CN117433927A - 一种乳化沥青冷拌沥青混合料最佳油石比的确定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种乳化沥青冷拌沥青混合料最佳油石比的确定方法。包括：步骤1、确定冷拌沥青混合料矿料组成；步骤2、计算初始油石比P；步骤3、以0.3％为间隔，得到五组油石比；步骤4、将各组成材料分三次倒入拌锅搅拌；步骤5、将混合料静置一段时间后，按要求成型马歇尔试件；步骤6、对试件进行单轴压缩和劈裂试验；步骤7、根据单轴抗压强度和劈裂强度计算抗剪强度参数黏聚力和内摩擦力；步骤8、根据抗剪强度参数计算抗剪强度；步骤9、绘制抗剪强度随油石比的变化曲线图，以曲线图峰值对应的油石比作为最佳油石比。本发明可以更准确的确定乳化沥青冷拌沥青混合料最佳油石比，且操作简单、快速、试验结果可靠。
Description
技术领域
本发明涉及道路工程设计及施工领域，尤其是涉及一种乳化沥青冷拌沥青混合料最佳油石比的确定方法。
背景技术
沥青混合料因其强度高，耐久性好，施工方便等优良性能，被广泛应用于沥青混凝土路面施工中，因此，沥青混合料性能发挥的好坏将直接影响沥青混凝土道路的质量，在沥青混合料的生产过程中，油石比是影响沥青混合料性能发挥的一个重要因素，过高的油石比会导致路面出现高温车辙，泛油等病害，过低的油石比则会导致路面抗疲劳性能、抗水损害性能下降，摊铺压实困难，因此最佳油石比的确定是保证沥青混合料发挥最佳性能，提高沥青混凝土路面使用寿命的前提。
目前国内关于沥青混合料最佳油石比的确定方法主要有四种分别是：马歇尔设计方法、最大黏结力法、最大疲劳寿命法、沥青膜厚法。
马歇尔设计方法是我国目前使用最广的油石比设计方法，该方法注重沥青混合料的密实度及孔隙特性，强调用合适的空隙率来获取优良性能的沥青混合料，其主要试验过程如下：首先测定不同油石比的马歇尔试件稳定度、流值、密度、孔隙率、沥青饱和度，然后以密度和稳定度的最大值，孔隙率和沥青饱和度的中值，所对应的油石比取平均值定义为OAC1，同时取各项马歇尔试验指标都符合的油石比范围中值作为OAC2，最后将OAC1和OAC2相加取平均值作为最佳油石比，该方法虽然操作简单，应用广泛，但其控制指标往往与实际施工的路面性能相关性不大，并且该方法在实际使用过程中可能会出现稳定度和密度无最大值的情况，这将会导致确定最佳油石比的指标仅剩孔隙率及沥青饱和度，严重影响最佳油石比的确定。
最大黏结力法认为沥青混合料的强度不仅仅依靠集料之间的咬合力作用，还来源于沥青与矿料之间的黏结力，而沥青与矿料之间的黏结力又可以通过抗拉强度和抗压强度的乘积来确定，因此可以通过对不同油石比成型的马歇尔试件进行抗压和抗拉强度试验结合黏结力公式得出沥青与矿料之间的黏结力，选取黏结力最大点对应的油石比作为最佳油石比，该方法确定的最佳油石比通常比马歇尔设计方法确定的最佳油石比偏大，且该方法侧重于沥青混合料的抗拉强度，因此更适用于沥青路面抗疲劳层以及桥面铺装中的下层沥青混合料最佳油石比确定。
最大疲劳寿命法，以疲劳寿命为主要控制指标，其主要试验过程是通过将不同油石比的小梁试件置于UTM机上进行疲劳试验，得到不同油石比沥青混合料的最大疲劳寿命，以最大疲劳寿命对应的油石比作为混合料的最佳油石比，该方法虽然能够较为方便的确定混合料的最佳油石比，但混合料的疲劳寿命主要影响因素为荷载的大小、材料的性质组成以及环境条件，小范围沥青用量大小的变化对沥青混合料疲劳寿命的影响并不是特别明显，往往会导致确定的沥青混合料最佳油石比较其他方法较大的情况。
沥青膜厚法认为，为了保证沥青路面具有良好的抗车辙、抗低温开裂、抗水损害性能，沥青与集料之间必须黏附足够的沥青膜，该方法的主要试验过程是通过集料比表面积公式计算出集料比表面积，再根据集料比表面积利用成膜沥青用量计算公式和沥青吸收率公式计算出成膜沥青用量及集料吸收沥青量，最后根据计算所得成膜沥青用量和被集料吸收的沥青用量作为结构沥青用量，以该结构沥青用量作为沥青混合料的最佳油石比，该方法操作简单，能够较快的获得最佳油石比，但该方法主要通过公式计算得出最佳油石比，并未与实际施工路面路用性能建立联系，误差较大，得出的结果往往小于实际的最佳油石比。
以上四种方法是目前国内确定最佳油石比常用的几种方法，这些方法在实际使用过程中都存在不同程度的不足，并且这些方法的使用对象主要是热拌沥青混合料，对于冷拌沥青混合料的最佳油石比确定目前并无通用的方法，因此目前国内还是主要通过参照热拌沥青混合料的最佳油石比确定方法来确定冷拌沥青混合料的最佳油石比，但在实际使用中，冷拌沥青混合料由于其所用材料的特殊性，导致其在强度发展、养生条件、使用环境和部位、耐久性能、路用性能等方面与热拌沥青混合料存在一定的差异，按照热拌沥青混合料最佳油石比确定方法确定冷拌沥青混合料的最佳油石比并不合理，例如采用马歇尔设计方法确定冷拌沥青混合料最佳油石比时，按照热拌沥青混合料试件的成型方式和养生条件去成型和养生冷拌沥青混合料试件进行最佳油石比确定的相关试验，同样的试验过程得出的试验结果可能会出现较大的变异性以及不符合常规的试验结果，导致无法准确确定冷拌沥青混合料的最佳油石比。
综上，亟需一种能够快速准确确定乳化沥青冷拌沥青混合料最佳油石比的方法。
发明内容
本发明的目的在于提出一种乳化沥青冷拌沥青混合料最佳油石比的确定方法，可以更准确的确定乳化沥青冷拌沥青混合料最佳油石比，且操作简单、快速、试验结果可靠。
一种适用于乳化沥青冷拌沥青混合料最佳油石比确定的方法，包括如下步骤：步骤1、确定冷拌沥青混合料的矿料组成；
步骤2、根据步骤1所确定的矿料级配筛分数据利用乳化沥青最佳流体量分析经验公式1计算得出初始油石比P；
P＝0.06A+0.12B+0.2C 式1
式中：P为乳液占矿料干质量百分比(％)；A--矿料中粒径大于2.36mm矿料的含量(％)；B--矿料中粒径在2.36mm-0.075mm矿料的含量(％)；C--矿料中粒径小于0.075mm矿料的含量(％)。
步骤3、以步骤2确定的初始油石比P为基础，按照0.3％为间隔，得到五组油石比P、P±0.3％、P±0.6％；
步骤4、根据步骤1和步骤3确定的矿料组成和油石比，计算出五组不同油石比的冷拌沥青混合料组成材料用量，然后分三次将各材料按照规定的顺序倒入25℃的拌合锅内拌合，制备不同油石比的冷拌沥青混合料；
步骤5、将拌制好的五组不同油石比冷拌沥青混合料在常温下静置一段时间后，双面击实成型马歇尔试件，并将成型好的马歇尔试件放至烘箱中养生；
步骤6、将按照步骤5养生结束后的每种油石比的马歇尔试件均匀分为两组，对其中一组马歇尔试件进行单轴无侧限抗压强度试验，测定试件抗压强度，定义为σp，另一组马歇尔试件进行劈裂强度试验，测定试件劈裂强度，定义为σt；
步骤7、根据步骤6中测得的σp和σt数值，由式2和式3计算得到混合料的两个抗剪指标参数黏聚力c和内摩擦角
步骤8、根据步骤7得到的抗剪指标参数c和代入公式4和公式5中得到混料的抗剪强度值，定义为τf；
式2、3、4、5中：σt为劈裂抗拉强度；σp为无侧限抗压强度；σ为主应力；c为黏聚力；为内摩擦角。
步骤9、根据步骤8获得的抗剪强度τf绘制抗剪强度随油石比的变化曲线图，抗剪强度峰值对应的油石比即为混合料的最佳油石比。
优选的，步骤4所述分三次将各材料按照规定的顺序倒入拌合锅内拌合，第一次拌合为集料加水拌合，第二次拌合为加入乳化沥青拌合，第三次拌合为加入填料拌合。
优选的，步骤5所述将冷拌沥青混合料在常温下静置时间为：慢裂乳化沥青静置4h，快裂乳化沥青静置10min。
优选的，步骤5所述双面击实成型马歇尔试件，击实次数为双面各75次。
优选的，步骤5所述将成型好的马歇尔试件放置烘箱中养生，养生温度为60℃，养生时间为试件质量不再变化的时间。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果包括：
本发明充分考虑了冷拌沥青混合料与热拌沥青混合料在成型方法，养生条件，性能发挥、使用条件等方面的差异性，规定了冷拌沥青混合料在最佳油石比确定时试验试件的成型方法、养生条件保证冷拌沥青混合料的性能能够充分发挥，并同时结合冷拌沥青混合料用于路面施工时的实际受力状态，以抗剪强度作为冷拌沥青混合料最佳油石比确定的评价指标，能够更为准确快速的得到冷拌沥青混合料的最佳油石比，且结果准确可靠。
附图说明
图1为实施例抗剪强度结果；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应当理解，此处所描述的具体实例，仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
本实施例采用级配采用超薄磨耗层(UTAC-5)矿料级配，乳化沥青选用慢裂乳化沥青，具体实施例如下：
实施例一
步骤1、选用UTAC-5级配作为矿料级配，慢裂乳化沥青作为结合料。
步骤2、结合步骤1所确定的级配筛分数据，利用乳化沥青最佳流体分析经验公式得出初始沥青用量7％。
步骤3、以步骤2确定的初始油石比7％为基础按照0.3％为间隔，获得五组油石比分别为6.4％、6.7％、7.0％、7.3％、7.6％。
步骤4、根据步骤1和步骤3确定的级配组成和乳化沥青油石比，计算各组分材料用量，并分三次将各组分材料加入拌合锅内保持拌锅在25℃下搅拌，制备冷拌沥青混合料，具体顺序为第一次加水和集料进行搅拌，第二次加入乳化沥青搅拌、第三次加入矿粉进行搅拌。
步骤5、将拌制好的五组不同油石比的沥青混合料置于常温条件下静置4h后，按照双面击实75次的标准成型马歇尔试件，每组油石比成型4个马歇尔试件，五种油石比共计20个马歇尔试件，将成型后的马歇尔试件放置于60℃烘箱中连续养生48h。
步骤6、将不同油石比的4个马歇尔试件分为两组，一组2个，分别进行单轴抗压试验和劈裂试验测得抗压强度值和劈裂强度值，试验结果见表1和表2，且该试验结果为一组两个试件的平均值。
表1 UTAC-5级配抗压强度σp试验结果
| 油石比(％) | 6.4 | 6.7 | 7.0 | 7.3 | 7.6 |
| 抗压强度(MPa) | 3.81 | 4.07 | 4.15 | 4.56 | 4.50 |
表2 UTAC-5级配劈裂强度σt试验结果
| 油石比(％) | 6.4 | 6.7 | 7.0 | 7.3 | 7.6 |
| 劈裂强度(MPa) | 0.37 | 0.41 | 0.42 | 0.54 | 0.52 |
步骤7、根据步骤6得到的抗压强度和劈裂强度代入公式2、3求得抗剪强度的两个参数黏聚力c和内摩擦力计算结果见表3和表4。
表3 UTAC-5级配黏聚力c计算结果
| 油石比(％) | 6.4 | 6.7 | 7.0 | 7.3 | 7.6 |
| 黏聚力(MPa) | 0.59 | 0.65 | 0.66 | 0.78 | 0.76 |
表4 UTAC-5级配内摩擦角计算结果
| 油石比(％) | 6.4 | 6.7 | 7.0 | 7.3 | 7.6 |
| 内摩擦角(°) | 55.38 | 54.78 | 54.71 | 52.02 | 52.45 |
步骤8、根据步骤7得到的抗剪指标参数c和代入公式4、5中得到抗剪强度τf，结果见表5。
表5 UTAC-5级配抗剪强度τf试验结果
| 油石比(％) | 6.4 | 6.7 | 7.0 | 7.3 | 7.6 |
| 抗剪强度(MPa) | 1.48 | 1.62 | 1.65 | 2.06 | 1.99 |
步骤9、根据步骤8获得的抗剪强度τf绘制抗剪强度随油石比的变化曲线图，如图1所示，可以看出油石比在7.3％时抗剪强度达到峰值，此油石比即为最佳油石比。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种乳化沥青冷拌沥青混合料最佳油石比的确定方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、确定冷拌沥青混合料的矿料组成；
步骤2、根据步骤1所确定的矿料级配筛分数据利用乳化沥青最佳流体量分析经验公式1计算得出初始油石比P；
P＝0.06A+0.12B+0.2C 式1
式中：P为乳化沥青占矿料干质量百分比(％)；A--矿料中粒径大于2.36mm矿料的含量(％)；B--矿料中粒径在2.36mm-0.075mm矿料的含量(％)；C--矿料中粒径小于0.075mm矿料的含量(％)。
步骤3、以步骤2确定的初始油石比P为基础，按照0.3％为间隔，得到五组油石比P、P±0.3％、P±0.6％；
步骤4、根据步骤1和步骤3确定的矿料组成和油石比，计算出五组不同油石比的冷拌沥青混合料组成材料用量，然后分三次将各材料按照规定的顺序倒入25℃的拌合锅内拌合，制备不同油石比的冷拌沥青混合料；
步骤5、将拌制好的五组不同油石比冷拌沥青混合料在常温下静置一段时间后，双面击实成型马歇尔试件，并将成型好的马歇尔试件放至烘箱中养生；
步骤6、将按照步骤5养生结束后的每种油石比的马歇尔试件均匀分为两组，对其中一组马歇尔试件进行单轴无侧限抗压强度试验，测定试件抗压强度，定义为σp，另一组马歇尔试件进行劈裂强度试验，测定试件劈裂强度，定义为σt；
步骤7、根据步骤6中测得的σp和σt数值，由式2和式3计算得到混合料的两个抗剪指标参数黏聚力c和内摩擦角
步骤8、根据步骤7得到的抗剪指标参数c和代入公式4和公式5中得到混料的抗剪强度值，定义为τf；
式2、3、4、5中：σt为劈裂强度；σp为无侧限抗压强度；σ为主应力；c为黏聚力；为内摩擦角。
步骤9、根据步骤8获得的抗剪强度τf绘制抗剪强度随油石比的变化曲线图，抗剪强度峰值对应的油石比即为混合料的最佳油石比。
2.如权利要求1所述方法，其特征在于，分三次将各材料按照规定的顺序倒入拌合锅内拌合，第一次拌合为集料加水拌合，第二次拌合为加入乳化沥青拌合，第三次拌合为加入填料拌合。
3.如权利要求1所述方法，其特征在于，将冷拌沥青混合料在常温下静置时间为：慢裂乳化沥青静置4h，快裂乳化沥青静置10min。
4.如权利要求1所述方法，其特征在于，双面击实成型马歇尔试件，击实次数为双面各75次。
5.如权利要求1所述方法，其特征在于，将成型好的马歇尔试件放置烘箱中养生，养生温度为60℃，养生时间为试件质量不再变化的时间。
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