CN113831064A

CN113831064A - 基于贯入强度的沥青混合料配合比设计方法

Info

Publication number: CN113831064A
Application number: CN202111068281.0A
Authority: CN
Inventors: 戚俊丽; 张新; 胡家波; 章清涛; 高岳峰; 韦金城; 马祥辉; 符东绪; 成永宁; 姚望; 王晓然; 袁帅; 张晓萌; 杨振宇; 徐希忠; 杨永富; 夏雨; 李广
Original assignee: China Railway Construction Shandong Gaodong Expressway Co ltd; Shandong Hi Speed Co Ltd; Shandong Transportation Institute
Current assignee: China Railway Construction Shandong Gaodong Expressway Co ltd; Shandong Hi Speed Co Ltd; Shandong Transportation Institute
Priority date: 2021-09-13
Filing date: 2021-09-13
Publication date: 2021-12-24

Abstract

本发明公开了基于贯入强度的沥青混合料配合比设计方法，属于道路路面材料技术领域。所述设计方法包括：根据初步调试的矿料级配和预设的沥青膜厚度进行各矿料级配的沥青用量的反算，得到初步沥青用量；根据初步沥青用量测试马歇尔体积指标，然后进行贯入强度试验，根据各矿料级配贯入强度结果选择贯入强度最大的作为最佳级配；依据最佳级配进行沥青含量的选择，按照传统设计方法以级配选择时沥青用量为参考，选择若干个沥青用量进行马歇尔击实，测试体积指标后根据技术指标要求确定最佳沥青用量。与现有技术相比，本发明方法可大幅减少配合比设计过程中的反复次数。

Description

基于贯入强度的沥青混合料配合比设计方法

技术领域

本发明涉及道路工程领域，具体地说是基于贯入强度的沥青混合料配合比设计方法。

背景技术

传统沥青混合料配合比设计方法在矿料级配及最佳沥青用量的选择时以混合料的体积指标作为主要参考依据，但是体积指标合适的矿料级配其抗剪切强度是否是矿料级配中最优的无法考证，仅仅是依据体积指标合适作为选择依据。根据公路沥青路面设计规范对沥青混合料进行单轴贯入强度测试，需满足各公路等级关于层底容许永久变形量的限制。如果此时确定的最优级配的混合料贯入强度不能满足要求时只能从头再次进行配合比的设计，费时费力。

发明内容

本发明的技术任务是针对上述现有技术的不足，提供一种基于贯入强度的沥青混合料配合比设计方法。该方法从源头上就对设计的关键指标进行控制，可大幅减少配合比设计过程中的反复次数。

本发明的技术任务是按以下方式实现的：基于贯入强度的沥青混合料配合比设计方法，包括：根据初步调试的矿料级配和预设的沥青膜厚度进行各矿料级配的沥青用量的反算，得到初步沥青用量；根据初步沥青用量测试马歇尔体积指标，然后进行贯入强度试验，根据各矿料级配贯入强度结果选择贯入强度最大的作为最佳级配；依据最佳级配进行沥青含量的选择，按照传统设计方法以级配选择时沥青用量为参考，选择若干个沥青用量进行马歇尔击实，测试体积指标后根据技术指标要求确定最佳沥青用量。

所述技术指标要求指公路沥青路面设计规范中针对该种混合料实用于不同结构层位时的指标要求。

作为优选，本发明方法还包括以确定的最佳级配、最佳沥青用量进行室内试验，对混合料的路用性能进行验证。

作为优选，测试各物料的物理指标后，根据各矿料的筛分结果，进行矿料级配的合成，得到初步调试的矿料级配。所述物理指标包括矿料的密度、吸水率、筛分，沥青胶结料的密度。

作为优选，AC类沥青混合料预设的沥青膜厚度为5～8μm；开级配OGFC类沥青混合料预设的沥青膜厚度要求12～14μm；LSPM沥青混合料预设的沥青膜厚度要求不小于12μm。

作为优选，按照传统设计方法以级配选择时沥青用量为参考，按照±0.3％、±0.6％五个沥青用量进行马歇尔击实。

作为优选，所述沥青混合料由集料、填充料及沥青胶结料组成。

作为优选，所述集料的规格包括：10～30mm、10～20mm、5～10mm、3～5mm及0～3mm；集料中的粗集料含泥量不大于1.0％，压碎值不大于26％；集料中细集料的砂当量要求不小于65％，亚甲蓝要求不大于2.5g/kg，细集料0～3mm通过0.075mm筛孔质量百分率为6～12％。

作为优选，所述填充料为矿粉。矿粉中掺加25～30％石灰粉或者水泥，亦或者采用纯矿粉和石灰粉或水泥单独计量方式，以保证所述混合料的抗水损害能力。

所述沥青胶结料根据道路交通荷载等级及结构层位进行选择，优选改性沥青。低等级道路或者高等级道路的下面层亦可以选择道路石油沥青。

与现有技术相比，本发明的基于贯入强度的沥青混合料配合比设计方法具有以下突出地有益效果：

沥青混合料抗剪切性能根据摩尔库伦理论，主要由骨料之间的内摩擦力及沥青胶结料的黏聚力两部分决定，本发明设计方法在设定沥青膜厚度相同的前提下，根据贯入强度结果进行矿料级配的优选，排除了沥青胶结料黏聚力对剪切强度的作用，仅仅对依据贯入强度的大小来对矿料级配进行优选，对于最终选择性能优良的混合料矿料级配更加直接，减少了传统方法最终验证贯入强度带来的滞后性及反复性。

附图说明

附图1是本发明设计方法设计流程图。

附图2是实施例一最佳沥青用量确定图；

附图3是对比例二最佳沥青用量确定图。

具体实施方式

参照说明书附图1以具体实施例对本发明的基于贯入强度的沥青混合料配合比设计方法作以下详细地说明。

实施例一：

本实施例的沥青混合料由集料、填充料及沥青胶结料组成，实施例以AC25密级配沥青混合料设计为例。

1.材料选择

所述集料采用10-30mm石灰岩、10-20mm石灰岩、5-10mm石灰岩、3-5mm石灰岩及0-3mm石灰岩，填充料为石灰岩矿粉，所述沥青胶结料为道路石油沥青A级70号。

2.材料试验

经室内测试，集料中石灰岩的压碎值为21.2％，细集料0-3mm的0.075mm通过率为9.8％，砂当量为68％，亚甲蓝值为2.1g/kg；填充料石灰岩矿粉0.075mm筛孔通过率为76.9％。所述沥青胶结料密度为1.03。

材料各项物理指标见下表：

	10-30mm	10-20mm	5-10mm	3-5mm	0-3mm	矿粉
							毛体积相对密度	2.708	2.701	2.679	2.717	2.665	2.658
表观相对密度	2.731	2.729	2.737	2.787	2.715	2.658
							吸水率，％	0.31	0.38	0.79	0.93	0.70	0.31

3.矿料级配合成

根据步骤2矿料筛分结果，对矿料进行级配合成，初拟3条级配曲线，矿料级配组成见下表：

级配类型	10-30mm	10-20mm	5-10mm	3-5mm	0-3mm	矿粉
							级配1	20	30	16	8	23.5	2.5
级配2	25	24	12	6	31	2
							级配3	26	26	16	-	29	3

4.沥青用量的确定

根据步骤2各矿料密度测试结果及步骤3初步调试的矿料级配，进行各矿料级配的沥青用量的反算，初步拟定沥青膜厚度为7.0μm，各矿料级配比表面积及反算沥青用量见下表；

5.马歇尔试验

根据步骤4初步确定的沥青用量，进行马歇尔击实，测试马歇尔体积指标。各级配马歇尔体积指标见下表：

级配类型	沥青含量，％	最大相对理论密度	毛体积相对密度	空隙率，％
					级配1	3.4	2.572	2.397	6.8
级配2	3.8	2.556	2.445	4.3
					级配3	3.9	2.551	2.459	3.6

6.贯入强度试验

按照公路沥青路面设计规范(JTG D50-2017)附录F试验方法进行贯入强度试验，根据各矿料级配贯入强度结果选择贯入强度最大的作为最佳级配；

各矿料级配马歇尔体积指标及贯入强度测试结果见下表：

级配类型	P，N	σp	fT	修正fT	RT
						级配1	2703.7	1.95	0.35	0.34	0.66
级配2	4042.7	2.92	0.35	0.34	0.99
						级配3	4550	3.28	0.35	0.34	1.11

依据贯入强度最大原则，选择级配三作为优选级配。

7.最佳沥青用量的选择

依据步骤6确定最优级配，进行沥青用量的选择，按照传统马歇尔设计设计方法以级配选择时沥青用量为中值，按照±0.3％、±0.6％五个沥青用量进行马歇尔击实。

各沥青用量马歇尔体积指标测试结果见下表：

根据各沥青用量马歇尔测试结果，选择3.8％作为最佳沥青用量。

8.配合比设计检验

以步骤6确定最佳矿料级配，步骤7确定的最佳沥青用量室内对混合料的水稳定性和高温稳定性路用性能进行验证。

根据实验结果，表征水稳定性的冻融劈裂强度比TSR为84.3％，大于75％的技术要求，表征高温稳定性的车辙动稳定度结果为2126次/mm，大于1000次/mm的技术要求。

实施例二：

为了与传统方法进行对比，本实例按照传统混合料设计方法进行设计，并与采用本发明设计方法的混合料进行对比，采用同批次骨料、同样的合成级配进行对比。

1.材料指标测试

本实施例采用集料、填充料及沥青胶结料与实施例一相同。

2.矿料级配合成

矿料合成级配选择与实施案例一相同的，具体合成级配下表：

3.级配优选

根据工程实际应用经验，选择该混合料类型常用的4.0％用于级配优选。

4.矿料级配的选择

根据步骤3选定的选择的沥青用量，进行马歇尔击实，测试马歇尔体积指标后，根据各矿料级配的体积指标满足要求的作为最佳级配；

各矿料级配马歇尔体积指标测试结果见下表：

此时根据测试的马歇尔体积指标，根据指标满足设计标准进行级配优选，则级配1在预估沥青用量时的各项体积指标满足设计标准，将级配1作为优选级配。

5.最佳沥青用量的选择

依据步骤4确定最优级配，进行沥青用量的选择，按照传统马歇尔设计设计方法以级配选择时沥青用量为中值，按照±0.3％、±0.6％五个沥青用量进行马歇尔击实。

各沥青用量马歇尔体积指标测试结果见下表：

根据各沥青用量马歇尔测试结果，选择3.91％修约为3.9％作为最佳沥青用量。

6.混合料路用性能的验证

以步骤4确定最佳矿料级配，步骤5确定的最佳沥青用量室内对混合料的水稳定性和高温稳定性路用性能进行验证。

根据实验结果，表征水稳定性的冻融劈裂强度比TSR为81.6％，大于75％的技术要求，表征高温稳定性的车辙动稳定度结果为986次/mm，小于1000次/mm的技术要求。

对比分析：

1.在实施例一中，级配一沥青膜厚度7.0μm时沥青用量为3.4％，此时贯入强度为三个级配中最小，根据实施例二最终确定最佳沥青用量为3.9％，此时沥青膜厚度为8.0μm，相比实施例一沥青膜厚度更大。

根据摩尔库伦理论，相同级配情况下骨料内摩阻力是相同的，此时抗剪切强度大小取决于沥青膜厚度，沥青膜厚度越大则沥青的黏聚力越小，对应的混合料抗剪切强度越低，可知实施例一设计方法得到的混合料的抗剪切强度更高。

为了验证上述论述，采用马歇尔击实试验成型试件后进行贯入强度试验，结果如下表所示：

由测试结果可以看出，在级配相同时沥青用量越高其混合料的抗剪切强度越低，证明了前面的论述是合理的。

2.实施例一根据贯入强度结果进行矿料级配的优选，减少了传统方法最终验证贯入强度带来的滞后性及反复性。

为了对本发明的技术特征做进一步了解，以上分析、试验及结合具体实施例均是对本发明进行详细阐述，实施例只对本发明具有示例性的作用，而不具有任何限制性的作用。本领域内的技术人员在本发明的基础之上做出的非实质性修改，都属于本发明保护范畴。

Claims

1.基于贯入强度的沥青混合料配合比设计方法，其特征在于包括：

根据初步调试的矿料级配和预设的沥青膜厚度进行各矿料级配的沥青用量的反算，得到初步沥青用量；

根据初步沥青用量测试马歇尔体积指标，然后进行贯入强度试验，根据各矿料级配贯入强度结果选择贯入强度最大的作为最佳级配；

依据最佳级配进行沥青含量的选择，按照传统设计方法以级配选择时沥青用量为参考，选择若干个沥青用量进行马歇尔击实，测试体积指标后根据技术指标要求确定最佳沥青用量。

2.根据权利要求1所述的基于贯入强度的沥青混合料配合比设计方法，其特征在于，还包括以确定的最佳级配、最佳沥青用量进行室内试验，对混合料的路用性能进行验证。

3.根据权利要求1或2所述的基于贯入强度的沥青混合料配合比设计方法，其特征在于，测试各物料的物理指标后，根据各矿料的筛分结果，进行矿料级配的合成，得到初步调试的矿料级配。

4.根据权利要求4所述的基于贯入强度的沥青混合料配合比设计方法，其特征在于，所述物理指标包括矿料的密度、吸水率、筛分，沥青胶结料的密度。

5.根据权利要求1或2所述的基于贯入强度的沥青混合料配合比设计方法，其特征在于，AC类沥青混合料预设的沥青膜厚度为5～8μm；开级配OGFC类沥青混合料预设的沥青膜厚度要求12～14μm；LSPM沥青混合料预设的沥青膜厚度要求不小于12μm。

6.根据权利要求1或2所述的基于贯入强度的沥青混合料配合比设计方法，其特征在于，按照传统设计方法以级配选择时沥青用量为参考，按照±0.3％、±0.6％五个沥青用量进行马歇尔击实。

7.根据权利要求1或2所述的基于贯入强度的沥青混合料配合比设计方法，其特征在于，所述沥青混合料由集料、填充料及沥青胶结料组成，

所述集料的规格包括：10～30mm、10～20mm、5～10mm、3～5mm及0～3mm；

集料中的粗集料含泥量不大于1.0％，压碎值不大于26％；

集料中细集料的砂当量要求不小于65％，亚甲蓝要求不大于2.5g/kg；

所述填充料为矿粉。

8.根据权利要求7所述的基于贯入强度的沥青混合料配合比设计方法，其特征在于，细集料0～3mm通过0.075mm筛孔质量百分率为6～12％；

矿粉中掺加25～30％石灰粉或者水泥。