CN116102293A - 一种sma-13沥青混合料vvtm体积设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于交通土建工程技术领域，具体涉及一种SMA‑13沥青混合料VVTM体积设计方法。本发明采用基于振动压实(VVTM)的体积设计方法进行SMA‑13沥青混合料配合比设计，包括SMA‑13沥青混合料物理参数的测定、矿料级配的设计、最佳油石比的确定步骤。由实施例的结果表明，本发明提供的设计方法设计的SMA‑13沥青混合料，路用性能好、沥青用量少且操作简便。与Marshall法相比，采用振动成型方法可大幅提升SMA‑13混合料高温性能和水稳定性能，低温变形能力仅略有降低；同时，采用体积设计配合比方法可进一步提升振动成型试件的高温性能及水稳定性并改善低温抗变形能力。
Description
技术领域
本发明属于交通土建工程技术领域，具体涉及一种SMA-13沥青混合料VVTM体积设计方法。
背景技术
沥青玛蹄脂碎石混合料(Stone MasticAsphalt，缩写为SMA)目前主要采用马歇尔击实方法确定标准密度，但已有大量数据表明现场压实时SMA混合料的密度极易大于这一标准，导致空隙率降低，在设计油石比条件下出现车辙、泛油等现象。另外，马歇尔击实方法通过锤击成型混合料，导致提高击实功后集料的破碎情况十分严重，这不仅造成级配的严重变化，也会影响对实际路面性能预测的准确性，这势必会影响SMA混合料的配合比设计，造成SMA混合料无法达到最优性能。已有研究发现马歇尔击实成型试件与现场芯样工程性质相关性仅为60％左右，显然采用马歇尔击实方法成型的试件性能无法代表路面实际性能，造成配合比设计的失准。
同时，SMA的骨架密实结构决定了它良好的路用性能。骨架密实结构是一种体积的概念，然而现行的SMA混合料配合比方法是以推荐的级配范围中值为基础，调整关键筛孔通过率，得到满足体积参数要求的SMA混合料。对于密度各不相同的矿料来说这无疑徒增了许多工作量，并且得到的级配也未必最佳。同时最佳油石比取决于矿料的总表面积，与矿料颗粒体积相关，因此采用不同密度矿料的SMA混合料的最佳油石比也不尽相同，导致最佳油石比不易确定。当采用相同油石比时，较大密度矿料的SMA混合料沥青用量相对较大，更易发生泛油等病害。显然通过质量比例设计SMA混合料，对于不同密度的矿料，很难做到矿料颗粒骨架密实结构的合理设计。
发明内容
本发明的目的在于提供一种SMA-13沥青混合料VVTM体积设计方法，本发明提供的方法采用基于垂直振动压实法(VVTM)的体积设计方法进行配合比设计，可减少沥青用量，提高沥青混合料路用性能，且操作简便，适合大规模推广应用。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明提供了一种SMA-13沥青混合料VVTM体积设计方法，所述SMA-13沥青混合料包括沥青、粗集料、细集料、矿粉和纤维；玛蹄脂包括沥青、细集料、矿粉和纤维；沥青胶浆包括沥青、矿粉和纤维；包括以下步骤：
(1)获取所述沥青、粗集料、细集料、矿粉和纤维素的物理参数，所述物理参数包括沥青的密度，粗集料的表观相对密度和毛体积相对密度，细集料的表观相对密度，矿粉的表观相对密度，纤维的比重；
(2)所述粗集料包括第一级配粗集料和第二级配粗集料，根据所述粗集料的骨架间隙率随第一级配粗集料占粗集料的质量百分含量的变化关系，在第一级配粗集料占粗集料的质量百分含量取值范围内，以所述粗集料的骨架间隙率取值相对最小为原则，获得所述第一级配粗集料占粗集料的质量百分含量、所述第二级配粗集料占粗集料的质量百分含量和所述粗集料的骨架间隙率；所述第一级配粗集料的粒径为9.5～16mm，所述第二级配粗集料的粒径为4.75～9.5mm；
(3)根据所述SMA-13沥青混合料的力学性能随所述粗集料、细集料与沥青胶浆占SMA-13沥青混合料的体积比的变化关系，所述粗集料、细集料与沥青胶浆占SMA-13沥青混合料的体积比随粗集料的骨架间隙率、玛蹄脂体积、玛蹄脂体积中沥青胶浆的体积百分含量的变化关系，以所述SMA-13沥青混合料力学性能最佳为原则，获得玛蹄脂体积与所述粗集料的骨架间隙率的比值和玛蹄脂体积中沥青胶浆的体积百分含量；所述SMA-13沥青混合料的力学性能包括马歇尔稳定度、抗压强度、抗剪强度和劈裂强度中的一种或多种；
(4)根据矿粉的表观相对密度、纤维的比重、沥青的密度、玛蹄脂体积与所述粗集料的骨架间隙率的比值和玛蹄脂体积中沥青胶浆的体积百分含量之间的关系，获得所述SMA-13沥青混合料中沥青、粗集料、细集料、矿粉和纤维的体积百分含量的比值；
(5)根据矿粉的表观相对密度、粗集料的表观相对密度和细集料的表观相对密度获得关键档矿料筛孔通过率，所述关键档矿料筛孔通过率包括4.75mm档矿料筛孔通过率和0.075档矿料筛孔通过率；根据所述第一级配粗集料的质量百分含量和4.75mm档矿料筛孔通过率获得9.5mm档矿料筛孔通过率；16mm档矿料筛孔通过率为100％；根据关键档矿料筛孔通过率、9.5mm档矿料筛孔通过率和16mm档矿料筛孔通过率，获得剩余的推荐级配各档矿料筛孔通过率；所述推荐级配各挡矿料筛孔通过率包括：16mm档矿料筛孔通过率、9.5mm档矿料筛孔通过率、4.75mm档矿料筛孔通过率、0.075档矿料筛孔通过率和剩余的推荐级配各档矿料筛孔通过率；所述剩余的推荐级配各档矿料筛孔通过率包括：2.36mm档矿料筛孔通过率、1.18mm档矿料筛孔通过率、0.6mm档矿料筛孔通过率、0.3mm档矿料筛孔通过率和0.15档矿料筛孔通过率；
所述步骤(2)～(4)与步骤(5)之间没有时间先后顺序的限制；
(6)根据沥青的密度、矿粉的表观相对密度、粗集料的表观相对密度和细集料的表观相对密度获得初始油石比；根据纤维的比重、矿粉的表观相对密度、粗集料的表观相对密度和细集料的表观相对密度获得纤维掺量；根据所述初始油石比、所述推荐级配各档矿料筛孔通过率和所述SMA-13沥青混合料中沥青、粗集料、细集料、矿粉和纤维的体积百分含量的比值，采用垂直振动压实法制作VVTM试件；所述VVTM试件包括第一试件、第二试件和第三试件，所述第一试件油石比比所述初始油石比小0.2～0.4；所述第二试件的油石比为初始油石比；所述第三试件的油石比比所述初始油石比大0.2～0.4；
(7)测定所述VVTM试件的毛体积密度，根据所述毛体积密度获得所述VVTM试件的物理参数，所述VVTM试样的物理参数包括粗集料间隙率、矿料间隙率和试样空隙率；当所述第一试件、第二试件和第三试件同时满足垂直振动压实法设计标准时，选择第一试件、第二试件和第三试件中，SMA-13沥青混合料目标空隙率对应的VVTM试件的油石比为所述SMA-13沥青混合料的最佳油石比；垂直振动压实法设计标准包括：VVTM试件的粗集料间隙率＜粗集料的骨架间隙率、VVTM试件的矿料间隙率≥14.5且试件空隙率为2.5～4；
当所述第一试件、第二试件和第三试件不同时满足垂直振动压实法设计标准时，降低所述第一级配粗集料和所述第二级配粗集料的分级边界值，重新进行步骤(2)～(7)，直至所述第一试件、第二试件和第三试件同时满足垂直振动压实法设计标准，选择第一试件、第二试件和第三试件中，SMA-13沥青混合料的目标空隙率对应的试件的油石比为SMA-13沥青混合料的最佳油石比。
优选的，所述步骤(3)中，所述粗集料、细集料和沥青胶浆占SMA-13沥青混合料的体积比随粗集料的骨架间隙率、玛蹄脂体积、玛蹄脂体积中沥青胶浆的体积百分含量的之间的关系如式1所示：
V粗:V细:V胶浆＝1-VCADRC:a(1-b)VCADRC:abVCADRC 式1
式1中，V粗为粗集料的体积，V细为细集料的体积，V胶浆为沥青胶浆的体积，VCADRC为粗集料的骨架间隙率；a为玛蹄脂体积与所述粗集料的骨架间隙率的比值，b为玛蹄脂体积中沥青胶浆的体积百分含量。
优选的，所述步骤(4)中，所述矿粉的表观相对密度、纤维的比重、沥青的密度、玛蹄脂体积与所述粗集料的骨架间隙率的比值和玛蹄脂体积中沥青胶浆的体积百分含量与所述SMA-13沥青混合料中沥青、粗集料、细集料、矿粉和纤维的体积百分含量的比值之间的关系如式2所示：
式2中，A为粗集料的体积百分含量，B为细集料的体积百分含量，C为矿粉的体积百分含量，D为沥青的体积百分含量，E为纤维的体积百分含量；ρ矿为矿粉的表观相对密度，ρ纤为纤维的比重，ρ沥为沥青的密度。
优选的，所述步骤(5)中，4.75mm档矿料筛孔通过率的计算公式如式3所示；0.075档矿料筛孔通过率的计算公式如式4所示；9.5mm档矿料筛孔通过率的计算公式如式5所示；2.36mm档矿料筛孔通过率的计算公式如式6所示；1.18mm档矿料筛孔通过率的计算公式如式7所示；0.6mm档矿料筛孔通过率的计算公式如式8所示；0.3mm档矿料筛孔通过率的计算公式如式9所示；0.15mm筛孔通过率的计算公式如式10所示；
100-k(100-P4.75)式5；
0.7×(P4.75-P0.075)+P0.075式6；
0.72×(P4.75-P0.075)+P0.075式7；
0.73×(P4.75-P0.075)+P0.075式8；
0.74×(P4.75-P0.075)+P0.075式9；
0.75×(P4.75-P0.075)+P0.075式10；
式3和式4中，Aγc为粗集料的表观相对密度，Bγf为细集料的表观相对密度；Cγk为矿粉的表观相对密度；
式5中，k为第一级配粗集料占粗集料的质量百分含量，P4.75为4.75mm档矿料筛孔通过率；
式6～10中，P0.075为0.075mm档矿料筛孔通过率。
优选的，所述步骤(5)中，得到所述推荐级配各档矿料筛孔通过率后，还包括：根据所述推荐级配各档矿料筛孔通过率，获得满足施工规范的推荐级配各档矿料筛孔通过率范围，根据满足施工规范的推荐级配各档矿料筛孔通过率范围获得最接近推荐级配各档矿料筛孔通过率的合成级配各档矿料筛孔通过率；所述步骤(6)中，采用垂直振动压实法制作VVTM试件时，根据初始油石比和合成级配各档矿料筛孔通过率进行。
优选的，步骤(6)中，所述初始油石比的计算公式如式11所示：
式11中，Dγb为沥青的密度，Aγc为粗集料的表观相对密度，Bγf为细集料的表观相对密度；Cγk为矿粉的表观相对密度。
优选的，步骤(6)中，所述纤维掺量的计算公式如式12所示：
式12中，Eγx为纤维的比重，Aγc为粗集料的表观相对密度，Bγf为细集料的表观相对密度；Cγk为矿粉的表观相对密度。
优选的，步骤(7)中，所述VVTM试件的物理参数还包括沥青饱和度、马歇尔稳定度和流值中的一种或多种；所述垂直振动压实法设计标准还包括：所述沥青饱和度为75～85％、所述马歇尔稳定度≥10kN和所述流值为1.5～4mm中的一种或多种。
优选的，步骤(2)中，所述粗集料的骨架间隙率根据《公路工程集料试验规程》T309-2005计算得到；
步骤(7)中，根据《公路工程集料试验规程》T309-2005测定VVTM试件毛体积密度。
优选的，所述步骤(7)之后，还包括：按照步骤(1)～(7)的VVTM体积设计方法设计SMA-13沥青混合料，采用垂直振动压实法制作SMA-13沥青混合料试样，对所述SMA-13沥青混合料试样的性能进行检测；当所述SMA-13沥青混合料试样不满足《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》要求时，更换沥青、粗集料、细集料、矿粉和纤维素中的一种或多种，重新按照步骤(1)～(7)的VVTM体积设计方法设计SMA-13沥青混合料，采用垂直振动压实法制作SMA-13沥青混合料试样，对所述SMA-13沥青混合料试样的性能进行检测；直至SMA-13沥青混合料试样的性能足《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》要求；
所述SMA-13沥青混合料试样的性能包括高温稳定性能、低温力学性能、水稳定性能、析漏性能和飞散性能中的至少一种。
本发明提供了一种SMA-13沥青混合料VVTM体积设计方法，本发明采用基于振动压实(VVTM)的体积设计方法进行SMA-13沥青混合料配合比设计，包括SMA-13沥青混合料物理参数的测定、矿料级配的设计、最佳油石比的确定步骤。由实施例的结果表明，本发明提供的设计方法设计的SMA-13沥青混合料，路用性能好、沥青用量少且操作简便。与Marshall法相比，采用振动成型方法可大幅提升SMA-13混合料高温性能和水稳定性能，低温变形能力仅略有降低；同时，采用体积设计配合比方法可进一步提升振动成型试件的高温性能及水稳定性并改善低温抗变形能力。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的合成级配曲线图；
图2为本发明实施例1油石比随细集料的表观相对密度的变化曲线；
图3为本发明实施例1马歇尔稳定度随油石比的变化曲线；
图4为本发明实施例1空隙率随油石比的变化曲线；
图5为本发明实施例1沥青饱和度随油石比的变化曲线；
图6为本发明实施例1垂直振动设计标准随油石比的变化曲线。
具体实施方式
本发明提供了一种SMA-13沥青混合料VVTM体积设计方法，所述SMA-13沥青混合料包括沥青、粗集料、细集料、矿粉和纤维；玛蹄脂包括沥青、细集料、矿粉和纤维；沥青胶浆包括沥青、矿粉和纤维；包括以下步骤：
(1)获取所述沥青、粗集料、细集料、矿粉和纤维素的物理参数，所述物理参数包括沥青的密度，粗集料的表观相对密度和毛体积相对密度，细集料的表观相对密度，矿粉的表观相对密度，纤维的比重；
(2)所述粗集料包括第一级配粗集料和第二级配粗集料，根据所述粗集料的骨架间隙率随第一级配粗集料占粗集料的质量百分含量的变化关系，在第一级配粗集料占粗集料的质量百分含量取值范围内，以所述粗集料的骨架间隙率取值相对最小为原则，获得所述第一级配粗集料占粗集料的质量百分含量、所述第二级配粗集料占粗集料的质量百分含量和所述粗集料的骨架间隙率；所述第一级配粗集料的粒径为9.5～16mm，所述第二级配粗集料的粒径为4.75～9.5mm；
(3)根据所述SMA-13沥青混合料的力学性能随所述粗集料、细集料与沥青胶浆占SMA-13沥青混合料的体积比的变化关系，所述粗集料、细集料与沥青胶浆占SMA-13沥青混合料的体积比随粗集料的骨架间隙率、玛蹄脂体积、玛蹄脂体积中沥青胶浆的体积百分含量的变化关系，以所述SMA-13沥青混合料力学性能最佳为原则，获得玛蹄脂体积与所述粗集料的骨架间隙率的比值和玛蹄脂体积中沥青胶浆的体积百分含量；所述SMA-13沥青混合料的力学性能包括马歇尔稳定度、抗压强度、抗剪强度和劈裂强度中的一种或多种；
(4)根据矿粉的表观相对密度、纤维的比重、沥青的密度、玛蹄脂体积与所述粗集料的骨架间隙率的比值和玛蹄脂体积中沥青胶浆的体积百分含量之间的关系，获得所述SMA-13沥青混合料中沥青、粗集料、细集料、矿粉和纤维的体积百分含量的比值；
(5)根据矿粉的表观相对密度、粗集料的表观相对密度和细集料的表观相对密度获得关键档矿料筛孔通过率，所述关键档矿料筛孔通过率包括4.75mm档矿料筛孔通过率和0.075档矿料筛孔通过率；根据所述第一级配粗集料的质量百分含量和4.75mm档矿料筛孔通过率获得9.5mm档矿料筛孔通过率；16mm档矿料筛孔通过率为100％；根据关键档矿料筛孔通过率、9.5mm档矿料筛孔通过率和16mm档矿料筛孔通过率，获得剩余的推荐级配各档矿料筛孔通过率；所述推荐级配各挡矿料筛孔通过率包括：16mm档矿料筛孔通过率、9.5mm档矿料筛孔通过率、4.75mm档矿料筛孔通过率、0.075档矿料筛孔通过率和剩余的推荐级配各档矿料筛孔通过率；所述剩余的推荐级配各档矿料筛孔通过率包括：2.36mm档矿料筛孔通过率、1.18mm档矿料筛孔通过率、0.6mm档矿料筛孔通过率、0.3mm档矿料筛孔通过率和0.15档矿料筛孔通过率；
所述步骤(2)～(4)与步骤(5)之间没有时间先后顺序的限制；
(6)根据沥青的密度、矿粉的表观相对密度、粗集料的表观相对密度和细集料的表观相对密度获得初始油石比；根据纤维的比重、矿粉的表观相对密度、粗集料的表观相对密度和细集料的表观相对密度获得纤维掺量；根据所述初始油石比、所述推荐级配各档矿料筛孔通过率和所述SMA-13沥青混合料中沥青、粗集料、细集料、矿粉和纤维的体积百分含量的比值，采用垂直振动压实法制作VVTM试件；所述VVTM试件包括第一试件、第二试件和第三试件，所述第一试件油石比比所述初始油石比小0.2～0.4；所述第二试件的油石比为初始油石比；所述第三试件的油石比比所述初始油石比大0.2～0.4；
(7)测定所述VVTM试件的毛体积密度，根据所述毛体积密度获得所述VVTM试件的物理参数，所述VVTM试样的物理参数包括粗集料间隙率、矿料间隙率和试样空隙率；当所述第一试件、第二试件和第三试件同时满足垂直振动压实法设计标准时，选择第一试件、第二试件和第三试件中，SMA-13沥青混合料目标空隙率对应的VVTM试件的油石比为所述SMA-13沥青混合料的最佳油石比；垂直振动压实法设计标准包括：VVTM试件的粗集料间隙率＜粗集料的骨架间隙率、VVTM试件的矿料间隙率≥14.5且试件空隙率为2.5～4；
当所述第一试件、第二试件和第三试件不同时满足垂直振动压实法设计标准时，降低所述第一级配粗集料和所述第二级配粗集料的分级边界值，重新进行步骤(2)～(7)，直至所述第一试件、第二试件和第三试件同时满足垂直振动压实法设计标准，选择第一试件、第二试件和第三试件中，SMA-13沥青混合料的目标空隙率对应的试件的油石比为SMA-13沥青混合料的最佳油石比。
在本发明中，若无特殊说明，所有制备原料/组分均为本领域技术人员熟知的市售产品。
本发明获取所述沥青、粗集料、细集料、矿粉和纤维素的物理参数，所述物理参数包括沥青的密度，粗集料的表观相对密度和毛体积相对密度，细集料的表观相对密度，矿粉的表观相对密度，纤维的比重。
本发明优选按工程实际用料选取沥青、粗集料、细集料、矿粉和纤维素的代表性样品，测量沥青、粗集料、细集料、矿粉和纤维素的技术指标。
在本发明中，所述技术指标为沥青、粗集料、细集料、矿粉和纤维素的物理参数。
在本发明中，所述沥青的物理参数包括沥青的密度(g/cm3)，所述沥青的密度优选为15℃条件下的密度。在本发明中，所述沥青的物理参数优选还包括：25℃针入度(0.1mm)、5℃延度(cm)、软化点(环球法)(℃)、和RTFOT后残留物。所述RTFOT后残留物优选包括：质量损失(％)、针入度比(％)和5℃延度(cm)。
在本发明中，所述粗集料的物理参数包括粗集料的表观相对密度(g/cm3)和毛体积相对密度(g/cm3)。在本发明中，所述粗集料的物理参数优选还包括：吸水率(％)、软石含量(％)、压碎值(％)、洛杉矶磨耗损失(％)和针片状含量(％)。所述针片状含量(％)优选包括：>9.5mm针片状含量(％)和<9.5mm针片状含量(％)。
在本发明中，所述细集料的物理参数包括表观相对密度(g/cm3)。在本发明中，所述细集料的物理参数优选还包括：砂当量(％)、亚甲蓝值(g/㎏)和棱角性(s)。
在本发明中，所述矿粉的物理参数包括表观相对密度(g/cm3)。在本发明中，所述矿粉的物理参数优选还包括：含水量(％)、亲水系数、塑性指数(IP)和加热安定性。
在本发明中，所述纤维的物理参数包括比重(g/cm3)。在本发明中，所述纤维的物理参数优选还包括：平均长度(mm)、纤维直径(mm)、熔点(℃)、吸湿率(％)、抗拉强度(MPa)、弹性模量(GPa)和断裂延伸率(％)。
在本发明中，沥青、粗集料、细集料、矿粉和纤维素的物理参数优选均满足JTGF40-2004技术要求。
在本发明中，所述粗集料包括第一级配粗集料和第二级配粗集料，本发明根据所述粗集料的骨架间隙率随第一级配粗集料占粗集料的质量百分含量的变化关系，在第一级配粗集料占粗集料的质量百分含量取值范围内，以所述粗集料的骨架间隙率取值相对最小为原则，获得所述第一级配粗集料占粗集料的质量百分含量、所述第二级配粗集料占粗集料的质量百分含量和所述粗集料的骨架间隙率；所述第一级配粗集料的粒径为9.5～16mm，所述第二级配粗集料的粒径为4.75～9.5mm。
在本发明中，所述第一级配粗集料占粗集料的质量百分含量的取值范围依据工程经验确定。
本发明优选根据《公路工程集料试验规程》T309-2005计算所述粗集料的骨架间隙率(VCADRC)。
在本发明中，所述粗集料的骨架间隙率的计算公式优选如式13所示：
式13中，ρs为插捣密实后粗集料骨架相对密度；ρca为粗集料合成毛体积相对密度。
在本发明中，所述所述第一级配粗集料的粒径为9.5～16mm，优选为9.5～13.2mm。所述第二级配粗集料的粒径为4.75～9.5mm，优选为4.75～9.5mm。
在本发明的具体实施例中，所述第一级配粗集料的质量百分含量取值范围优选为55～65％；所述第二级配粗集料的质量百分含量取值范围优选为35～45％。
在本发明中，所述第一级配粗集料占粗集料的质量百分含量优选为0.6，所述第二级配粗集料占粗集料的质量百分含量优选为0.4，所述粗集料的骨架间隙率优选为41.1。
本发明根据所述SMA-13沥青混合料的力学性能随所述粗集料、细集料与沥青胶浆占SMA-13沥青混合料的体积比的变化关系，所述粗集料、细集料与沥青胶浆占SMA-13沥青混合料的体积比随粗集料的骨架间隙率、玛蹄脂体积、玛蹄脂体积中沥青胶浆的体积百分含量的变化关系，以所述SMA-13沥青混合料力学性能最佳为原则，获得玛蹄脂体积与所述粗集料的骨架间隙率的比值和玛蹄脂体积中沥青胶浆的体积百分含量；所述SMA-13沥青混合料的力学性能包括马歇尔稳定度、抗压强度、抗剪强度和劈裂强度中的一种或多种。
在本发明中，所述粗集料、细集料和沥青胶浆占SMA-13沥青混合料的体积比随粗集料的骨架间隙率、玛蹄脂体积、玛蹄脂体积中沥青胶浆的体积百分含量的之间的关系如式1所示：
V粗:V细:V胶浆＝1-VCADRC:a(1-b)VCADRC:abVCADRC 式1
式1中，V粗为粗集料的体积，V细为细集料的体积，V胶浆为沥青胶浆的体积，VCADRC为粗集料的骨架间隙率；a为玛蹄脂体积与所述粗集料的骨架间隙率的比值，b为玛蹄脂体积中沥青胶浆的体积百分含量。
在本发明中，所述玛蹄脂体积与所述粗集料的骨架间隙率的比值优选为0.85时，所述SMA-13沥青混合料力学性能最佳，所述玛蹄脂体积中沥青胶浆的体积百分含量优选为0.59。
在本发明中，所述玛蹄脂体积与所述粗集料的骨架间隙率的比值优选为0.85，所述玛蹄脂体积中沥青胶浆的体积百分含量优选为0.59时，所述SMA-13沥青混合料中粗集料、细集料和沥青胶浆的体积百分含量之间的关系优选如式1-1所示：
V粗:V细:V胶浆＝1-VCADRC:0.35VCADRC:0.5VCADRC 式1-1。
本发明根据矿粉的表观相对密度、纤维的比重、沥青的密度、玛蹄脂体积与所述粗集料的骨架间隙率的比值和玛蹄脂体积中沥青胶浆的体积百分含量之间的关系，获得所述SMA-13沥青混合料中沥青、粗集料、细集料、矿粉和纤维的体积百分含量的比值。
在本发明中，所述矿粉的表观相对密度、纤维的比重、沥青的密度、玛蹄脂体积与所述粗集料的骨架间隙率的比值和玛蹄脂体积中沥青胶浆的体积百分含量与所述SMA-13沥青混合料中沥青、粗集料、细集料、矿粉和纤维的体积百分含量的比值之间的关系如式2所示：
式2中，A为粗集料的体积百分含量，B为细集料的体积百分含量，C为矿粉的体积百分含量，D为沥青的体积百分含量，E为纤维的体积百分含量；ρ矿为矿粉的表观相对密度，ρ纤为纤维的比重，ρ沥为沥青的密度。
在本发明中，所述粗集料的骨架间隙率优选为41.1，所述玛蹄脂体积与所述粗集料的骨架间隙率的比值优选为0.85，所述玛蹄脂体积中沥青胶浆的体积百分含量优选为0.59，所述SMA-13沥青混合料中沥青、粗集料、细集料、矿粉和纤维的体积百分含量的比值优选为58.9:14.4:7.4:12.3:0.8。
本发明根据矿粉的表观相对密度、粗集料的表观相对密度和细集料的表观相对密度获得关键档矿料筛孔通过率，所述关键档矿料筛孔通过率包括4.75mm档矿料筛孔通过率和0.075档矿料筛孔通过率；根据所述第一级配粗集料的质量百分含量和4.75mm档矿料筛孔通过率获得9.5mm档矿料筛孔通过率；16mm档矿料筛孔通过率为100％；根据关键档矿料筛孔通过率、9.5mm档矿料筛孔通过率和16mm档矿料筛孔通过率，获得剩余的推荐级配各档矿料筛孔通过率；所述推荐级配各挡矿料筛孔通过率包括：16mm档矿料筛孔通过率、9.5mm档矿料筛孔通过率、4.75mm档矿料筛孔通过率、0.075档矿料筛孔通过率和剩余的推荐级配各档矿料筛孔通过率；所述剩余的推荐级配各档矿料筛孔通过率包括：2.36mm档矿料筛孔通过率、1.18mm档矿料筛孔通过率、0.6mm档矿料筛孔通过率、0.3mm档矿料筛孔通过率和0.15档矿料筛孔通过率。
在本发明中，4.75mm档矿料筛孔通过率的计算公式如式3所示；0.075档矿料筛孔通过率的计算公式如式4所示；9.5mm档矿料筛孔通过率的计算公式如式5所示；2.36mm档矿料筛孔通过率的计算公式如式6所示；1.18mm档矿料筛孔通过率的计算公式如式7所示；0.6mm档矿料筛孔通过率的计算公式如式8所示；0.3mm档矿料筛孔通过率的计算公式如式9所示；0.15mm筛孔通过率的计算公式如式10所示；
100-k(100-P4.75)式5；
0.7×(P4.75-P0.075)+P0.075式6；
0.72×(P4.75-P0.075)+P0.075式7；
0.73×(P4.75-P0.075)+P0.075式8；
0.74×(P4.75-P0.075)+P0.075式9；
0.75×(P4.75-P0.075)+P0.075式10；
式3和式4中，Aγc为粗集料的表观相对密度，Bγf为细集料的表观相对密度；Cγk为矿粉的表观相对密度；
式5中，k为第一级配粗集料占粗集料的质量百分含量，P4.75为4.75mm档矿料筛孔通过率；
式6～10中，P0.075为0.075mm档矿料筛孔通过率。
在本发明中，16mm档矿料筛孔通过率档优选以13.2mm档矿料筛孔通过率档替换。
在本发明的具体实施例中，所述推荐级配各挡矿料筛孔通过率计算表优选如表1所示：
表1推荐级配各挡矿料筛孔通过率计算表
在本发明中，得到所述推荐级配各档矿料筛孔通过率后，本发明优选还包括：根据所述推荐级配各档矿料筛孔通过率，获得满足施工规范的推荐级配各档矿料筛孔通过率范围，如表1所示，根据满足施工规范的推荐级配各档矿料筛孔通过率范围获得最接近推荐级配各档矿料筛孔通过率的合成级配各档矿料筛孔通过率；本发明优选采用垂直振动压实法制作VVTM试件时，根据初始油石比和合成级配各档矿料筛孔通过率进行。
在本发明中，所述满足施工规范的推荐级配各档矿料筛孔通过率范围根据工程经验确定。
在本发明的具体实施例中，本发明根据计算出的推荐级配，对各档矿料进行比例调整，得到满足施工技术规范推荐级配范围，且最接近推荐级配的合成级配和级配曲线。
本发明根据沥青的密度、矿粉的表观相对密度、粗集料的表观相对密度和细集料的表观相对密度获得初始油石比；根据纤维的比重、矿粉的表观相对密度、粗集料的表观相对密度和细集料的表观相对密度获得纤维掺量；根据所述初始油石比、所述推荐级配各档矿料筛孔通过率和所述SMA-13沥青混合料中沥青、粗集料、细集料、矿粉和纤维的体积百分含量的比值，采用垂直振动压实法制作VVTM试件；所述VVTM试件包括第一试件、第二试件和第三试件，所述第一试件油石比比所述初始油石比小0.2～0.4；所述第二试件的油石比为初始油石比；所述第三试件的油石比比所述初始油石比大0.2～0.4。
在本发明中，所述初始油石比的计算公式优选如式11所示：
式11中，Dγb为沥青的密度，Aγc为粗集料的表观相对密度，Bγf为细集料的表观相对密度；Cγk为矿粉的表观相对密度。
在本发明中，所述纤维掺量的计算公式优选如式12所示：
式12中，Eγx为纤维的比重，Aγc为粗集料的表观相对密度，Bγf为细集料的表观相对密度；Cγk为矿粉的表观相对密度。
本发明测定所述VVTM试件的毛体积密度，根据所述毛体积密度获得所述VVTM试件的物理参数，所述VVTM试样的物理参数包括粗集料间隙率(VCAmix)、矿料间隙率(VMA)和试件空隙率(VV)；当所述第一试件、第二试件和第三试件同时满足垂直振动压实法设计标准时，选择第一试件、第二试件和第三试件中，SMA-13沥青混合料目标空隙率对应的VVTM试件的油石比为所述SMA-13沥青混合料的最佳油石比；垂直振动压实法设计标准包括：VVTM试件的粗集料间隙率(VCAmix)＜粗集料的骨架间隙率(VCADRC)、VVTM试件的矿料间隙率(VMA)≥14.5且试件空隙率(VV)为2.5～4；
当所述第一试件、第二试件和第三试件不同时满足垂直振动压实法设计标准时，降低所述第一级配粗集料和所述第二级配粗集料的分级边界值，重新进行步骤(2)～(7)，直至所述第一试件、第二试件和第三试件同时满足垂直振动压实法设计标准，选择第一试件、第二试件和第三试件中，SMA-13沥青混合料的目标空隙率对应的试件的油石比为SMA-13沥青混合料的最佳油石比。
在本发明中，所述目标孔隙率为所述SMA-13沥青混合料的设计预设值。
在本发明中，所述VVTM试件的物理参数还包括沥青饱和度(VFA)、马歇尔稳定度(MS)和流值(FL)中的一种或多种；所述垂直振动压实法设计标准还包括：所述沥青饱和度为75～85％、所述马歇尔稳定度≥10kN和所述流值为1.5～4mm中的一种或多种。
本发明优选根据《公路工程集料试验规程》T309-2005测定VVTM试件毛体积密度。
在本发明的具体实施例中，本发明优选通过水中重法测试件毛体积密度算出VCAmix、VMA和VV。
在本发明中，所述第一试件的数目优选≥4～6个；第二试件的数目优选≥4～6个；所述第三试件的数目优选≥4～6个。
在本发明中，所述第一试件的尺寸优选为Φ100mm×h63.5mm；第二试件的尺寸优选为Φ100mm×h63.5mm；所述第三试件的尺寸优选为Φ100mm×h63.5mm。
在本发明的具体实施例中，所述垂直振动压实法设计标准优选如表2所示：
表2 SMA-13沥青混合料的垂直振动压实法设计标准
| 试件尺寸(mm) | VV(％) | VFA(％) | VMA(％) | MS(KN) | FL(mm) |
| Φ100×h63.5 | 2.5～4.0 | 75～85 | ≥14.5 | ≥10 | 1.5～4.0 |
在本发明中，本发明优选还包括：对按照上述步骤设计的SMA-13沥青混合料的性能进行检测；当所述SMA-13沥青混合料不满足《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》要求时，更换沥青、粗集料、细集料、矿粉和纤维素中的一种或多种，重新按照上述步骤设计SMA-13沥青混合料，直至设计得到的SMA-13沥青混合料的性能足《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》要求；
所述SMA-13沥青混合料的性能包括高温稳定性能、低温力学性能、水稳定性能、析漏性能和飞散性能中的一种或多种。
本发明提供了一种SMA-13沥青混合料VVTM体积设计方法，本发明采用基于振动压实(VVTM)的体积设计方法进行SMA-13沥青混合料配合比设计，包括SMA-13沥青混合料物理参数的测定、矿料级配的设计、最佳油石比的确定步骤。由实施例的结果表明，本发明提供的设计方法设计的SMA-13沥青混合料，路用性能好、沥青用量少且操作简便。与Marshall法相比，采用振动成型方法可大幅提升SMA-13混合料高温性能和水稳定性能，低温变形能力仅略有降低；同时，采用体积设计配合比方法可进一步提升振动成型试件的高温性能及水稳定性并改善低温抗变形能力。
为了进一步说明本发明，下面结合附图和实施例对本发明提供的技术方案进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
参见图2～5，本实施例提供了一种SMA-13沥青混合料VVTM体积设计方法，采用基于振动压实(VVTM)的体积设计方法进行配合比设计，具体按照以下步骤进行：
1.材料的选择及测试
采用韩国双龙SBS改性沥青，山西省临县的玄武岩，陕西商洛产石灰岩自行加工的机制砂，山西柳林石料厂产石灰岩自行磨制的矿粉，江苏某公司提供的木质素纤维。其技术性质试验结果见表3～表7。
表3沥青技术性质
表4粗集料技术指标
表5细集料技术指标
| 试验项目 | 规定值 | 实测值 |
| 表观相对密度 | ≥2.5 | 2.732 |
| 砂当量(％) | ≥70 | 72 |
| 亚甲蓝值(g/㎏) | ≤25 | 10.0 |
| 棱角性(s) | ≥30 | 33.2 |
表6矿粉技术性质
| 试验项目 | 规定值 | 实测值 |
| 表观相对密度 | ≥2.5 | 2.682 |
| 含水量(％) | ≤1 | 0.9 |
| 亲水系数 | <1 | 0.82 |
| <![CDATA[塑性指数(I<sub>P</sub>)]]> | 3.1 | <4 |
| 加热安定性 | 实测记录 | 加热前后没有明显变化，满足施工要求 |
表7纤维技术性质
经检测，原材料各项技术指标均满足JTG F40-2004技术要求。
2.矿料级配的设计
(1)粗集料级配与VCADRC的确定
根据《公路工程集料试验规程》测定粗集料9.5～16mm:4.75～9.5mm质量比分别为55:45、60:40及65:35时的VCADRC，试验结果见表8。
表8 VCADRC测试结果
| 9.5～13.2mm:4.75～9.5mm | 55:45 | 60:40 | 65:35 |
| <![CDATA[VCA<sub>DRC</sub>的平均值]]> | 41.4 | 41.1 | 41.3 |
集料9.5～13.2mm:4.75～9.5mm质量比为60：40时，VCADRC相对最小，故粗集料中9.5～13.2mm集料所占比例0.6。
(2)各组成材料体积比计算
玛蹄脂体积与VCADRC比例a＝0.85时，SMA-13沥青混合料力学性能最佳，此时玛蹄脂体积中沥青胶浆的比例b＝0.59。根据SMA-13混合料体积设计组成中粗集料、细集料、沥青胶浆最优体积比例关系式1，代入a＝0.85、b＝0.59，得到SMA-13混合料最优体积组成比例V粗:V细:V胶浆＝1-VCADRC:0.35VCADRC:0.5VCADRC。
按式2计算SMA-13粗集料(A)、细集料(B)、矿粉(C)、沥青(D)、纤维(E)的体积比例，计算结果见表9。
表9体积比例参数计算结果
(3)矿料级配的换算
计算推荐级配各档矿料通过率，结果见表10。
表10推荐级配各档矿料通过率
| 筛孔孔径(mm) | 13.2 | 9.5 | 4.75 | 2.36 | 1.18 | 0.6 | 0.3 | 0.5 | 0.075 |
| 通过质量百分率(％) | 100 | 55.4 | 25.7 | 20.1 | 16.6 | 14.2 | 12.5 | 11.4 | 8.6 |
(4)初始油石比的计算
(5)纤维掺量的计算
(6)合成级配曲线的确定
根据计算出的推荐级配，对各档矿料进行比例调整，得到满足施工技术规范推荐级配范围，且最接近推荐级配的合成级配和级配曲线见表11及图1。
表11 SMA-13沥青混合料矿料筛分结果
3.最佳油石比的确定
(1)根据工程经验预估初始油石比Pa0＝5.3％，采用VVTM分别制作油石比为5.0％、5.3％、5.6％的三组沥青混合料试件，每组试件6个。
(2)按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)要求测定成型试件的VV、VMA、VFA、VCAmix、MS及FL，试验结果见表12。
表12 SMA-13沥青混合料的垂直振动技术标准
(3)油石比为5.3％时，各项指标均满足要求。
4.性能的检验
按照步骤3确定的最佳油石比5.3％制作车辙板时间和VVTM试件，测试结果见表13。
表13 SMA-13沥青混合料的性能检验结果
结果表明测试均满足工程要求。
将本发明提供的SMA-13沥青混合料VVTM体积设计方法与Marshall法设计方法进行比较，采用VVTM体积设计方法与Marshall法设计的不同类型SMA-13混合料配合比设计结果见表14。表14中，测试结果以GM、GS和GV分表示采用规范中值级配时马歇尔试件(双面击实75次)、SGC试件(旋转压实100次)和VVTM试件(振动压实65s)，以TV表示体积设计方法所得VVTM试件(振动压实65s)。
表14不同级配的SMA-13混合料配合比设计结果对比
表14表明，SMA-13混合料级配相同时，压实标准提高后采用不同压实方式的混合料最佳油石比基本一致。当均采用振动成型试件时，体积法设计得到的混合料最佳油石比与采用规范级配中值的混合料相比最佳油石比更低、密度更高。
VVTM体积设计方法与Marshall法设计的不同类型SMA-13混合料路用性能测试结果及对比结果见表15和表16，其中马歇尔稳定度、动稳定度、抗剪强度和劈裂强度分别以MS、DS、τd、Ri表示，浸水马歇尔稳定度和冻融劈裂强度比分别以MS0、TSR表示。
表15各类型SMA-13混合料路用性能测试结果
表16各类型SMA-13混合料路用性能对比
由表15～16可知，采用规范中值级配时，VVTM试件较马歇尔试件的马歇尔稳定度、动稳定度、抗剪强度、劈裂强度有较大提升，分别提升了约36％、29％、39％、32％，浸水马歇尔稳定度和冻融劈裂强度比提高4％，低温弯曲应变降低4％。采用体积法设计VVTM试件与规范中值级配马歇尔试件相比，可提升马歇尔稳定度、动稳定度、抗剪强度、劈裂强度分别约为61％、49％、57％、41％，水稳定性能提升6％，低温弯曲应变略有降低。采用体积法设计VVTM试件与规范中值级配SGC试件相比，可提升马歇尔稳定度、动稳定度、抗剪强度、劈裂强度、浸水马歇尔和残留强度比分别约为21％、24％、9％、14％、4％、4％，低温弯曲应变降低4％。采用体积法设计VVTM试件与规范中值级配VVTM试件相比，可提升马歇尔稳定度、动稳定度、抗剪强度、劈裂强度、浸水马歇尔、残留强度比和低温弯曲应变分别约为18％、15％、13％、7％、1％、2％和3％。根据试验结果可知，采用振动成型方法可大幅提升SMA-13混合料高温性能和水稳定性能，但低温变形能力略有降低；采用体积设计配合比方法可进一步提升振动成型试件的高温性能及水稳定性并改善低温抗变形能力。
尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。
Claims (10)
1.一种SMA-13沥青混合料VVTM体积设计方法，所述SMA-13沥青混合料包括沥青、粗集料、细集料、矿粉和纤维；玛蹄脂包括沥青、细集料、矿粉和纤维；沥青胶浆包括沥青、矿粉和纤维；其特征在于，包括以下步骤：
(1)获取所述沥青、粗集料、细集料、矿粉和纤维素的物理参数，所述物理参数包括沥青的密度，粗集料的表观相对密度和毛体积相对密度，细集料的表观相对密度，矿粉的表观相对密度，纤维的比重；
(2)所述粗集料包括第一级配粗集料和第二级配粗集料，根据所述粗集料的骨架间隙率随第一级配粗集料占粗集料的质量百分含量的变化关系，在第一级配粗集料占粗集料的质量百分含量取值范围内，以所述粗集料的骨架间隙率取值相对最小为原则，获得所述第一级配粗集料占粗集料的质量百分含量、所述第二级配粗集料占粗集料的质量百分含量和所述粗集料的骨架间隙率；所述第一级配粗集料的粒径为9.5～16mm，所述第二级配粗集料的粒径为4.75～9.5mm；
(3)根据所述SMA-13沥青混合料的力学性能随所述粗集料、细集料与沥青胶浆占SMA-13沥青混合料的体积比的变化关系，所述粗集料、细集料与沥青胶浆占SMA-13沥青混合料的体积比随粗集料的骨架间隙率、玛蹄脂体积、玛蹄脂体积中沥青胶浆的体积百分含量的变化关系，以所述SMA-13沥青混合料力学性能最佳为原则，获得玛蹄脂体积与所述粗集料的骨架间隙率的比值和玛蹄脂体积中沥青胶浆的体积百分含量；所述SMA-13沥青混合料的力学性能包括马歇尔稳定度、抗压强度、抗剪强度和劈裂强度中的一种或多种；
(4)根据矿粉的表观相对密度、纤维的比重、沥青的密度、玛蹄脂体积与所述粗集料的骨架间隙率的比值和玛蹄脂体积中沥青胶浆的体积百分含量之间的关系，获得所述SMA-13沥青混合料中沥青、粗集料、细集料、矿粉和纤维的体积百分含量的比值；
(5)根据矿粉的表观相对密度、粗集料的表观相对密度和细集料的表观相对密度获得关键档矿料筛孔通过率，所述关键档矿料筛孔通过率包括4.75mm档矿料筛孔通过率和0.075档矿料筛孔通过率；根据所述第一级配粗集料的质量百分含量和4.75mm档矿料筛孔通过率获得9.5mm档矿料筛孔通过率；16mm档矿料筛孔通过率为100％；根据关键档矿料筛孔通过率、9.5mm档矿料筛孔通过率和16mm档矿料筛孔通过率，获得剩余的推荐级配各档矿料筛孔通过率；所述推荐级配各挡矿料筛孔通过率包括：16mm档矿料筛孔通过率、9.5mm档矿料筛孔通过率、4.75mm档矿料筛孔通过率、0.075档矿料筛孔通过率和剩余的推荐级配各档矿料筛孔通过率；所述剩余的推荐级配各档矿料筛孔通过率包括：2.36mm档矿料筛孔通过率、1.18mm档矿料筛孔通过率、0.6mm档矿料筛孔通过率、0.3mm档矿料筛孔通过率和0.15档矿料筛孔通过率；
所述步骤(2)～(4)与步骤(5)之间没有时间先后顺序的限制；
(6)根据沥青的密度、矿粉的表观相对密度、粗集料的表观相对密度和细集料的表观相对密度获得初始油石比；根据纤维的比重、矿粉的表观相对密度、粗集料的表观相对密度和细集料的表观相对密度获得纤维掺量；根据所述初始油石比、所述推荐级配各档矿料筛孔通过率和所述SMA-13沥青混合料中沥青、粗集料、细集料、矿粉和纤维的体积百分含量的比值，采用垂直振动压实法制作VVTM试件；所述VVTM试件包括第一试件、第二试件和第三试件，所述第一试件油石比比所述初始油石比小0.2～0.4；所述第二试件的油石比为初始油石比；所述第三试件的油石比比所述初始油石比大0.2～0.4；
(7)测定所述VVTM试件的毛体积密度，根据所述毛体积密度获得所述VVTM试件的物理参数，所述VVTM试样的物理参数包括粗集料间隙率、矿料间隙率和试样空隙率；当所述第一试件、第二试件和第三试件同时满足垂直振动压实法设计标准时，选择第一试件、第二试件和第三试件中，SMA-13沥青混合料目标空隙率对应的VVTM试件的油石比为所述SMA-13沥青混合料的最佳油石比；垂直振动压实法设计标准包括：VVTM试件的粗集料间隙率＜粗集料的骨架间隙率、VVTM试件的矿料间隙率≥14.5且试件空隙率为2.5～4；
当所述第一试件、第二试件和第三试件不同时满足垂直振动压实法设计标准时，降低所述第一级配粗集料和所述第二级配粗集料的分级边界值，重新进行步骤(2)～(7)，直至所述第一试件、第二试件和第三试件同时满足垂直振动压实法设计标准，选择第一试件、第二试件和第三试件中，SMA-13沥青混合料的目标空隙率对应的试件的油石比为SMA-13沥青混合料的最佳油石比。
2.根据权利要求1所述的SMA-13沥青混合料VVTM体积设计方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述粗集料、细集料和沥青胶浆占SMA-13沥青混合料的体积比随粗集料的骨架间隙率、玛蹄脂体积、玛蹄脂体积中沥青胶浆的体积百分含量的之间的关系如式1所示：
V粗:V细:V胶浆＝1-VCADRC:a(1-b)VCADRC:abVCADRC 式1
式1中，V粗为粗集料的体积，V细为细集料的体积，V胶浆为沥青胶浆的体积，VCADRC为粗集料的骨架间隙率；a为玛蹄脂体积与所述粗集料的骨架间隙率的比值，b为玛蹄脂体积中沥青胶浆的体积百分含量。
3.根据权利要求1所述的SMA-13沥青混合料VVTM体积设计方法，其特征在于，所述步骤(4)中，所述矿粉的表观相对密度、纤维的比重、沥青的密度、玛蹄脂体积与所述粗集料的骨架间隙率的比值和玛蹄脂体积中沥青胶浆的体积百分含量与所述SMA-13沥青混合料中沥青、粗集料、细集料、矿粉和纤维的体积百分含量的比值之间的关系如式2所示：
式2中，A为粗集料的体积百分含量，B为细集料的体积百分含量，C为矿粉的体积百分含量，D为沥青的体积百分含量，E为纤维的体积百分含量；ρ矿为矿粉的表观相对密度，ρ纤为纤维的比重，ρ沥为沥青的密度。
4.根据权利要求1所述的SMA-13沥青混合料VVTM体积设计方法，其特征在于，所述步骤(5)中，4.75mm档矿料筛孔通过率的计算公式如式3所示；0.075档矿料筛孔通过率的计算公式如式4所示；9.5mm档矿料筛孔通过率的计算公式如式5所示；2.36mm档矿料筛孔通过率的计算公式如式6所示；1.18mm档矿料筛孔通过率的计算公式如式7所示；0.6mm档矿料筛孔通过率的计算公式如式8所示；0.3mm档矿料筛孔通过率的计算公式如式9所示；0.15mm筛孔通过率的计算公式如式10所示；
100-k(100-P4.75)式5；
0.7×(P4.75-P0.075)+P0.075式6；
0.72×(P4.75-P0.075)+P0.075式7；
0.73×(P4.75-P0.075)+P0.075式8；
0.74×(P4.75-P0.075)+P0.075式9；
0.75×(P4.75-P0.075)+P0.075式10；
式3和式4中，Aγc为粗集料的表观相对密度，Bγf为细集料的表观相对密度；Cγk为矿粉的表观相对密度；
式5中，k为第一级配粗集料占粗集料的质量百分含量，P4.75为4.75mm档矿料筛孔通过率；
式6～10中，P0.075为0.075mm档矿料筛孔通过率。
5.根据权利要求1或4所述的SMA-13沥青混合料VVTM体积设计方法，其特征在于，所述步骤(5)中，得到所述推荐级配各档矿料筛孔通过率后，还包括：根据所述推荐级配各档矿料筛孔通过率，获得满足施工规范的推荐级配各档矿料筛孔通过率范围，根据满足施工规范的推荐级配各档矿料筛孔通过率范围获得最接近推荐级配各档矿料筛孔通过率的合成级配各档矿料筛孔通过率；所述步骤(6)中，采用垂直振动压实法制作VVTM试件时，根据初始油石比和合成级配各档矿料筛孔通过率进行。
6.根据权利要求1或4所述的SMA-13沥青混合料VVTM体积设计方法，其特征在于，步骤(6)中，所述初始油石比的计算公式如式11所示：
式11中，Dγb为沥青的密度，Aγc为粗集料的表观相对密度，Bγf为细集料的表观相对密度；Cγk为矿粉的表观相对密度。
7.根据权利要求1或4所述的SMA-13沥青混合料VVTM体积设计方法，其特征在于，步骤(6)中，所述纤维掺量的计算公式如式12所示：
式12中，Eγx为纤维的比重，Aγc为粗集料的表观相对密度，Bγf为细集料的表观相对密度；Cγk为矿粉的表观相对密度。
8.根据权利要求1所述的SMA-13沥青混合料VVTM体积设计方法，其特征在于，步骤(7)中，所述VVTM试件的物理参数还包括沥青饱和度、马歇尔稳定度和流值中的一种或多种；所述垂直振动压实法设计标准还包括：所述沥青饱和度为75～85％、所述马歇尔稳定度≥10kN和所述流值为1.5～4mm中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的SMA-13沥青混合料VVTM体积设计方法，其特征在于，步骤(2)中，所述粗集料的骨架间隙率根据《公路工程集料试验规程》T309-2005计算得到；
步骤(7)中，根据《公路工程集料试验规程》T309-2005测定VVTM试件毛体积密度。
10.根据权利要求1所述的SMA-13沥青混合料VVTM体积设计方法，其特征在于，所述步骤(7)之后，还包括：按照步骤(1)～(7)的VVTM体积设计方法设计SMA-13沥青混合料，采用垂直振动压实法制作SMA-13沥青混合料试样，对所述SMA-13沥青混合料试样的性能进行检测；当所述SMA-13沥青混合料试样不满足《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》要求时，更换沥青、粗集料、细集料、矿粉和纤维素中的一种或多种，重新按照步骤(1)～(7)的VVTM体积设计方法设计SMA-13沥青混合料，采用垂直振动压实法制作SMA-13沥青混合料试样，对所述SMA-13沥青混合料试样的性能进行检测；直至SMA-13沥青混合料试样的性能足《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》要求；
所述SMA-13沥青混合料试样的性能包括高温稳定性能、低温力学性能、水稳定性能、析漏性能和飞散性能中的至少一种。
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 张银生等: "成型方法对SＭA-13沥青混合料技术性能的影响", 《公路》, vol. 2022, no. 7, 31 July 2022 (2022-07-31), pages 380 - 387 * |
| 蒋应军等: "不同方法设计SMA 沥青混合料路用性能评价", 《公路交通技术》, vol. 36, no. 3, 30 June 2020 (2020-06-30), pages 31 - 36 * |
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