CN114330008B - 一种应用于路表的低冰点超薄磨耗层级配范围确定方法 - Google Patents
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Abstract
一种应用于路表的低冰点超薄磨耗层级配范围确定方法，它涉及一种超薄磨耗层级配范围的确定方法。本发明的目的是要解决现有在低冰点超薄罩面级配设计中，宽泛的级配范围对混合料性能产生较大的影响，导致超薄磨耗层的使用性能差和寿命低的问题。方法：一、选择研究对象；二、确定低冰点填料添加的含量；三、确定五种超薄磨耗层级配沥青混合料的最佳沥青用量；四、提取平均孔径；五、单向渗流试验；六、计算扩散系数；七、重新设计应用于路表的低冰点超薄磨耗层级配；八、对步骤七确定的低冰点超薄磨耗层级配的沥青混合料成型试件，测试性能。使用本发明应用于路表的低冰点超薄磨耗层级配制备的试件满足规范要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种超薄磨耗层级配范围的确定方法。
背景技术
低冰点罩面作为一种冬季道路养护手段，目前国内的研究普遍以粗粒式低冰点沥青混合料为主，修筑的普通罩面层通常厚度在4cm以上。通常选用的低冰点沥青罩面混合料一般采用最大粒径为9.5mm、13.2mm的沥青混合料，有SMA、OGFC、AC以及SAC等种类；低冰点薄层罩面的厚度为1-3cm，能在保证较好的融雪性能、耐久性能的条件下大大节约成本。且相比于常规全厚式低冰点超薄磨耗层沥青混合料，薄层罩面类的融雪效果好、抗滑性能好。
目前，我国使用的超薄磨耗层使用种类比较丰富，主要包括不超过2.5cm的AC、SMA、OGFC的超薄罩面。上述种类在实际应用中发现使用性能均存在不同方面的缺陷，AC类超薄罩面由于细集料用量过大容易产生车辙，且抗滑性能较差；SMA类超薄罩面受到集料的扁平或细长颗粒、磨光值等限制，混合料性能下降率为25％，远超AC类混合料的下降率。OGFC类超薄罩面内部有大量联通孔隙。排水性能、防滑性能、降噪性能较好，但由于空隙率较大使其使用年限较短。
在低冰点超薄罩面级配设计中，沥青路面规范中针对小粒径的沥青混合料级配范围规定的过于宽泛，而实际应用过程中发现过于宽泛的级配范围会对混合料性能有较大的影响。
发明内容
本发明的目的是要解决现有在低冰点超薄罩面级配设计中，宽泛的级配范围对混合料性能产生较大的影响，导致超薄磨耗层的使用性能差和寿命低的问题，而提供一种应用于路表的低冰点超薄磨耗层级配范围确定方法。
一种应用于路表的低冰点超薄磨耗层级配范围确定方法，是按以下步骤完成的：
一、选择研究对象：
根据不同孔隙结构选择SMA-10、AC-10-Ⅰ、AC-10-II、OGFC-10和Novachip-B五种超薄磨耗层级配为研究对象；另外选择一种AC-10粗粒径级配占比高的级配作为对比；
二、确定低冰点填料添加的含量：
对于AC-10-Ⅰ、AC-10-II、OGFC-10和Novachip-B四种超薄磨耗层级配，筛孔尺寸在0.075mm以下的部分全部由低冰点填料替换，对于SMA-10超薄磨耗层级配，筛孔尺寸在0.075mm以下的部分质量的50％由低冰点填料替换；
三、确定五种超薄磨耗层级配沥青混合料的最佳沥青用量：
对于AC-10-Ⅰ，初步选择油石比为5.0％、5.3％、5.6％，添加低冰点填料后分别成型马歇尔试件，双面击实75次，然后分别测试油石比为5.0％、5.3％、5.6％时的毛体积相对密度、马歇尔稳定度和空隙率，再分别作出毛体积相对密度、马歇尔稳定度和空隙率随油石比的变化曲线，取毛体积相对密度随油石比的变化曲线上的最大毛体积相对密度对应的油石比α1，取马歇尔稳定度随油石比的变化曲线上的最大马歇尔稳定度对应的油石比α2，取空隙率随油石比的变化曲线上的中间值空隙率对应的油石比α3，OCAα1为(α1+α2+α3)/3；测试空隙率、饱和度、马歇尔稳定度和流值，再分别作出空隙率、饱和度、马歇尔稳定度和流值随油石比的变化曲线，取空隙率随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到空隙率的油石比范围，取饱和度随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到饱和度的油石比范围，取马歇尔稳定度随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到马歇尔稳定度的油石比范围，取流值随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到流值的油石比范围，找到空隙率的油石比范围、饱和度的油石比范围、马歇尔稳定度的油石比范围和流值的油石比范围的共同范围值，共同范围的最小值为OCAαmin，共同范围的最大值为OCAαmax，计算OCAαmin和OCAαmax的平均值OCAα2，OCAα1和OCAα2的平均值为最佳油石比；
对于AC-10-II，初步选择油石比为5.2％、5.5％、5.8％，添加低冰点填料后分别成型马歇尔试件，双面击实75次，然后分别测试油石比为5.0％、5.3％、5.6％时的毛体积相对密度、马歇尔稳定度和空隙率，再分别作出毛体积相对密度、马歇尔稳定度和空隙率随油石比的变化曲线，取毛体积相对密度随油石比的变化曲线上的最大毛体积相对密度对应的油石比β1，取马歇尔稳定度随油石比的变化曲线上的最大马歇尔稳定度对应的油石比β2，取空隙率随油石比的变化曲线上的中间值空隙率对应的油石比β3，OCAβ1为(β1+β2+β3)/3；测试空隙率、饱和度、马歇尔稳定度和流值，再分别作出空隙率、饱和度、马歇尔稳定度和流值随油石比的变化曲线，取空隙率随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到空隙率的油石比范围，取饱和度随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到饱和度的油石比范围，取马歇尔稳定度随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到马歇尔稳定度的油石比范围，取流值随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到流值的油石比范围，找到空隙率的油石比范围、饱和度的油石比范围、马歇尔稳定度的油石比范围和流值的油石比范围的共同范围值，共同范围的最小值为OCAβmin，共同范围的最大值为OCAβmax，计算OCAβmin和OCAβmax的平均值OCAβ2，OCAβ1和OCAβ2的平均值为最佳油石比；
对于SMA-10，初步选择油石比为5.5％、6.0％、6.5％，添加低冰点填料后分别成型马歇尔试件，双面击实75次，然后分别测试油石比为5.0％、5.3％、5.6％时的毛体积相对密度、马歇尔稳定度和空隙率，再分别作出毛体积相对密度、马歇尔稳定度和空隙率随油石比的变化曲线，取毛体积相对密度随油石比的变化曲线上的最大毛体积相对密度对应的油石比γ1，取马歇尔稳定度随油石比的变化曲线上的最大马歇尔稳定度对应的油石比γ2，取空隙率随油石比的变化曲线上的中间值空隙率对应的油石比γ3，OCAγ1为(γ1+γ2+γ3)/3；测试空隙率、饱和度、马歇尔稳定度和流值，再分别作出空隙率、饱和度、马歇尔稳定度和流值随油石比的变化曲线，取空隙率随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到空隙率的油石比范围，取饱和度随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到饱和度的油石比范围，取马歇尔稳定度随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到马歇尔稳定度的油石比范围，取流值随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到流值的油石比范围，找到空隙率的油石比范围、饱和度的油石比范围、马歇尔稳定度的油石比范围和流值的油石比范围的共同范围值，共同范围的最小值为OCAγmin，共同范围的最大值为OCAγmax，计算OCAγmin和OCAγmax的平均值OCAγ2，OCAγ1和OCAγ2的平均值为最佳油石比；
对于Novachip-B，初步选择油石比为4.5％、4.8％、5.1％，添加低冰点填料后分别成型马歇尔试件，双面击实75次，然后分别测试油石比为5.0％、5.3％、5.6％时的毛体积相对密度、马歇尔稳定度和空隙率，再分别作出毛体积相对密度、马歇尔稳定度和空隙率随油石比的变化曲线，取毛体积相对密度随油石比的变化曲线上的最大毛体积相对密度对应的油石比δ1，取马歇尔稳定度随油石比的变化曲线上的最大马歇尔稳定度对应的油石比δ2，取空隙率随油石比的变化曲线上的中间值空隙率对应的油石比δ3，OCAδ1为(δ1+δ2+δ3)/3；测试空隙率、饱和度、马歇尔稳定度和流值，再分别作出空隙率、饱和度、马歇尔稳定度和流值随油石比的变化曲线，取空隙率随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到空隙率的油石比范围，取饱和度随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到饱和度的油石比范围，取马歇尔稳定度随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到马歇尔稳定度的油石比范围，取流值随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到流值的油石比范围，找到空隙率的油石比范围、饱和度的油石比范围、马歇尔稳定度的油石比范围和流值的油石比范围的共同范围值，共同范围的最小值为OCAδmin，共同范围的最大值为OCAδmax，计算OCAδmin和OCAδmax的平均值OCAδ2，OCAδ1和OCAδ2的平均值为最佳油石比；
对于OGFC-10级配，需要根据析漏实验、飞散实验来综合确定最大沥青用量和最小沥青用量；依据规范《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中规定的设计方法计算初始沥青用量；
A＝(2+0.02a+0.04b+0.08c+0.14d+0.3e+0.6f+1.6g)/48.74；
Pb＝h×A；
式中：A为集料总表面积(mm2)；Pb为初始沥青用量(％)；a、b、c、d、e、f和g依次为4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm和0.075mm筛孔通过百分率(％)；h为沥青膜厚度，取值为14μm；
通过公式计算Pb为3.5％，因此选择油石比为3.2％、3.5％、3.8％，添加低冰点填料后分别成型马歇尔试件，测试马歇尔试件的析漏损失和飞散损失；再以油石比为横坐标，分别作出析漏损失实验曲线和飞散损失实验曲线，找到析漏损失实验曲线纵坐标0.4％对应的横坐标对应的油石比ε1，找到飞散损失实验曲线纵坐标13.5％对应的横坐标对应的油石比ε2；OGFC-10的最佳石油比为ε1和ε2的平均值；
四、提取平均孔径：
按照步骤三确定的SMA-10、AC-10-Ⅰ、AC-10-II、OGFC-10和Novachip-B五种超薄磨耗层级配的最佳油量比，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)，添加低冰点填料后分别成型马歇尔试件，采用工业CT设备扫描5种成型马歇尔试件的断层图像，通过Avizo软件进行阈值分割、连通孔隙运算、孔隙网格模型建立、球棍模型处理5种成型马歇尔试件的三维试件模型，并提取5种成型马歇尔试件的平均孔径；
五、单向渗流试验：
对完成工业CT扫描后的5种成型马歇尔试件进行单向渗流试验，获取不同深度和不同周期的低冰点填料有效成分释放浓度，根据低冰点填料有效成分释放浓度计算不同级配低冰点填料有效成分扩散系数，具体是按以下步骤完成的：
①、单向渗流试验的装置由储水装置、流量控制装置和蓄水装置三部分组成，流量控制装置与储水装置连通，设置在储水装置下方，通过滚轮控制水流量，使水分由上至下单向渗透；每种成型马歇尔试件取三个平行试件，三个平行试件的侧面包覆PVC，使三个平行试件只漏出上、下表面，再将三个平行试件放入到蓄水装置中，向蓄水装置中加入蒸馏水，储水装置内的水通过流量控制装置流入到马歇尔试件上表面；以7天为一个浸泡周期；
②、对于完成浸泡周期的马歇尔试件，去除表面的PVC，使用蒸馏水或去离子水对马歇尔试件的进行清洗，再进行干燥，去除马歇尔试件内部的水；
③、选择直径为10mm的钻头，采用干钻钻孔的方式对马歇尔试件进行钻孔，孔均布在马歇尔试件上，分别取距离马歇尔试件上表面1cm、2cm、3cm、4cm的粉末物质，过滤掉松散掉落的碎集料，得到不同深度的测试用粉末物质；
④、将测试用粉末物质加入到蒸馏水中，搅拌后静置2h，再每隔5min摇动一次，得到待测溶液；
⑤、通过双盐桥甘汞电极和氯电极测试上述待测溶液，根据电位计所测得的电势差求出待测溶液的浓度，完成浓度测试；
六、根据步骤五中得到的不同级配低冰点填料有效成分释放浓度采用菲克二定律计算低冰点填料低冰点填料有效成分扩散系数，计算方法如下：
式中：C(x,t)为距混凝土上表面x厘米时的低冰点填料有效成分释放浓度；CS为表面低冰点填料有效成分释放浓度；C0为混凝土中初始低冰点填料有效成分释放浓度；D为低冰点填料有效成分表观扩散系数；t暴露时间；
七、重新设计应用于路表的低冰点超薄磨耗层级配：
①、通过步骤四和步骤六得知，不同级配下沥青混合料平均孔径指标，平均孔径越大，扩散系数越大，低冰点填料有效成分流失越快，越不利于低冰点超薄磨耗层的时融冰雪使用寿命，因此以0.15d和0.29d作为关键筛孔控制沥青混合料平均孔径，d为公称最大粒径，为9.5mm；再将沥青混合料级配分为填充料、干涉料和骨架料；
②、按照步骤七①划分的级配，0.15d和0.29d的粒径为1.425mm和2.755mm，取接近的1.18mm和2.36mm两种粒径作为关键筛孔，以4.75～9.5mm作为骨架料，以1.18～2.36mm作为干涉料，以0.075～0.6mm作为填充料；
③、选定骨架料与干涉料比值为(2.5～4.5):1，C9.5:C4.75＝1:7，C2.36:C1.18＝0.75:1；
④、选定骨架料与干涉料和填充料总质量的比为5:1；
八、对步骤七确定的低冰点超薄磨耗层级配的沥青混合料按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)成型试件，分别进行高温稳定性实验、低温抗裂性实验、水稳定形实验、抗滑性实验以及有效成份释放性能试验；
九、根据步骤八测试得到的性能可知，应用于路表的低冰点超薄磨耗层级配制备的试件满足《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)规范要求。
本发明的有益效果：
本发明所提出新型低冰点超薄磨耗层总体路用性能能满足规范的要求；另一方面设计的典型级配通过控制内部的孔隙结构和连通性，保证了有效成分在释放过程中的缓释需求，使得新型级配下的低冰点超薄磨耗层的时融冰雪使用寿命和耐久性上等到了很好的满足；可以有效防治灾害性天气对路面的破坏，这对于解决我国高寒地区冬季道路行车安全问题，提升道路通行能力具有重大的经济效益和社会意义。
本发明可获得一种应用于路表的低冰点超薄磨耗层级配范围确定方法。
附图说明
图1为五种超薄磨耗层的级配曲线图；
图2为扩散系数与平均孔径的相关性分析图；
图3为低冰点填料的浓度随骨架料与干涉料的比值变化的曲线，图3中1为0-1cm处168h时低冰点填料的浓度变化值，2为0-1cm处24h时低冰点填料的浓度变化值，3为1-2cm处168h时低冰点填料的浓度变化值，4为1-2cm处24h时低冰点填料的浓度变化值。
具体实施方式
以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本发明的范围。
具体实施方式一：本实施方式一种应用于路表的低冰点超薄磨耗层级配范围确定方法，是按以下步骤完成的：
一、选择研究对象：
根据不同孔隙结构选择SMA-10、AC-10-Ⅰ、AC-10-II、OGFC-10和Novachip-B五种超薄磨耗层级配为研究对象；另外选择一种AC-10粗粒径级配占比高的级配作为对比；
二、确定低冰点填料添加的含量：
对于AC-10-Ⅰ、AC-10-II、OGFC-10和Novachip-B四种超薄磨耗层级配，筛孔尺寸在0.075mm以下的部分全部由低冰点填料替换，对于SMA-10超薄磨耗层级配，筛孔尺寸在0.075mm以下的部分质量的50％由低冰点填料替换；
三、确定五种超薄磨耗层级配沥青混合料的最佳沥青用量：
对于AC-10-Ⅰ，初步选择油石比为5.0％、5.3％、5.6％，添加低冰点填料后分别成型马歇尔试件，双面击实75次，然后分别测试油石比为5.0％、5.3％、5.6％时的毛体积相对密度、马歇尔稳定度和空隙率，再分别作出毛体积相对密度、马歇尔稳定度和空隙率随油石比的变化曲线，取毛体积相对密度随油石比的变化曲线上的最大毛体积相对密度对应的油石比α1，取马歇尔稳定度随油石比的变化曲线上的最大马歇尔稳定度对应的油石比α2，取空隙率随油石比的变化曲线上的中间值空隙率对应的油石比α3，OCAα1为(α1+α2+α3)/3；测试空隙率、饱和度、马歇尔稳定度和流值，再分别作出空隙率、饱和度、马歇尔稳定度和流值随油石比的变化曲线，取空隙率随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到空隙率的油石比范围，取饱和度随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到饱和度的油石比范围，取马歇尔稳定度随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到马歇尔稳定度的油石比范围，取流值随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到流值的油石比范围，找到空隙率的油石比范围、饱和度的油石比范围、马歇尔稳定度的油石比范围和流值的油石比范围的共同范围值，共同范围的最小值为OCAαmin，共同范围的最大值为OCAαmax，计算OCAαmin和OCAαmax的平均值OCAα2，OCAα1和OCAα2的平均值为最佳油石比；
对于AC-10-II，初步选择油石比为5.2％、5.5％、5.8％，添加低冰点填料后分别成型马歇尔试件，双面击实75次，然后分别测试油石比为5.0％、5.3％、5.6％时的毛体积相对密度、马歇尔稳定度和空隙率，再分别作出毛体积相对密度、马歇尔稳定度和空隙率随油石比的变化曲线，取毛体积相对密度随油石比的变化曲线上的最大毛体积相对密度对应的油石比β1，取马歇尔稳定度随油石比的变化曲线上的最大马歇尔稳定度对应的油石比β2，取空隙率随油石比的变化曲线上的中间值空隙率对应的油石比β3，OCAβ1为(β1+β2+β3)/3；测试空隙率、饱和度、马歇尔稳定度和流值，再分别作出空隙率、饱和度、马歇尔稳定度和流值随油石比的变化曲线，取空隙率随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到空隙率的油石比范围，取饱和度随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到饱和度的油石比范围，取马歇尔稳定度随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到马歇尔稳定度的油石比范围，取流值随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到流值的油石比范围，找到空隙率的油石比范围、饱和度的油石比范围、马歇尔稳定度的油石比范围和流值的油石比范围的共同范围值，共同范围的最小值为OCAβmin，共同范围的最大值为OCAβmax，计算OCAβmin和OCAβmax的平均值OCAβ2，OCAβ1和OCAβ2的平均值为最佳油石比；
对于SMA-10，初步选择油石比为5.5％、6.0％、6.5％，添加低冰点填料后分别成型马歇尔试件，双面击实75次，然后分别测试油石比为5.0％、5.3％、5.6％时的毛体积相对密度、马歇尔稳定度和空隙率，再分别作出毛体积相对密度、马歇尔稳定度和空隙率随油石比的变化曲线，取毛体积相对密度随油石比的变化曲线上的最大毛体积相对密度对应的油石比γ1，取马歇尔稳定度随油石比的变化曲线上的最大马歇尔稳定度对应的油石比γ2，取空隙率随油石比的变化曲线上的中间值空隙率对应的油石比γ3，OCAγ1为(γ1+γ2+γ3)/3；测试空隙率、饱和度、马歇尔稳定度和流值，再分别作出空隙率、饱和度、马歇尔稳定度和流值随油石比的变化曲线，取空隙率随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到空隙率的油石比范围，取饱和度随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到饱和度的油石比范围，取马歇尔稳定度随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到马歇尔稳定度的油石比范围，取流值随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到流值的油石比范围，找到空隙率的油石比范围、饱和度的油石比范围、马歇尔稳定度的油石比范围和流值的油石比范围的共同范围值，共同范围的最小值为OCAγmin，共同范围的最大值为OCAγmax，计算OCAγmin和OCAγmax的平均值OCAγ2，OCAγ1和OCAγ2的平均值为最佳油石比；
对于Novachip-B，初步选择油石比为4.5％、4.8％、5.1％，添加低冰点填料后分别成型马歇尔试件，双面击实75次，然后分别测试油石比为5.0％、5.3％、5.6％时的毛体积相对密度、马歇尔稳定度和空隙率，再分别作出毛体积相对密度、马歇尔稳定度和空隙率随油石比的变化曲线，取毛体积相对密度随油石比的变化曲线上的最大毛体积相对密度对应的油石比δ1，取马歇尔稳定度随油石比的变化曲线上的最大马歇尔稳定度对应的油石比δ2，取空隙率随油石比的变化曲线上的中间值空隙率对应的油石比δ3，OCAδ1为(δ1+δ2+δ3)/3；测试空隙率、饱和度、马歇尔稳定度和流值，再分别作出空隙率、饱和度、马歇尔稳定度和流值随油石比的变化曲线，取空隙率随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到空隙率的油石比范围，取饱和度随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到饱和度的油石比范围，取马歇尔稳定度随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到马歇尔稳定度的油石比范围，取流值随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到流值的油石比范围，找到空隙率的油石比范围、饱和度的油石比范围、马歇尔稳定度的油石比范围和流值的油石比范围的共同范围值，共同范围的最小值为OCAδmin，共同范围的最大值为OCAδmax，计算OCAδmin和OCAδmax的平均值OCAδ2，OCAδ1和OCAδ2的平均值为最佳油石比；
对于OGFC-10级配，需要根据析漏实验、飞散实验来综合确定最大沥青用量和最小沥青用量；依据规范《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中规定的设计方法计算初始沥青用量；
A＝(2+0.02a+0.04b+0.08c+0.14d+0.3e+0.6f+1.6g)/48.74；
Pb＝h×A；
式中：A为集料总表面积(mm2)；Pb为初始沥青用量(％)；a、b、c、d、e、f和g依次为4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm和0.075mm筛孔通过百分率(％)；h为沥青膜厚度，取值为14μm；
通过公式计算Pb为3.5％，因此选择油石比为3.2％、3.5％、3.8％，添加低冰点填料后分别成型马歇尔试件，测试马歇尔试件的析漏损失和飞散损失；再以油石比为横坐标，分别作出析漏损失实验曲线和飞散损失实验曲线，找到析漏损失实验曲线纵坐标0.4％对应的横坐标对应的油石比ε1，找到飞散损失实验曲线纵坐标13.5％对应的横坐标对应的油石比ε2；OGFC-10的最佳石油比为ε1和ε2的平均值；
四、提取平均孔径：
按照步骤三确定的SMA-10、AC-10-Ⅰ、AC-10-II、OGFC-10和Novachip-B五种超薄磨耗层级配的最佳油量比，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)，添加低冰点填料后分别成型马歇尔试件，采用工业CT设备扫描5种成型马歇尔试件的断层图像，通过Avizo软件进行阈值分割、连通孔隙运算、孔隙网格模型建立、球棍模型处理5种成型马歇尔试件的三维试件模型，并提取5种成型马歇尔试件的平均孔径；
五、单向渗流试验：
对完成工业CT扫描后的5种成型马歇尔试件进行单向渗流试验，获取不同深度和不同周期的低冰点填料有效成分释放浓度，根据低冰点填料有效成分释放浓度计算不同级配低冰点填料有效成分扩散系数，具体是按以下步骤完成的：
①、单向渗流试验的装置由储水装置、流量控制装置和蓄水装置三部分组成，流量控制装置与储水装置连通，设置在储水装置下方，通过滚轮控制水流量，使水分由上至下单向渗透；每种成型马歇尔试件取三个平行试件，三个平行试件的侧面包覆PVC，使三个平行试件只漏出上、下表面，再将三个平行试件放入到蓄水装置中，向蓄水装置中加入蒸馏水，储水装置内的水通过流量控制装置流入到马歇尔试件上表面；以7天为一个浸泡周期；
②、对于完成浸泡周期的马歇尔试件，去除表面的PVC，使用蒸馏水或去离子水对马歇尔试件的进行清洗，再进行干燥，去除马歇尔试件内部的水；
③、选择直径为10mm的钻头，采用干钻钻孔的方式对马歇尔试件进行钻孔，孔均布在马歇尔试件上，分别取距离马歇尔试件上表面1cm、2cm、3cm、4cm的粉末物质，过滤掉松散掉落的碎集料，得到不同深度的测试用粉末物质；
④、将测试用粉末物质加入到蒸馏水中，搅拌后静置2h，再每隔5min摇动一次，得到待测溶液；
⑤、通过双盐桥甘汞电极和氯电极测试上述待测溶液，根据电位计所测得的电势差求出待测溶液的浓度，完成浓度测试；
六、根据步骤五中得到的不同级配低冰点填料有效成分释放浓度采用菲克二定律计算低冰点填料低冰点填料有效成分扩散系数，计算方法如下：
式中：C(x,t)为距混凝土上表面x厘米时的低冰点填料有效成分释放浓度；CS为表面低冰点填料有效成分释放浓度；C0为混凝土中初始低冰点填料有效成分释放浓度；D为低冰点填料有效成分表观扩散系数；t暴露时间；
七、重新设计应用于路表的低冰点超薄磨耗层级配：
①、通过步骤四和步骤六得知，不同级配下沥青混合料平均孔径指标，平均孔径越大，扩散系数越大，低冰点填料有效成分流失越快，越不利于低冰点超薄磨耗层的时融冰雪使用寿命，因此以0.15d和0.29d作为关键筛孔控制沥青混合料平均孔径，d为公称最大粒径，为9.5mm；再将沥青混合料级配分为填充料、干涉料和骨架料；
②、按照步骤七①划分的级配，0.15d和0.29d的粒径为1.425mm和2.755mm，取接近的1.18mm和2.36mm两种粒径作为关键筛孔，以4.75～9.5mm作为骨架料，以1.18～2.36mm作为干涉料，以0.075～0.6mm作为填充料；
③、选定骨架料与干涉料比值为(2.5～4.5):1，C9.5:C4.75＝1:7，C2.36:C1.18＝0.75:1；
④、选定骨架料与干涉料和填充料总质量的比为5:1；
八、对步骤七确定的低冰点超薄磨耗层级配的沥青混合料按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)成型试件，分别进行高温稳定性实验、低温抗裂性实验、水稳定形实验、抗滑性实验以及有效成份释放性能试验；
九、根据步骤八测试得到的性能可知，应用于路表的低冰点超薄磨耗层级配制备的试件满足《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)规范要求。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：步骤一中所述的SMA-10、AC-10-Ⅰ和OGFC-10三种超薄磨耗层级配采用《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中对应的级配范围中值；步骤一中所述的Novachip-B超薄磨耗层级配采用《NovaChip系统设计施工指南》中规定的TypeB级配类型的范围中值；步骤一中所述的AC-10-II超薄磨耗层级配采用《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中对应的粗粒径级配占比高的范围中值。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：步骤二中所述的低冰点填料为抗冰融雪低冰点填料ZG-F-I，购买自哈尔滨辰科交通科技有限公司。其它步骤与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：步骤三中所述的OCAα1为5.3％，OCAα2为5.45％，AC-10-Ⅰ的最佳油石比为5.4％。其它步骤与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：步骤三中所述的OCAβ1为5.67％，OCAβ2为5.35％，AC-10-II的最佳油石比为5.5％。其它步骤与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：步骤三中所述的OCAγ1为6.03％，OCAγ2为5.95％，SMA-10的最佳油石比为6.0％。其它步骤与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：步骤三中所述的OCAδ1为4.93％，OCAδ2为4.85％，Novachip-B的最佳油石比为4.9％。其它步骤与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：步骤三中所述的ε1为3.55％，ε2为3.4％，OGFC-10的最佳油石比为3.5％。其它步骤与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同点是：步骤五⑤中测试之前需要将氯电极放置在1×10-3Mol/L的NaCl溶液中浸泡活化2个小时，再用蒸馏水清洗干净；对电极进行标定，采用浓度分别为0.0005mol/l、0.005mol/l和0.05mol/l的标准溶液，测试时的数据会根据标定曲线进行内插。其它步骤与具体实施方式一至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同点是：步骤五⑤中每次标定或测试完成后，使用蒸馏水冲洗电极，然后用吸水纸吸干。其它步骤与具体实施方式一至九相同。
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：一种应用于路表的低冰点超薄磨耗层级配范围确定方法，是按以下步骤完成的：
一、选择研究对象：
根据不同孔隙结构选择SMA-10、AC-10-Ⅰ、AC-10-II、OGFC-10和Novachip-B五种超薄磨耗层级配为研究对象；另外选择一种AC-10粗粒径级配占比高的级配作为对比；
步骤一中所述的SMA-10、AC-10-Ⅰ和OGFC-10三种超薄磨耗层级配采用《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中对应的级配范围中值；步骤一中所述的Novachip-B超薄磨耗层级配采用《NovaChip系统设计施工指南》中规定的TypeB级配类型的范围中值；步骤一中所述的AC-10-II超薄磨耗层级配采用《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中对应的粗粒径级配占比高的范围中值；
步骤一中五种超薄磨耗层级配如图1和表1所示；
图1中间断级配为SMA-10，开级配为OGFC-10，半开级配为Novachip-B，连续级配为AC-10-Ⅰ，连续级配2为AC-10-II；
表1五种超薄磨耗层级配
确定低冰点填料添加的含量：
对于AC-10-Ⅰ、AC-10-II、OGFC-10和Novachip-B四种超薄磨耗层级配，筛孔尺寸在0.075mm以下的部分全部由低冰点填料替换，对于SMA-10超薄磨耗层级配，筛孔尺寸在0.075mm以下的部分质量的50％由低冰点填料替换；
步骤二中所述的低冰点填料为抗冰融雪低冰点填料ZG-F-I，购买自哈尔滨辰科交通科技有限公司；
三、确定五种超薄磨耗层级配沥青混合料的最佳沥青用量：
对于AC-10-Ⅰ，初步选择油石比为5.0％、5.3％、5.6％，添加低冰点填料后分别成型马歇尔试件，双面击实75次，然后分别测试油石比为5.0％、5.3％、5.6％时的毛体积相对密度、马歇尔稳定度和空隙率，再分别作出毛体积相对密度、马歇尔稳定度和空隙率随油石比的变化曲线，取毛体积相对密度随油石比的变化曲线上的最大毛体积相对密度对应的油石比α1，取马歇尔稳定度随油石比的变化曲线上的最大马歇尔稳定度对应的油石比α2，取空隙率随油石比的变化曲线上的中间值空隙率对应的油石比α3，OCAα1为(α1+α2+α3)/3，经过测试和计算OCAα1为5.3％；测试空隙率、饱和度、马歇尔稳定度和流值，再分别作出空隙率、饱和度、马歇尔稳定度和流值随油石比的变化曲线，取空隙率随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到空隙率的油石比范围，取饱和度随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到饱和度的油石比范围，取马歇尔稳定度随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到马歇尔稳定度的油石比范围，取流值随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到流值的油石比范围，找到空隙率的油石比范围、饱和度的油石比范围、马歇尔稳定度的油石比范围和流值的油石比范围的共同范围值，共同范围的最小值为OCAαmin，共同范围的最大值为OCAαmax，计算OCAαmin和OCAαmax的平均值OCAα2，经过测试和计算OCAα2为5.45％，OCAα1和OCAα2的平均值为最佳油石比，AC-10-Ⅰ的最佳油石比为5.4％；
对于AC-10-II，初步选择油石比为5.2％、5.5％、5.8％，添加低冰点填料后分别成型马歇尔试件，双面击实75次，然后分别测试油石比为5.0％、5.3％、5.6％时的毛体积相对密度、马歇尔稳定度和空隙率，再分别作出毛体积相对密度、马歇尔稳定度和空隙率随油石比的变化曲线，取毛体积相对密度随油石比的变化曲线上的最大毛体积相对密度对应的油石比β1，取马歇尔稳定度随油石比的变化曲线上的最大马歇尔稳定度对应的油石比β2，取空隙率随油石比的变化曲线上的中间值空隙率对应的油石比β3，OCAβ1为(β1+β2+β3)/3，经过测试和计算OCAβ1为5.67％；测试空隙率、饱和度、马歇尔稳定度和流值，再分别作出空隙率、饱和度、马歇尔稳定度和流值随油石比的变化曲线，取空隙率随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到空隙率的油石比范围，取饱和度随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到饱和度的油石比范围，取马歇尔稳定度随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到马歇尔稳定度的油石比范围，取流值随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到流值的油石比范围，找到空隙率的油石比范围、饱和度的油石比范围、马歇尔稳定度的油石比范围和流值的油石比范围的共同范围值，共同范围的最小值为OCAβmin，共同范围的最大值为OCAβmax，计算OCAβmin和OCAβmax的平均值OCAβ2，经过测试和计算OCAβ2为5.35％，OCAβ1和OCAβ2的平均值为最佳油石比，AC-10-II的最佳油石比为5.5％；
对于SMA-10，初步选择油石比为5.5％、6.0％、6.5％，添加低冰点填料后分别成型马歇尔试件，双面击实75次，然后分别测试油石比为5.0％、5.3％、5.6％时的毛体积相对密度、马歇尔稳定度和空隙率，再分别作出毛体积相对密度、马歇尔稳定度和空隙率随油石比的变化曲线，取毛体积相对密度随油石比的变化曲线上的最大毛体积相对密度对应的油石比γ1，取马歇尔稳定度随油石比的变化曲线上的最大马歇尔稳定度对应的油石比γ2，取空隙率随油石比的变化曲线上的中间值空隙率对应的油石比γ3，OCAγ1为(γ1+γ2+γ3)/3，经过测试和计算OCAγ1为6.03％；测试空隙率、饱和度、马歇尔稳定度和流值，再分别作出空隙率、饱和度、马歇尔稳定度和流值随油石比的变化曲线，取空隙率随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到空隙率的油石比范围，取饱和度随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到饱和度的油石比范围，取马歇尔稳定度随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到马歇尔稳定度的油石比范围，取流值随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到流值的油石比范围，找到空隙率的油石比范围、饱和度的油石比范围、马歇尔稳定度的油石比范围和流值的油石比范围的共同范围值，共同范围的最小值为OCAγmin，共同范围的最大值为OCAγmax，计算OCAγmin和OCAγmax的平均值OCAγ2，经过测试和计算OCAγ2为5.95％，OCAγ1和OCAγ2的平均值为最佳油石比，SMA-10的最佳油石比为6.0％；
对于Novachip-B，初步选择油石比为4.5％、4.8％、5.1％，添加低冰点填料后分别成型马歇尔试件，双面击实75次，然后分别测试油石比为5.0％、5.3％、5.6％时的毛体积相对密度、马歇尔稳定度和空隙率，再分别作出毛体积相对密度、马歇尔稳定度和空隙率随油石比的变化曲线，取毛体积相对密度随油石比的变化曲线上的最大毛体积相对密度对应的油石比δ1，取马歇尔稳定度随油石比的变化曲线上的最大马歇尔稳定度对应的油石比δ2，取空隙率随油石比的变化曲线上的中间值空隙率对应的油石比δ3，OCAδ1为(δ1+δ2+δ3)/3，经过测试和计算OCAδ1为4.93％；测试空隙率、饱和度、马歇尔稳定度和流值，再分别作出空隙率、饱和度、马歇尔稳定度和流值随油石比的变化曲线，取空隙率随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到空隙率的油石比范围，取饱和度随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到饱和度的油石比范围，取马歇尔稳定度随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到马歇尔稳定度的油石比范围，取流值随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到流值的油石比范围，找到空隙率的油石比范围、饱和度的油石比范围、马歇尔稳定度的油石比范围和流值的油石比范围的共同范围值，共同范围的最小值为OCAδmin，共同范围的最大值为OCAδmax，计算OCAδmin和OCAδmax的平均值OCAδ2，经过测试和计算OCAδ2为4.85％，OCAδ1和OCAδ2的平均值为最佳油石比，Novachip-B的最佳油石比为4.9％；
对于OGFC-10级配，需要根据析漏实验、飞散实验来综合确定最大沥青用量和最小沥青用量；依据规范《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中规定的设计方法计算初始沥青用量；
A＝(2+0.02a+0.04b+0.08c+0.14d+0.3e+0.6f+1.6g)/48.74；
Pb＝h×A；
式中：A为集料总表面积(mm2)；Pb为初始沥青用量(％)；a、b、c、d、e、f和g依次为4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm和0.075mm筛孔通过百分率(％)；h为沥青膜厚度，取值为14μm；
通过公式计算Pb为3.5％，因此选择油石比为3.2％、3.5％、3.8％，添加低冰点填料后分别成型马歇尔试件，测试马歇尔试件的析漏损失和飞散损失；再以油石比为横坐标，分别作出析漏损失实验曲线和飞散损失实验曲线，找到析漏损失实验曲线纵坐标0.4％对应的横坐标对应的油石比ε1，ε1为3.55％；找到飞散损失实验曲线纵坐标13.5％对应的横坐标对应的油石比ε2，ε2为3.4％；OGFC-10的最佳石油比为ε1和ε2的平均值，OGFC-10的最佳油石比为3.5％；
四、提取平均孔径：
按照步骤三确定的SMA-10、AC-10-Ⅰ、AC-10-II、OGFC-10和Novachip-B五种超薄磨耗层级配的最佳油量比，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)，添加低冰点填料后分别成型马歇尔试件，采用工业CT设备扫描5种成型马歇尔试件的断层图像，通过Avizo软件进行阈值分割、连通孔隙运算、孔隙网格模型建立、球棍模型处理5种成型马歇尔试件的三维试件模型，并提取5种成型马歇尔试件的平均孔径；
五、单向渗流试验：
对完成工业CT扫描后的5种成型马歇尔试件进行单向渗流试验，获取不同深度和不同周期的低冰点填料有效成分释放浓度，根据低冰点填料有效成分释放浓度计算不同级配低冰点填料有效成分扩散系数，具体是按以下步骤完成的：
①、单向渗流试验的装置由储水装置、流量控制装置和蓄水装置三部分组成，流量控制装置与储水装置连通，设置在储水装置下方，通过滚轮控制水流量，使水分由上至下单向渗透；每种成型马歇尔试件取三个平行试件，三个平行试件的侧面包覆PVC，使三个平行试件只漏出上、下表面，再将三个平行试件放入到蓄水装置中，向蓄水装置中加入蒸馏水，储水装置内的水通过流量控制装置流入到马歇尔试件上表面；以7天为一个浸泡周期；
②、对于完成浸泡周期的马歇尔试件，去除表面的PVC，使用蒸馏水或去离子水对马歇尔试件的进行清洗，再进行干燥，去除马歇尔试件内部的水；
③、选择直径为10mm的钻头，采用干钻钻孔的方式对马歇尔试件进行钻孔，孔均布在马歇尔试件上，分别取距离马歇尔试件上表面1cm、2cm、3cm、4cm的粉末物质，过滤掉松散掉落的碎集料，得到不同深度的测试用粉末物质；
④、将测试用粉末物质加入到蒸馏水中，搅拌后静置2h，再每隔5min摇动一次，得到待测溶液；
⑤、通过双盐桥甘汞电极和氯电极测试上述待测溶液，根据电位计所测得的电势差求出待测溶液的浓度，完成浓度测试；
步骤五⑤中测试之前需要将氯电极放置在1×10-3Mol/L的NaCl溶液中浸泡活化2个小时，再用蒸馏水清洗干净；对电极进行标定，采用浓度分别为0.0005mol/l、0.005mol/l和0.05mol/l的标准溶液，测试时的数据会根据标定曲线进行内插；
步骤五⑤中每次标定或测试完成后，使用蒸馏水冲洗电极，然后用吸水纸吸干；
六、根据步骤五中得到的不同级配低冰点填料有效成分释放浓度采用菲克二定律计算低冰点填料低冰点填料有效成分扩散系数，计算方法如下：
式中：C(x,t)为距混凝土上表面x厘米时的低冰点填料有效成分释放浓度；CS为表面低冰点填料有效成分释放浓度；C0为混凝土中初始低冰点填料有效成分释放浓度；D为低冰点填料有效成分表观扩散系数；t暴露时间；
相应级配的扩散系数见表2；
表2相应级配的扩散系数
七、重新设计应用于路表的低冰点超薄磨耗层级配：
①、以平均孔径为横坐标，扩散系数为纵坐标，对5种成型马歇尔试件的扩散系数对平均孔径的变化进行描点，再进行拟合，见图2所示；图2为扩散系数与平均孔径的相关性分析图；通过图2可知，不同级配下沥青混合料平均孔径指标，平均孔径越大，扩散系数越大，低冰点填料有效成分流失越快，越不利于低冰点超薄磨耗层的时融冰雪使用寿命，因此以0.15d和0.29d作为关键筛孔控制沥青混合料平均孔径，d为公称最大粒径，为9.5mm；再将沥青混合料级配分为填充料、干涉料和骨架料；
②、按照步骤七①划分的级配，0.15d和0.29d的粒径为1.425mm和2.755mm，取接近的1.18mm和2.36mm两种粒径作为关键筛孔，以4.75～9.5mm作为骨架料，以1.18～2.36mm作为干涉料，以0.075～0.6mm作为填充料；
③、为了确定骨架料与干涉料的比值，成型马歇尔试件，测试距离表面0-1cm和1-2cm处24h和168h低冰点填料的浓度变化，见图3所示；图3为低冰点填料的浓度随骨架料与干涉料的比值变化的曲线；结合附图3，当骨架料与干涉料比值为2.5-4时，释放速率较为均匀，且同时能满足骨架料的级配范围保证在60％～70％，以保证设计出的级配有较好的骨架结构、力学性能，因此，选定骨架料与干涉料比值为(2.5～4.5):1，进一步选择骨架料与干涉料比值为3.25:1，C9.5:C4.75＝1:7，C2.36:C1.18＝0.75:1；
④、选定骨架料与干涉料和填充料总质量的比为5:1；
八、对步骤七确定的低冰点超薄磨耗层级配的沥青混合料按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)成型试件，分别进行高温稳定性实验、低温抗裂性实验、水稳定形实验、抗滑性实验以及有效成份释放性能试验，测试结果见表3所示；
表3
| 路用性能指标 | 实验值 | 规范值 |
| 动稳定度/次·mm-1 | 2995.2 | ≥2800 |
| 低温最大弯拉应变/με | 3532 | ≥3000 |
| 浸水马歇尔(％) | 91.4 | ≥85 |
| 冻融劈裂(％) | 77.3 | ≥75 |
| 摆式仪摆值 | 48 | ≥45 |
九、根据步骤八测试得到的性能可知，应用于路表的低冰点超薄磨耗层级配制备的试件满足《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)规范要求，且远远高于规范要求。
Claims (10)
1.一种应用于路表的低冰点超薄磨耗层级配范围确定方法，其特征在于一种应用于路表的低冰点超薄磨耗层级配范围确定方法是按以下步骤完成的：
一、选择研究对象：
根据不同孔隙结构选择SMA-10、AC-10-Ⅰ、AC-10-Ⅱ、OGFC-10和Novachip-B五种超薄磨耗层级配为研究对象；另外选择一种AC-10粗粒径级配占比高的级配作为对比；
二、确定低冰点填料添加的含量：
对于AC-10-Ⅰ、AC-10-Ⅱ、OGFC-10和Novachip-B四种超薄磨耗层级配，筛孔尺寸在0.075mm以下的部分全部由低冰点填料替换，对于SMA-10超薄磨耗层级配，筛孔尺寸在0.075mm以下的部分质量的50％由低冰点填料替换；
三、确定五种超薄磨耗层级配沥青混合料的最佳沥青用量：
对于AC-10-Ⅰ，初步选择油石比为5.0％、5.3％、5.6％，添加低冰点填料后分别成型马歇尔试件，双面击实75次，然后分别测试油石比为5.0％、5.3％、5.6％时的毛体积相对密度、马歇尔稳定度和空隙率，再分别作出毛体积相对密度、马歇尔稳定度和空隙率随油石比的变化曲线，取毛体积相对密度随油石比的变化曲线上的最大毛体积相对密度对应的油石比α1，取马歇尔稳定度随油石比的变化曲线上的最大马歇尔稳定度对应的油石比α2，取空隙率随油石比的变化曲线上的中间值空隙率对应的油石比α3，OCAα1为(α1+α2+α3)/3；测试空隙率、饱和度、马歇尔稳定度和流值，再分别作出空隙率、饱和度、马歇尔稳定度和流值随油石比的变化曲线，取空隙率随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到空隙率的油石比范围，取饱和度随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到饱和度的油石比范围，取马歇尔稳定度随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到马歇尔稳定度的油石比范围，取流值随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到流值的油石比范围，找到空隙率的油石比范围、饱和度的油石比范围、马歇尔稳定度的油石比范围和流值的油石比范围的共同范围值，共同范围的最小值为OCAαmin，共同范围的最大值为OCAαmax，计算OCAαmin和OCAαmax的平均值OCAα2，OCAα1和OCAα2的平均值为最佳油石比；
对于AC-10-Ⅱ，初步选择油石比为5.2％、5.5％、5.8％，添加低冰点填料后分别成型马歇尔试件，双面击实75次，然后分别测试油石比为5.0％、5.3％、5.6％时的毛体积相对密度、马歇尔稳定度和空隙率，再分别作出毛体积相对密度、马歇尔稳定度和空隙率随油石比的变化曲线，取毛体积相对密度随油石比的变化曲线上的最大毛体积相对密度对应的油石比β1，取马歇尔稳定度随油石比的变化曲线上的最大马歇尔稳定度对应的油石比β2，取空隙率随油石比的变化曲线上的中间值空隙率对应的油石比β3，OCAβ1为(β1+β2+β3)/3；测试空隙率、饱和度、马歇尔稳定度和流值，再分别作出空隙率、饱和度、马歇尔稳定度和流值随油石比的变化曲线，取空隙率随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到空隙率的油石比范围，取饱和度随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到饱和度的油石比范围，取马歇尔稳定度随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到马歇尔稳定度的油石比范围，取流值随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到流值的油石比范围，找到空隙率的油石比范围、饱和度的油石比范围、马歇尔稳定度的油石比范围和流值的油石比范围的共同范围值，共同范围的最小值为OCAβmin，共同范围的最大值为OCAβmax，计算OCAβmin和OCAβmax的平均值OCAβ2，OCAβ1和OCAβ2的平均值为最佳油石比；
对于SMA-10，初步选择油石比为5.5％、6.0％、6.5％，添加低冰点填料后分别成型马歇尔试件，双面击实75次，然后分别测试油石比为5.0％、5.3％、5.6％时的毛体积相对密度、马歇尔稳定度和空隙率，再分别作出毛体积相对密度、马歇尔稳定度和空隙率随油石比的变化曲线，取毛体积相对密度随油石比的变化曲线上的最大毛体积相对密度对应的油石比γ1，取马歇尔稳定度随油石比的变化曲线上的最大马歇尔稳定度对应的油石比γ2，取空隙率随油石比的变化曲线上的中间值空隙率对应的油石比γ3，OCAγ1为(γ1+γ2+γ3)/3；测试空隙率、饱和度、马歇尔稳定度和流值，再分别作出空隙率、饱和度、马歇尔稳定度和流值随油石比的变化曲线，取空隙率随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到空隙率的油石比范围，取饱和度随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到饱和度的油石比范围，取马歇尔稳定度随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到马歇尔稳定度的油石比范围，取流值随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到流值的油石比范围，找到空隙率的油石比范围、饱和度的油石比范围、马歇尔稳定度的油石比范围和流值的油石比范围的共同范围值，共同范围的最小值为OCAγmin，共同范围的最大值为OCAγmax，计算OCAγmin和OCAγmax的平均值OCAγ2，OCAγ1和OCAγ2的平均值为最佳油石比；
对于Novachip-B，初步选择油石比为4.5％、4.8％、5.1％，添加低冰点填料后分别成型马歇尔试件，双面击实75次，然后分别测试油石比为5.0％、5.3％、5.6％时的毛体积相对密度、马歇尔稳定度和空隙率，再分别作出毛体积相对密度、马歇尔稳定度和空隙率随油石比的变化曲线，取毛体积相对密度随油石比的变化曲线上的最大毛体积相对密度对应的油石比δ1，取马歇尔稳定度随油石比的变化曲线上的最大马歇尔稳定度对应的油石比δ2，取空隙率随油石比的变化曲线上的中间值空隙率对应的油石比δ3，OCAδ1为(δ1+δ2+δ3)/3；测试空隙率、饱和度、马歇尔稳定度和流值，再分别作出空隙率、饱和度、马歇尔稳定度和流值随油石比的变化曲线，取空隙率随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到空隙率的油石比范围，取饱和度随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到饱和度的油石比范围，取马歇尔稳定度随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到马歇尔稳定度的油石比范围，取流值随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到流值的油石比范围，找到空隙率的油石比范围、饱和度的油石比范围、马歇尔稳定度的油石比范围和流值的油石比范围的共同范围值，共同范围的最小值为OCAδmin，共同范围的最大值为OCAδmax，计算OCAδmin和OCAδmax的平均值OCAδ2，OCAδ1和OCAδ2的平均值为最佳油石比；
对于OGFC-10级配，需要根据析漏实验、飞散实验来综合确定最大沥青用量和最小沥青用量；依据规范《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004中规定的设计方法计算初始沥青用量；
A＝(2+0.02a+0.04b+0.08c+0.14d+0.3e+0.6f+1.6g)/48.74；
Pb＝h×A；
式中：A为集料总表面积，单位为mm2；Pb为初始沥青用量百分比；a、b、c、d、e、f和g依次为4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm和0.075mm筛孔通过百分率；h为沥青膜厚度，取值为14μm；
通过公式计算Pb为3.5％，因此选择油石比为3.2％、3.5％、3.8％，添加低冰点填料后分别成型马歇尔试件，测试马歇尔试件的析漏损失和飞散损失；再以油石比为横坐标，分别作出析漏损失实验曲线和飞散损失实验曲线，找到析漏损失实验曲线纵坐标0.4％对应的横坐标对应的油石比ε1，找到飞散损失实验曲线纵坐标13.5％对应的横坐标对应的油石比ε2；OGFC-10的最佳石油比为ε1和ε2的平均值；
四、提取平均孔径：
按照步骤三确定的SMA-10、AC-10-Ⅰ、AC-10-Ⅱ、OGFC-10和Novachip-B五种超薄磨耗层级配的最佳油量比，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011，添加低冰点填料后分别成型马歇尔试件，采用工业CT设备扫描5种成型马歇尔试件的断层图像，通过Avizo软件进行阈值分割、连通孔隙运算、孔隙网格模型建立、球棍模型处理5种成型马歇尔试件的三维试件模型，并提取5种成型马歇尔试件的平均孔径；
五、单向渗流试验：
对完成工业CT扫描后的5种成型马歇尔试件进行单向渗流试验，获取不同深度和不同周期的低冰点填料有效成分释放浓度，根据低冰点填料有效成分释放浓度计算不同级配低冰点填料有效成分扩散系数，具体是按以下步骤完成的：
①、单向渗流试验的装置由储水装置、流量控制装置和蓄水装置三部分组成，流量控制装置与储水装置连通，设置在储水装置下方，通过滚轮控制水流量，使水分由上至下单向渗透；每种成型马歇尔试件取三个平行试件，三个平行试件的侧面包覆PVC，使三个平行试件只漏出上、下表面，再将三个平行试件放入到蓄水装置中，向蓄水装置中加入蒸馏水，储水装置内的水通过流量控制装置流入到马歇尔试件上表面；以7天为一个浸泡周期；
②、对于完成浸泡周期的马歇尔试件，去除表面的PVC，使用蒸馏水或去离子水对马歇尔试件的进行清洗，再进行干燥，去除马歇尔试件内部的水；
③、选择直径为10mm的钻头，采用干钻钻孔的方式对马歇尔试件进行钻孔，孔均布在马歇尔试件上，分别取距离马歇尔试件上表面1cm、2cm、3cm、4cm的粉末物质，过滤掉松散掉落的碎集料，得到不同深度的测试用粉末物质；
④、将测试用粉末物质加入到蒸馏水中，搅拌后静置2h，再每隔5min摇动一次，得到待测溶液；
⑤、通过双盐桥甘汞电极和氯电极测试上述待测溶液，根据电位计所测得的电势差求出待测溶液的浓度，完成浓度测试；
六、根据步骤五中得到的不同级配低冰点填料有效成分释放浓度采用菲克二定律计算低冰点填料有效成分扩散系数，计算方法如下：
式中：C(x,t)为距混凝土上表面x厘米时的低冰点填料有效成分释放浓度；CS为表面低冰点填料有效成分释放浓度；C0为混凝土中初始低冰点填料有效成分释放浓度；D为低冰点填料有效成分表观扩散系数；t暴露时间；
七、重新设计应用于路表的低冰点超薄磨耗层级配：
①、通过步骤四和步骤六得知，不同级配下沥青混合料平均孔径指标，平均孔径越大，扩散系数越大，低冰点填料有效成分流失越快，越不利于低冰点超薄磨耗层的时融冰雪使用寿命，因此以0.15d和0.29d作为关键筛孔控制沥青混合料平均孔径，d为公称最大粒径，为9.5mm；再将沥青混合料级配分为填充料、干涉料和骨架料；
②、按照步骤七①划分的级配，0.15d和0.29d的粒径为1.425mm和2.755mm，取接近的1.18mm和2.36mm两种粒径作为关键筛孔，以4.75～9.5mm作为骨架料，以1.18～2.36mm作为干涉料，以0.075～0.6mm作为填充料；
③、选定骨架料与干涉料比值为(2.5～4.5):1，C9.5:C4.75＝1:7，C2.36:C1.18＝0.75:1；
④、选定骨架料与干涉料和填充料总质量的比为5:1；
八、对步骤七确定的低冰点超薄磨耗层级配的沥青混合料按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011成型试件，分别进行高温稳定性实验、低温抗裂性实验、水稳定形实验、抗滑性实验以及有效成分释放性能试验；
九、根据步骤八测试得到的性能可知，应用于路表的低冰点超薄磨耗层级配制备的试件满足《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011规范要求。
2.根据权利要求1所述的一种应用于路表的低冰点超薄磨耗层级配范围确定方法，其特征在于步骤一中所述的SMA-10、AC-10-Ⅰ和OGFC-10三种超薄磨耗层级配采用《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004中对应的级配范围中值；步骤一中所述的Novachip-B超薄磨耗层级配采用《NovaChip系统设计施工指南》中规定的TypeB级配类型的范围中值；步骤一中所述的AC-10-Ⅱ超薄磨耗层级配采用《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004中对应的粗粒径级配占比高的范围中值。
3.根据权利要求1所述的一种应用于路表的低冰点超薄磨耗层级配范围确定方法，其特征在于步骤二中所述的低冰点填料为抗冰融雪低冰点填料ZG-F-I。
4.根据权利要求1所述的一种应用于路表的低冰点超薄磨耗层级配范围确定方法，其特征在于步骤三中所述的OCAα1为5.3％，OCAα2为5.45％，AC-10-Ⅰ的最佳油石比为5.4％。
5.根据权利要求1所述的一种应用于路表的低冰点超薄磨耗层级配范围确定方法，其特征在于步骤三中所述的OCAβ1为5.67％，OCAβ2为5.35％，AC-10-Ⅱ的最佳油石比为5.5％。
6.根据权利要求1所述的一种应用于路表的低冰点超薄磨耗层级配范围确定方法，其特征在于步骤三中所述的OCAγ1为6.03％，OCAγ2为5.95％，SMA-10的最佳油石比为6.0％。
7.根据权利要求1所述的一种应用于路表的低冰点超薄磨耗层级配范围确定方法，其特征在于步骤三中所述的OCAδ1为4.93％，OCAδ2为4.85％，Novachip-B的最佳油石比为4.9％。
8.根据权利要求1所述的一种应用于路表的低冰点超薄磨耗层级配范围确定方法，其特征在于步骤三中所述的ε1为3.55％，ε2为3.4％，OGFC-10的最佳油石比为3.5％。
9.根据权利要求1所述的一种应用于路表的低冰点超薄磨耗层级配范围确定方法，其特征在于步骤五⑤中测试之前需要将氯电极放置在1×10-3Mol/L的NaCl溶液中浸泡活化2个小时，再用蒸馏水清洗干净；对电极进行标定，采用浓度分别为0.0005mol/l、0.005mol/l和0.05mol/l的标准溶液，测试时的数据会根据标定曲线进行内插。
10.根据权利要求1所述的一种应用于路表的低冰点超薄磨耗层级配范围确定方法，其特征在于步骤五⑤中每次标定或测试完成后，使用蒸馏水冲洗电极，然后用吸水纸吸干。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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