg/m²的嵌入式超薄磨耗层车辙板试件上平铺所得直径为标准直径；采用所测平铺圆直径和标准直径计算得到构造深度衰减系数I_A；I_A采用所测平铺圆直径和标准直径计算得到构造深度衰减系数的公式为：

式中：I_A为衰减系数，％；

D为碎石封层沥青用量为0 kg/m²时所测的标准直径，mm；

D_i为碎石封层沥青用量为i kg/m²时所测的平铺圆直径，mm；

将I_A≥10％的最小沥青用量Pkg/m²作为出现泛油的碎石封层沥青用量的阈值，则确定嵌入式沥青混凝土中碎石封层的沥青用量为：(P-0.3)kg/m²。

2.如权利要求1所述的一种嵌入式超薄磨耗层中碎石封层的沥青用量确定方法，其特征在于，厚度为H cm的嵌入式超薄磨耗层，所述嵌入式超薄磨耗层碎石封层的不同沥青用量分别为：0 kg/m²、H kg/m²、H±0.3 kg/m²、H±0.6 kg/m²。

3.如权利要求1所述的一种嵌入式超薄磨耗层中碎石封层的沥青用量确定方法，其特征在于，所述同心圆最小半径为5cm，最大半径为7.5cm；相邻同心圆半径差值为0.5cm；共画6个同心圆。

4.如权利要求1所述的一种嵌入式超薄磨耗层中碎石封层的沥青用量确定方法，其特征在于，所述细砂的粒径为0.15～0.3mm；体积为15cm³。

5.如权利要求1所述的一种嵌入式超薄磨耗层中碎石封层的沥青用量确定方法，其特征在于，所述在同心圆内平铺细砂时，由内向外，优先铺满直径最小的圆，再向外铺满相邻的圆，以此类推，直至平铺结束。

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