CN115859672A - 基于结构与材料一体化的沥青稳定铁尾矿抗车辙配合比设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工业固体废物再利用技术领域，具体公开了一种基于结构与材料一体化的沥青稳定铁尾矿抗车辙配合比设计方法。其步骤包括：拟定路面结构组合，确定路面结构中各结构层的材料类型与厚度；计算沥青面层各层对应的最大剪应力；计算沥青稳定铁尾矿层的容许车辙深度[R_r]，确定沥青稳定铁尾矿层的动稳定度容许值[DS]；设计沥青稳定再生集料层的级配组成，确定沥青最佳用量，然后测试沥青稳定铁尾矿的动稳定度DS；当DS>[DS]，设计通过；当DS<[DS]，重新设计并进行性能验证，使得DS>[DS]，完成设计。本发明在设计时充分考虑了路面结构对材料的性能要求，大大提高了沥青路面的使用寿命，延迟维修年限；且有效处置利用了铁尾矿等工业固体废弃物，实现了经济效益与环境效益的协调统一。

Description

基于结构与材料一体化的沥青稳定铁尾矿抗车辙配合比设计 方法

技术领域

本发明涉及工业固体废弃物铁尾矿的再利用技术领域，具体公开了一种基于结构与材料一体化的沥青稳定铁尾矿抗车辙配合比设计方法。

背景技术

铁尾矿是冶炼钢铁过程中产生的废弃物，主要成分是二氧化硅和金属氧化物，作为固体废弃物的重要组成部分，因其堆放量大、利用率低而成为工业难题。近年来，业内积极推进固体废弃物的污染整治，通过多种方式推动铁尾矿的资源化利用：一方面，通过提取铁尾矿中的有价元素，利用铁尾矿作为微晶玻璃、建筑陶瓷等的原料，提高资源的综合利用价值，减少了铁尾矿的储存量；另一方面，将其作为矿物采空区的回填材料，不仅消耗了铁尾矿的库存，而且降低了填料的成本，取得了一定的经济效益。但是由于历史积存量大，利用效率低、消耗库存量少，目前仍有大量的铁尾矿未被利用，大规模的铁尾矿堆积会占用大量土地，造成严重的环境污染与资源浪费。

随着我国公路交通事业的迅速发展，交通建设特别是道路建设对砂石材料的需求量与日俱增。由于砂石的大量消耗，且近几年环保政策收紧，很多地方砂石材料面临严重短缺、价格畸高的问题，无材可用、长距离运购成为常态，且砂石材料的开采破坏了生态环境，道路交通绿色高质量发展与砂石材料短缺矛盾日益突出，因此寻求砂石的合适替代材料显得尤为重要。虽然铁尾矿具有多种再利用途径，然而受技术水平、经济性、市场规模与政策等诸多因素的制约，大多数铁尾矿并未被充分再利用，仍有大量存余被露天堆放。倘若将铁尾矿利用于交通工程主体中(道路基层、面层)，不仅能大规模地消纳再利用原尾矿，而且能充分利用经处理过的低品质二次尾矿，实现铁尾矿的高品质多层级的高效再生利用，充分发挥了铁尾矿的应用价值，具有节约资源、保护环境的重要意义。

而现阶段我国尚没有沥青稳定铁尾矿的设计方法，在常规的使用方法中往往是按照现行《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的方法进行。与天然沥青稳定碎石相比，铁尾矿的二氧化硅含量高且属于酸性材料，且自身的含泥量偏高，随着铁尾矿掺量的不断增加，这些因素都会影响铁尾矿集料与沥青的粘附性，进一步导致铁尾矿沥青混合料的整体稳定性变差；其次，铁尾矿的针片状含量偏高且力学性能较差，集料颗粒之间的嵌挤作用较差，容易出现集料破碎的现象，导致部分集料的抗剪切能力不足，难以抵抗车辆荷载进而部分集料被压碎形成车辙；最后，沥青混合料的用油量随着铁尾矿掺量的增加而增加，当温度不断升高时，容易泛油，产生车辙变形，使动稳定度逐渐减小。以上因素导致沥青稳定铁尾矿与传统的沥青稳定碎石在粘附性、力学特性、路用性能等方面存在较大差异。

因此，针对铁尾矿本身的技术性质，根据各结构层的性能要求有针对性、有侧重地选择原材料并进行混合料的优化设计，并根据交通量、使用环境等进行有针对性的路用性能检验。提出一种基于结构与材料一体化的沥青稳定铁尾矿抗车辙配合比设计方法，旨在以科学的理论与方法设计出一种性能优越的材料用于路面结构，在保证路面使用性能的同时也符合环保的理念，对于铁尾矿这种固体废弃物进行有效利用。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种基于结构与材料一体化的沥青稳定铁尾矿抗车辙配合比设计方法。该方法步骤简单，针对工业固体废弃物铁尾矿的技术性质展开合理设计，投入成本低且使用操作简便、使用效果好，能有效解决现有的沥青稳定铁尾矿设计方法不能实现路面结构与材料一体化控制车辙的缺陷。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

一种基于结构与材料一体化的沥青稳定铁尾矿抗车辙配合比设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，按照《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2017)的设计方法，确定路面结构的各结构层材料与厚度，所述路面结构的结构层包含N个沥青面层，N为自然数；所述N个沥青面层中至少包含上面层和沥青稳定铁尾矿层；N个沥青面层分别用序号i表示，i＝1，2，...，N，上面层的序号为1，其下各沥青面层的序号依次为2、3…N，设定沥青稳定铁尾矿层的序号为r，r＞1。

步骤二，根据N个沥青面层的材料与厚度，计算N个沥青面层对应的最大剪应力τ_i，i＝1，2，...，N。

N个沥青面层对应的最大剪应力τ_i的计算，包括以下子步骤：

步骤201、确定N个沥青面层对应的厚度、模量和泊松比；

步骤202、施加标准轴载，双圆垂直均布荷载、轮压为0.7MPa、直径为0.213m、双圆圆心距离为1.5倍直径；

计算双圆轮隙中心下不同深度处的最大剪应力h_k；所述不同深度处是指，从路表0cm开始向下以固定间隔确定深度计算点，直至沥青面层底部，设定不同深度测试点的序号为k，k为正整数；

步骤203、分别在每个沥青面层的厚度内取最大剪应力h_k的最大值作为对应沥青面层的最大剪应力τ_i，i＝1，2，...，N。

步骤三，根据N个沥青面层对应的最大剪应力τ_i，i＝1，2，...，N；计算沥青稳定铁尾矿层的容许车辙深度[R_r]，r为沥青稳定铁尾矿层的序号；再计算沥青稳定铁尾矿层的动稳定度容许值[DS]。

容许车辙深度[R_r]的计算，包括以下子步骤：

步骤301、采用公式

计算得出各沥青面层的剪应力分配比例P_i，i＝1，2，...，N，N为沥青面层的个数；其中，τ_i为N个沥青面层对应的最大剪应力，且记沥青稳定铁尾矿层的剪应力分配比例为P_r；

步骤302、采用公式[R_r]＝[R₀]×P_r，计算沥青稳定铁尾矿层的容许车辙深度[R_r]，其中，[R₀]为路表容许车辙深度。

步骤四，沥青稳定铁尾矿层的动稳定度容许值[DS]的计算，包括以下子步骤：

步骤401、计算沥青稳定铁尾矿层的月平均温度

收集工程所在地的气温，从初始年第一个月算起，计算第j个月工程所在地的月平均气温，其中，j为正整数且j≥2；再采用路面温度场预估模型计算第j个月沥青稳定铁尾矿层中间深度处的温度，将其作为第j个月沥青稳定铁尾矿层的月平均温度。

所述路面温度场预估模型为：

式中，M_MAT,j为第j个月工程所在地的月平均温度，℃；M_MPT,j为第j个月沥青稳定铁尾矿层的月平均温度，℃；z为路表至沥青稳定铁尾矿层中间深度处的深度且其单位为in，其中1in＝2.54cm，j≧2。

步骤402、计算月累计标准轴载作用次数

计算初始年的累计标准轴载作用次数N₁和交通增长率γ，然后采用公式N_i＝N₁×(1+γ)，计算第i年的累计标准轴载作用次数N_i；再采用公式

计算第i年j月的月平均累计标准轴载作用次数N_ij，1≤j≤12。

步骤403、计算沥青稳定铁尾矿层的动稳定度容许值[DS]，其包括以下子步骤：

步骤1、将沥青稳定铁尾矿层的动稳定度容许值的初始值设定为[DS_k]。

步骤2、建立车辙预估模型，并进行车辙检验，从初始年第一个月算起，计算第j个月末沥青稳定再生集料层的车辙深度RD_j，其中，j为正整数且j≥2。

所述的车辙预估模型为：

式中，RD_j为第j个月末沥青稳定铁尾矿层的车辙深度；[DS_k]为设定的沥青稳定铁尾矿层的动稳定度容许值的初始值；N_j为第j个月的月平均累计标准轴载作用次数；M_MPT,j为第j个月沥青稳定铁尾矿层的月平均温度，℃；τ_r为沥青稳定铁尾矿层的最大剪应力，MPa；v为行车速度，km/h；m为材料蠕变参数，与混合料性质有关，m＝-1.0-0。

所述第j个月末沥青稳定铁尾矿层的车辙深度RD_j的具体计算包括以下子步骤：

①采用车辙预估模型，计算沥青稳定铁尾矿层在第一个月末的车辙深度RD₁，

②计算沥青稳定铁尾矿层第j-1个月末的累积车辙深度RD_j-1，

③计算RD_j-1在温度T_j下的历史累计等效轴载作用次数N_pjs，

④计算沥青稳定铁尾矿层第j个月末的历史累计轴载作用次数N_pj，

N_pj＝N_pjs+N_j

⑤计算沥青稳定铁尾矿层第j个月末的累积车辙深度RD_j，

步骤3、将车辙深度RD_j与容许车辙深度[R_r]相比较，当RD_j位于0.98[R_r]～1.02[R_r]范围时，接受动稳定度容许值的初始值[DS_k]为动稳定度的容许值[DS]；否则，调整动稳定度容许值的初始值[DS_k]，使得RD_j位于0.98[R_r]～1.02[R_r]范围。

调整动稳定度容许值的初始值[DS_k]的具体子步骤为：

当RD_j≥1.02[R_r]时，采用公式[DS_kr]＝[DS_k]+ΔDS调整[DS_k]，并重新计算RD_j，使得RD_j位于0.98[R_r]～1.02[R_r]范围；ΔDS为动稳定度调整幅值，[DS_kr]动稳定度容许值的调整值；

当RD_j≤0.98[R_r]时，采用公式[DS_kr]＝[DS_k]-ΔDS调整[DS_k]，并重新计算RD_j，使得RD_j位于0.98[R_r]～1.02[R_r]范围；ΔDS为动稳定度调整幅值，[DS_kr]为动稳定度容许值的调整值。

步骤五，进行沥青稳定再生集料层的级配组成设计，确定其最佳沥青用量，并进行车辙试验测试其动稳定度DS，使得DS≥[DS]。

包括以下子步骤：

步骤501、选择沥青、铁尾矿、天然集料与矿粉等原材料，按照《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中关于沥青稳定碎石AC-25的级配范围要求，完成沥青稳定铁尾矿的级配组成设计。

步骤502、进行马歇尔试验，按照《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的方法确定沥青稳定铁尾矿的最佳沥青用量。

步骤503、进行沥青稳定铁尾矿的车辙试验、低温弯曲试验、水稳定性试验，要求低温弯曲应变、残留稳定度和冻融劈裂强度比满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的要求，同时记录车辙试验所测试的动稳定度DS。

当动稳定度DS≥动稳定度容许值[DS]时，设计通过；当动稳定度DS＜动稳定度容许值[DS]时，说明所设计的沥青稳定铁尾矿不满足特定交通与环境条件下的路面结构性能要求，此时需要通过采用改性沥青、优化级配组成设计或改变沥青用量等方法，重新设计并进行性能验证，最终使得DS≥[DS]。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

(1)本发明的设计方法为以沥青稳定铁尾矿为结构层的设计提供了标准，解决当前普遍以沥青稳定碎石替代设计方法的弊端，为充分利用铁尾矿进行路面建设提供了基础解决方案，有助于解决工业固体废弃物的处理问题。

(2)本发明的设计方法实现了结构与材料一体化控制车辙。本发明在设计时充分考虑了路面结构对材料的性能要求，使得结构与材料相互配合，大大提高了沥青路面的使用寿命，延迟维修年限，大大节约养护资金。

(3)本发明实用价值高，应用前景广，能简便地投入实体工程设计，大幅提高设计合理性。

综上，本发明的沥青稳定铁尾矿层的设计方法是基于结构与材料一体化控制车辙，设计合理，投入成本低，使用操作简便，使用效果好，不仅能为沥青稳定铁尾矿的设计强度提供标准，而且还能实现沥青稳定铁尾矿层抗车辙的结构与材料一体化控制，延长路面的使用寿命，降低路面养护成本。

附图说明

图1为本发明的方法流程框图。

图2为本发明实施例沥青稳定铁尾矿层在设计年限内的预估车辙深度示意图。

具体实施例

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明并不限于这些实施例。

实施例1：一种沥青稳定铁尾矿层的设计方法。

图1为本发明的方法流程框图。

步骤一、确定路面结构组合和厚度

(1)交通分析

根据《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2017)，高速公路沥青路面设计年限为15年，四车道的车道系数在0.4-0.5之间，取0.45，交通量增长率为5.0％。根据交通量OD调查分析，断面大型客车和货车年平均日交通量为3270辆/日，交通量年增长率为5.0％，方向系数取50.0％，车道系数取45.0％。根据交通历史数据，按规范确定该设计公路为TTC5类，根据规范得到车辆类型分布系数如表1所示。

表1车辆类型分布系数

车辆类型	2类	3类	4类	5类	6类	7类	8类	9类	10类	11类
											车型分布系数(％)	9.9	42.3	14.8	0.0	22.7	2.0	2.3	3.2	2.5	0.2

根据路网相邻公路的车辆满载情况及历史数据的调查分析，得到各类车型非满载与满载比例，如表2所示。

表2非满载车与满载车所占比例(％)

车辆类型	2类	3类	4类	5类	6类	7类	8类	9类	10类	11类
											非满载车比例	85.0	90.0	65.0	75.0	55.0	70.0	45.0	50.0	55.0	65.0
满载车比例	15.0	10.0	35.0	25.0	45.0	30.0	55.0	50.0	45.0	35.0

根据规范，该设计路面对应的设计指标为沥青混合料层永久变形与无机结合料层疲劳开裂。根据规范，可得到在不同设计指标下，各车型对应的非满载车和满载车当量设计轴载换算系数，如表3所示。

表3非满载车与满载车当量设计轴载换算系数

根据《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2017)，确定初始年设计车道日平均当量轴次：

式中：

AADT-年平均日交通量；

DDF-方向系数，此处为0.5；

LDF-车道系数，此处为0.45；

-根据计算，此处为2.07。

以沥青层永久变形作为设计指标计算路面厚度和验算沥青面层层底拉应力的当量设计轴载累计作用次数为：

(2)拟定路面结构

按照当地的典型路面结构，拟定的路面结构如表4所示。为了利用铁尾矿这一当地工业固体废弃物，采用沥青稳定铁尾矿(以下简称为IT-AC)。

表4初拟路面结构

层位

上面层

中面层

下面层

基层

底基层

土基

材料

AC-13

AC-20

IT-AC-25

水泥稳定碎石

级配砾石

土基

厚度/cm

4

6

8

设计层

15

/

(3)设计参数确定

路基标准状态下回弹模量取140MPa，回弹模量湿度调整系数Ks取0.86，干湿与冻融循环作用折减系数K_η取0.75，则经过湿度调整和干湿与冻融循环作用折减的路基顶面回弹模量为90MPa。其余参数均以规范标准来确定。

表5路面结构设计参数

材料	厚度/cm	模量/MPa	泊松比
				AC-13上面层	4	12000	0.25
AC-20中面层	6	13500	0.25
				IT-AC-25	8	13500	0.25
水泥稳定碎石基层	设计层	14000	0.25
				级配砾石底基层	15	90	0.35
土基	/	40	0.4

(4)路面结构厚度确定

采用路面软件计算确定AC-13上面层厚4cm，AC-20中面层厚6cm，AC-25下面层厚8cm，水泥稳定碎石基层厚40cm，级配砾石底基层厚15cm。

步骤二、计算路面结构各沥青面层的最大剪应力

施加标准轴载BZZ-100，轮胎接地压力为0.7MPa、直径为0.213m且双圆圆心距离为1.5倍直径。

采用Bisar软件计算上面层、中面层和下面层的最大剪应力，间隔为1cm，计算位置为双圆轮隙中心和圆心下方，结果如表6所示。进一步分析可知，上面层、中面层和下面层的最大剪应力分别为t ₁＝0.202MPa、t ₂＝0.226MPa、t ₃＝0.166MPa。

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表6沥青面层剪应力计算结果

步骤三、确定沥青稳定再生集料层的容许车辙深度[R_r]和动稳定度容许值[DS]

采用公式

计算各沥青面层的剪应力分配比例，上面层、中面层和下面层的剪应力分配比例分为P₁＝34％、P₂＝38％、P₃＝28％。

高速公路的路表容许车辙深度[R₀]取为15mm；采用公式[R_r]＝[R₀]×P_r计算沥青稳定再生集料层的容许车辙深度为[R_r]＝4.2mm。

收集工程所在地的气温资料，并计算月平均气温，见表7；根据公式

分别计算IT-AC层中间深度处的月平均温度，结果详见表8。

通车第一年的日平均标准轴载当量轴次为N₀＝1523次，投入使用后第一年内的累计标准轴载次数N₁＝55.5万次，设计使用年限(或设计使用寿命)内的累计标准轴载次数为1200万次，设计使用年限内各年的月平均累计标准轴载次数详见表9。高速公路设计速度为100km/h。

表7工程所在地月平均气温

月份	1	2	3	4	5	6
							平均气温/℃	13.6	16.8	21.0	24.4	25.8	26.4
月份	7	8	9	10	11	12
							平均气温/℃	25.2	24.7	22.4	20.2	16.1	12.8

表8 IT-AC层的月平均温度

月份	1	2	3	4	5	6
							IT-AC温度/℃	18.2	21.8	26.4	30.2	31.7	32.4
月份	7	8	9	10	11	12
							IT-AC温度/℃	31.1	30.5	28.0	25.5	21.0	17.4

表9各年月平均累计标准轴载次数

年份	1	2	3	4	5	6	7	8
									年累计标准轴载次数(万次)	55.5	58.3	61.2	64.2	67.5	70.8	74.4	78.1
月平均累计标准轴载次数(万次)	4.63	4.86	5.10	5.35	5.63	5.90	6.20	6.51
									年份	9	10	11	12	13	14	15
年累计标准轴载次数(万次)	82.0	86.1	90.4	94.9	99.7	104.7	109.9
									月平均累计标准轴载次数(万次)	6.83	7.18	7.53	7.91	8.31	8.73	9.16

根据发明内容步骤四中所述方法计算，沥青稳定铁尾矿层15年后的预估车辙深度位于0.98[R_r]～1.02[R_r]范围内，此时所要求的沥青稳定铁尾矿的动稳定度容许值[DS]为1574次/mm。此时IT-AC层在设计使用年限内的预估车辙深度见图2。

步骤四、进行沥青稳定再生集料层的级配组成设计，确定其最佳沥青用量，并进行车辙试验测试其动稳定度DS。

试验用天然碎石为石灰岩、石灰岩矿粉，铁尾矿集料为攀西地区铁尾矿，根据《公路工程集料试验规程》(JTG E42-2005)测试上述3种材料的技术性能，满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的相关要求；铁尾矿掺配率为40％，级配组成如表10所示；试验用沥青为70号A级基质沥青，技术性能满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的相关要求。

表10沥青稳定铁尾矿的级配组成

进行Marshall试验，按照相关方法确定IT-AC的最佳沥青用量，结果如表11所示。

表11混合料的Marshall指标

参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)的方法，进行沥青稳定铁尾矿的车辙试验，测试其动稳定度DS为942.2次/mm，小于动稳定度容许值[DS]＝1574次/mm。

DS＜[DS]，说明所设计的沥青稳定铁尾矿不满足特定交通与环境条件下的路面结构性能要求。

将70号A级基质沥青改用为SBS改性沥青，重新进行级配设计，其他步骤与前述相同。重新进行Marshall试验，确定最佳沥青用量为3.7％。

重新进行车辙试验，测试其动稳定度为2559次/mm，大于动稳定度容许值[DS]＝1574次/mm，说明该设计满足特定交通与环境条件下的路面结构性能要求，能保证在设计寿命内沥青稳定铁尾矿的车辙小于容许车辙深度，设计通过。以上所述，仅是本发明的较佳案例，并不对本发明做出任何限制，凡是针对本发明技术内容对以上实施案例所做的任何简单修改、变更、模仿均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于结构与材料一体化的沥青稳定铁尾矿抗车辙配合比设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，按照《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2017)的设计方法，确定路面结构的各结构层材料与厚度，所述路面结构的结构层包含N个沥青面层，N为自然数；所述N个沥青面层中至少包含上面层和沥青稳定铁尾矿层；N个沥青面层分别用序号i表示，i＝1，2，...，N，上面层的序号为1，其下各沥青面层的序号依次为2、3…N，设定沥青稳定铁尾矿层的序号为r，r＞1。

步骤二，根据N个沥青面层的材料与厚度，计算N个沥青面层对应的最大剪应力τ_i，i＝1，2，...，N。

步骤三，根据N个沥青面层对应的最大剪应力τ_i，i＝1，2，...，N；计算沥青稳定铁尾矿层的容许车辙深度[R_r]，r为沥青稳定铁尾矿层的序号；再计算沥青稳定铁尾矿层的动稳定度容许值[DS]。

步骤四，沥青稳定铁尾矿层的动稳定度容许值[DS]的计算。

步骤五，进行沥青稳定再生集料层的级配组成设计，确定其最佳沥青用量，并进行车辙试验测试其动稳定度DS，使得DS≥[DS]。

2.根据权利要求1所述的一种基于结构与材料一体化的沥青稳定铁尾矿抗车辙配合比设计方法，其特征在于，步骤2还包含以下子步骤：

步骤201、确定N个沥青面层对应的厚度、模量和泊松比；

步骤202、施加标准轴载，双圆垂直均布荷载、轮压为0.7MPa、直径为0.213m、双圆圆心距离为1.5倍直径；

计算双圆轮隙中心下不同深度处的最大剪应力h_k；所述不同深度处是指，从路表0cm开始向下以固定间隔确定深度计算点，直至沥青面层底部，设定不同深度测试点的序号为k，k为正整数；

步骤203、分别在每个沥青面层的厚度内取最大剪应力h_k的最大值作为对应沥青面层的最大剪应力τ_i，i＝1，2，...，N。

3.根据权利要求1所述的一种基于结构与材料一体化的沥青稳定铁尾矿抗车辙配合比设计方法，其特征在于，步骤3还包含以下子步骤：

步骤301、采用公式

计算得出各沥青面层的剪应力分配比例P_i，i＝1，2，...，N，N为沥青面层的个数；其中，τ_i为N个沥青面层对应的最大剪应力，且记沥青稳定铁尾矿层的剪应力分配比例为P_r；

步骤302、采用公式[R_r]＝[R₀]×P_r，计算沥青稳定铁尾矿层的容许车辙深度[R_r]，其中，[R₀]为路表容许车辙深度。

4.根据权利要求1所述的一种基于结构与材料一体化的沥青稳定铁尾矿抗车辙配合比设计方法，其特征在于，步骤4还包含以下子步骤：

步骤401、计算沥青稳定铁尾矿层的月平均温度

收集工程所在地的气温，从初始年第一个月算起，计算第j个月工程所在地的月平均气温，其中，j为正整数且j≥2；再采用路面温度场预估模型计算第j个月沥青稳定铁尾矿层中间深度处的温度，将其作为第j个月沥青稳定铁尾矿层的月平均温度。

所述路面温度场预估模型为：

式中，M_MAT,j为第j个月工程所在地的月平均温度，℃；M_MPT,j为第j个月沥青稳定铁尾矿层的月平均温度，℃；z为路表至沥青稳定铁尾矿层中间深度处的深度且其单位为in，其中1in＝2.54cm，j≧2。

步骤402、计算月累计标准轴载作用次数

计算初始年的累计标准轴载作用次数N₁和交通增长率γ，然后采用公式N_i＝N₁×(1+γ)，计算第i年的累计标准轴载作用次数N_i；再采用公式

计算第i年j月的月平均累计标准轴载作用次数N_ij，1≤j≤12。

步骤403、计算沥青稳定铁尾矿层的动稳定度容许值[DS]，其包括以下子步骤：

步骤1、将沥青稳定铁尾矿层的动稳定度容许值的初始值设定为[DS_k]。

步骤2、建立车辙预估模型，并进行车辙检验，从初始年第一个月算起，计算第j个月末沥青稳定再生集料层的车辙深度RD_j，其中，j为正整数且j≥2。

所述的车辙预估模型为：

式中，RD_j为第j个月末沥青稳定铁尾矿层的车辙深度；[DS_k]为设定的沥青稳定铁尾矿层的动稳定度容许值的初始值；N_j为第j个月的月平均累计标准轴载作用次数；M_MPT,j为第j个月沥青稳定铁尾矿层的月平均温度，℃；τ_r为沥青稳定铁尾矿层的最大剪应力，MPa；v为行车速度，km/h；m为材料蠕变参数，与混合料性质有关，m＝-1.0-0。

所述第j个月末沥青稳定铁尾矿层的车辙深度RD_j的具体计算包括以下子步骤：

①采用车辙预估模型，计算沥青稳定铁尾矿层在第一个月末的车辙深度RD₁，

②计算沥青稳定铁尾矿层第j-1个月末的累积车辙深度RD_j-1，

③计算RD_j-1在温度T_j下的历史累计等效轴载作用次数N_pjs，

④计算沥青稳定铁尾矿层第j个月末的历史累计轴载作用次数N_pj，

N_pj＝N_pjs+N_j

⑤计算沥青稳定铁尾矿层第j个月末的累积车辙深度RD_j，

步骤3、将车辙深度RD_j与容许车辙深度[R_r]相比较，当RD_j位于0.98[R_r]～1.02[R_r]范围时，接受动稳定度容许值的初始值[DS_k]为动稳定度的容许值[DS]；否则，调整动稳定度容许值的初始值[DS_k]，使得RD_j位于0.98[R_r]～1.02[R_r]范围。

调整动稳定度容许值的初始值[DS_k]的具体子步骤为：

当RD_j≥1.02[R_r]时，采用公式[DS_kr]＝[DS_k]+ΔDS调整[DS_k]，并重新计算RD_j，使得RD_j位于0.98[R_r]～1.02[R_r]范围；ΔDS为动稳定度调整幅值，[DS_kr]动稳定度容许值的调整值；

当RD_j≤0.98[R_r]时，采用公式[DS_kr]＝[DS_k]-ΔDS调整[DS_k]，并重新计算RD_j，使得RD_j位于0.98[R_r]～1.02[R_r]范围；ΔDS为动稳定度调整幅值，[DS_kr]动稳定度容许值的调整值。

5.根据权利要求1所述的一种基于结构与材料一体化的沥青稳定铁尾矿抗车辙配合比设计方法，其特征在于，步骤5还包含以下子步骤：

步骤501、选择沥青、铁尾矿、天然集料与矿粉等原材料，按照《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中关于沥青稳定碎石AC-25的级配范围要求，完成沥青稳定铁尾矿的级配组成设计。

步骤502、进行马歇尔试验，按照《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的方法确定沥青稳定铁尾矿的最佳沥青用量。

步骤503、进行沥青稳定铁尾矿的车辙试验、低温弯曲试验、水稳定性试验，要求低温弯曲应变、残留稳定度和冻融劈裂强度比满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的要求，同时记录车辙试验所测试的动稳定度DS。

6.根据权利要求1所述的一种基于结构与材料一体化的沥青稳定铁尾矿抗车辙配合比设计方法，其特征在于，提出了基于结构材料一体化的铁尾矿沥青混合料动稳定度设计标准。

7.根据权利要求1所述的一种基于结构与材料一体化的沥青稳定铁尾矿抗车辙配合比设计方法，其特征在于，提出了快速达到满足高等级公路的沥青稳定铁尾矿抗车辙配合比设计执行标准的方法，即结合当地结构层材料与厚度，建立车辙预估模型，根据计算模型确定容许动稳定度[DS]。

8.根据权利要求1所述的一种基于结构与材料一体化的沥青稳定铁尾矿抗车辙配合比设计方法，其特征在于，提出了满足高等级公路的沥青稳定铁尾矿抗车辙配合比强度执行标准，即容许动稳定度[DS]≥1574次/mm。

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