CN115108761B - 一种砂粒式沥青混合料生产制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种砂粒式沥青混合料生产制备方法，由集料形成基本空间结构，沥青包括裹附集料沥青以及填充空隙沥青两部分，裹附沥青根据集料表面积及沥青膜厚度计算确定，填充沥青与矿粉用量，根据沥青与矿粉成膜特性及体积填充原理确定，并且在体积填充过程中，考虑到裹附沥青对集料空隙构成影响。沥青与矿粉填料按照最佳油石比填在集料空隙之中，保证混合料密实，沥青裹附集料，形成较多结构沥青，提高混合料耐久性和强度，裹附沥青和填充沥青计算沥青总用量，以此避免因沥青含量高而产生离析，生产制备过程中先加入结构沥青拌合，使集料形成结构沥青膜，在加入填充沥青和矿粉填料，填充空隙，提高砂粒式沥青混合料路用性能。

Description

一种砂粒式沥青混合料生产制备方法

技术领域

本发明涉及道路工程技术领域，尤其涉及一种砂粒式沥青混合料生产制备方法。

背景技术

随着交通量逐渐增加，沥青路面使用寿命不断受到荷载的冲击，路面的耐久性要求也越来越高。当前，沥青路面结构自上而下采用细粒式沥青混合料、中粒式沥青混合料以及粗粒式沥青混合料组合的方式，这种结构具有较好强度，能够抵抗竖向应力。然而这种沥青混合料为保证强度，需要粗、细颗粒相互嵌挤，导致混合料内部不均匀，同时，拌合过程中油石比一般在5.5％以下，颗粒之间界面能大小不一，容易出现薄弱界面，同时，油石比低，颗粒之间形成的粘结也不牢固，变形能力差，导致沥青混合料疲劳寿命较低，在拉应力、剪应力作用下，容易出现开裂破坏，并不是一种使用寿命较长的材料。

砂粒式沥青混合料是公称最大粒径小于5mm，而油石比较高的沥青混合料，其沥青含量基本高达7％以上，砂粒式沥青混合料颗粒较细，颗粒比表面积大，裹附沥青能够形成更多的结构沥青膜，颗粒之间的界面连接相对均匀，结构沥青膜形成较大的粘结力和界面能，能够抵抗较大的剪应力和拉应力，其疲劳寿命是细粒式沥青混合料的100倍以上，能够提升路面使用耐久性。常规的沥青混合料设计时，油石比、级配确定完全依赖马歇尔试验，并未考虑集料合成后混合料能否填充密实，为保证变形能力好与较高的疲劳寿命，而过多的加入沥青，裹附与填充后自由沥青量较多，很容易出现离析，混合料拌制时油石比一次加入，结构沥青膜很难完成形成，对混合料的耐久性有影响。因此，有必要在级配设计、油石比确定过程中有效控制体积填充过程，并保证集料能够形成结构沥青膜，以此提高所制备砂粒式沥青混合料的耐久性。

发明内容

本发明针对砂粒式沥青混合料生产制备过程中存在的缺陷，旨在提供耐久型的砂粒式沥青混合料生产制备方法，该方法根据填充理论将沥青与矿粉填料按照最佳油石比填在集料空隙之中，保证混合料密实，沥青以最佳沥青膜厚度裹附集料，形成较多结构沥青，提高混合料耐久性和强度，裹附沥青和填充沥青计算沥青总用量，以此避免因沥青含量高而产生离析，生产制备过程中先加入结构沥青拌合，使集料形成结构沥青膜，在加入填充沥青和矿粉填料，填充空隙，提高砂粒式沥青混合料路用性能。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种砂粒式沥青混合料生产制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

砂粒式沥青混合料包括：沥青、矿粉、集料，对各档集料、矿粉进行筛分，确定各档集料及矿粉的级配组成。

按照规定的级配范围进行砂粒式沥青混合料集料级配设计，采用马歇尔单面击实100次的方法，得到合成级配集料的击实密度，并根据各档集料比例计算集料的合成密度，据此，计算集料击实后空隙率。

按照沥青混合料空间填充理论，集料填充形成基本空间结构，一部分沥青裹附集料形成沥青膜，依据集料的比表面积计算裹附集料的沥青用量。

沥青裹附集料后会撑开集料的空间结构，依据体积变化，计算剩余空隙，另一部分沥青按照最佳沥青膜厚度裹附在矿粉表面形成胶浆，沥青与矿粉形成胶结料填充在剩余空隙，依据填充前后空隙变化以及沥青最佳裹附矿粉状态，计算填充空隙用矿粉与沥青用量。

基于上述合成级配确定集料用量、填充空隙矿粉用量，沥青用量包括裹附集料沥青用力以及填充空隙沥青用量两部分。

拌合站拌制砂粒式沥青混合料，拌制工艺为：集料在加热滚筒中加热，将裹附集料沥青加入在拌合缸干拌15～20s；再将剩余沥青、矿粉加入拌合缸中均匀拌合30-45s；

所述的集料击实后空隙按照如下公式进行计算：

式中：VCA——合成级配集料填充后空隙，％；ρ_s——合成级配集料击实密度， g/cm³；ρ_j——合成级配集料表观密度，g/cm³；

所述的1m³沥青混合料裹附集料的沥青用量按照如下公式计算：

P₁＝μ×SA_j×ρ_a×10^-3

SA_j＝1000×(1-VCA)×ρ_j×SA

SA＝0.41+0.0041a+0.0082b+0.0164c+0.0287d+0.0614e+0.1229f +0.3277g

式中：P₁——1m³沥青混合料裹附集料的沥青用量，kg；SA_j——1m³沥青混合料中集料总表面积，m²；ρ_a——沥青的密度，g/cm³；SA——集料比表面积，m²/kg；a、b、c、d、e、f、g分别为4.75mm及其以下各筛孔通过率。

沥青裹附集料后会撑开集料的空间结构，依据撑开后体积变化，所述的剩余空隙按照如下公式计算：

式中：VCA₂——剩余空隙,％；

沥青按照最佳沥青膜厚度裹附在矿粉表面形成胶浆，沥青与矿粉形成胶结料填充在剩余空隙，依据填充前后空隙变化以及沥青最佳裹附矿粉状态，所述的1m³填充空隙用矿粉与沥青用量按照如下公式计算：

P₂＝SA_k×P_k×u×ρ_a×10^-3

式中：P₂——填充空隙沥青用量，kg；P_k——填充空隙矿粉用量，kg；ρ_k——矿粉表观密度，g/cm³；SA_k——矿粉比表面积，m²/kg；

所述集料公称最大粒径为4.75mm，砂粒式沥青混合料的空隙率1.5～2.5％，所述的沥青膜厚度为9～13um。

本发明的有益效果是：

本发明提供一种砂粒式沥青混合料生产制备方法，通过体积填充理论，以集料堆积形成空隙以及最终空隙率作为控制指标，沥青与矿粉在最佳油石比形成混合料填充在这一部分空隙之中，保证混合料密实性，避免混合料空隙变化完全依赖油石比，造成油石比过大产生离析或较少而出现花白料，保障混合料均匀性。

本发明提供的一种砂粒式沥青混合料生产制备方法，通过沥青裹附理论，依据集料表面积及结构沥青膜厚度，计算裹附集料的结构沥青用量，确保集料表面形成足量结构沥青膜，提高集料间粘结力，混合料具有较好耐久性和强度，并且考虑沥青裹附后撑开集料空隙变化值，更准确计算填充空隙中矿粉和沥青用量，避免填充料不足，影响最终空隙结构。

本发明提供的一种砂粒式沥青混合料生产制备方法，在混合料拌合过程中，按照配合比设计结果，集料加热后先加入足量的裹附沥青拌合，确保集料表面形成更多的结构沥青膜，再加入矿粉和填充沥青拌合，从而提升沥青混合料拌制质量，确保混合料具有较好的路用性能和耐久性。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，但下述实施例仅仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。

一种砂粒式沥青混合料生产制备方法，包括对矿粉、0～3mm细集料、3～ 5mm粗集料进行筛分，其结果如下所示：

表1原材料筛分结果

表2原材料密度

材料	3～5档集料	0～3档集料	矿粉	沥青
					密度(g/cm<sup>3</sup>)	2.702	2.654	2.671	1.02

按照级配上限与下限规定，对3～5、0～3两档集料进行级配合成，如下表所示：SA＝0.41+0.0041a+0.0082b+0.0164c+0.0287d+0.0614e+ 0.1229f+0.3277g

表2级配合成结果

对于集料合成的级配，采用马歇尔试验方法，单面击实100次，得到合成级配集料击实密度ρ_s＝2.335g/cm³，集料合成密度

计算集料空隙率

按照集料级配合成结果，计算集料比表面积SA＝4.28m²/kg；

1m³沥青混合料集料总表面积SA_j＝1000×(1-VCA)×ρ_j× SA＝9999.6m²。

沥青膜厚度取11um，1m³沥青混合料裹附集料的沥青用量P₁＝μ×SA_j×ρ_a×10^-3＝112.2kg。

沥青裹附集料后会撑开集料的空间结构，依据撑开后体积变化，剩余空隙按照如下公式计算：

砂粒式沥青混合料空隙率VV取2％，矿粉的比表面积SA_k＝49.12m²/kg,1m³填充空隙用矿粉与沥青用量按照如下公式计算：

P₂＝49.12×P_k×11×1.02×10^-3

经计算，1m³用于填充空隙的沥青用量为69.4kg，矿粉用量为126.2kg，总的沥青用量为181.6kg。

经计算得到1m³砂粒式沥青混合料各原材料用量如下所示：

表3 1m³砂粒式沥青混合料各原材料用量

原材料类型	0～3mm集料	3～5mm集料	矿粉	沥青
					用量，kg	350.5	1985.9	126.2	181.6

将集料加入烘箱加热至190-210℃；

沥青加热温度为160-165℃，先加入112.2kg沥青拌合18s；

再将矿粉和剩余的69.4kg沥青加入拌合缸均匀拌合，保证拌合温度为 175-180℃，拌合时间为40s；

将上诉步骤中所得的混合料在175-180℃下出锅，在170-175℃成型。

马歇尔试验结果如表4所示。

表4砂粒式沥青混合料马歇尔试验结果

并进行路用性能验证，砂粒式沥青混合料混合料，的各项性能结果如表5所示。

表5砂粒式沥青混合料路用性能

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种砂粒式沥青混合料生产制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）砂粒式沥青混合料包括：沥青、矿粉、集料，对各档集料、矿粉进行筛分，确定各档集料及矿粉的级配组成；

（2）按照规定的级配范围进行砂粒式沥青混合料集料级配设计，采用马歇尔单面击实100次的方法，得到合成级配集料的击实密度，并根据各档集料比例计算集料的合成密度，据此，计算集料击实后空隙率；

（3）按照沥青混合料空间填充理论，集料填充形成基本空间结构，一部分沥青裹附集料形成沥青膜，依据集料的比表面积计算裹附集料的沥青用量；

（4）沥青裹附集料后会撑开集料的空间结构，依据体积变化，计算剩余空隙，另一部分沥青按照最佳沥青膜厚度裹附在矿粉表面形成胶浆，沥青与矿粉形成胶结料填充在剩余空隙，依据填充前后空隙变化以及沥青最佳裹附矿粉状态，计算填充空隙用矿粉与沥青用量；

（5）基于上述合成级配确定集料用量、填充空隙矿粉用量，沥青用量包括裹附集料沥青用力以及填充空隙沥青用量两部分；

（6）拌合站拌制砂粒式沥青混合料，拌制工艺为：集料在加热滚筒中加热，将裹附集料沥青加入在拌合缸干拌15～20s；再将剩余沥青、矿粉加入拌合缸中均匀拌合30-45s;

所述的集料击实后空隙按照如下公式进行计算：

式中：

——合成级配集料填充后空隙，%；

——合成级配集料击实密度，g/cm³；

——合成级配集料表观密度，g/cm³；

1m³沥青混合料裹附集料的沥青用量按照如下公式计算：

式中：

——1m³沥青混合料裹附集料的沥青用量，kg；

——1m³沥青混合料中集料总表面积，m²；

——沥青的密度，g/cm³；

——集料比表面积，m²/kg；a、b、c、d、e、f、g分别为4.75mm及其以下各筛孔通过率；

沥青裹附集料后会撑开集料的空间结构，依据撑开后体积变化，剩余空隙按照如下公式计算：

式中：

——剩余空隙,%；

沥青按照最佳沥青膜厚度裹附在矿粉表面形成胶浆，沥青与矿粉形成胶结料填充在剩余空隙，依据填充前后空隙变化以及沥青最佳裹附矿粉状态，

填充空隙用矿粉与沥青用量按照如下公式计算：

式中：

——填充空隙沥青用量，kg；

——填充空隙矿粉用量，kg；

——矿粉表观密度，g/cm³；

——矿粉比表面积，m²/kg。

2.如权利要求1所示的一种砂粒式沥青混合料生产制备方法，其特征在于：所述集料公称最大粒径为4.75mm，砂粒式沥青混合料的空隙率1.5～2.5%，所述的沥青膜厚度为9～13um。