一種基于細觀指標設計骨架密實型瀝青混合料的方法技術

一種基于細觀指標設計骨架密實型瀝青混合料的方法，包括以下步驟：選擇集料，將粗細集料劃分為粗細兩檔；以分級摻配法設計主骨架，以Superpave確定細集料級配；體積法確定粗細集料比例，初定瀝青用量；最優骨架的驗證和級配的細部調整；最佳瀝青用量的確定。通過本發明專利技術提出的設計方法設計骨架密實型瀝青混合料，混合料內骨架穩定性好，可有效提高瀝青路面的路用性能和施工建設質量，還節省工程造價，具有非常大的社會經濟效益。

A Method of Designing Skeleton Dense Asphalt Mixture Based on Meso-index

A design method of skeleton dense asphalt mixture based on meso-index includes the following steps: selecting aggregate and dividing coarse and fine aggregate into two grades; designing main skeleton by grading mixing method and determining fine aggregate gradation by Superpave; determining coarse and fine aggregate proportion by volume method and initial asphalt dosage; verifying the optimal skeleton and adjusting the gradation in detail; and determining the optimal asphalt dosage. Fixed. Through the design method of the invention, the skeleton dense asphalt mixture is designed, and the stability of the skeleton in the mixture is good, which can effectively improve the road performance and construction quality of the asphalt pavement, save the cost of the project, and have great social and economic benefits.

【技術實現步驟摘要】
一種基于細觀指標設計骨架密實型瀝青混合料的方法
本專利技術涉及一種基于細觀指標設計骨架密實型瀝青混合料的方法，屬于道路工程領域。
技術介紹
目前，骨架密實型瀝青混合料設計過程中，一般依據美國SMA對骨架密實結構的定義，根據經驗公式對粗集料骨架狀態進行判斷：當VCAmix<VCADRC時，粗集料相互嵌擠形成骨架；當VCAmix≡VCADRC時表示粗集料剛好發揮最佳嵌擠效果；如VCAmix>VCADRC，則粗集料骨架被撐開，細集料和瀝青膠漿對粗集料骨架形成干涉。然而，不但VCAmix和VCADRC在試件成型，試件體積指標的計算方法上均存在較大差異，且VCAmix計算過程中采用的是經驗法，與瀝青混合料和粗集料的毛體積密度密切相關，同時通過經驗公式來估算吸附瀝青對集料密度的影響。采用經驗法計算VCAmix時，很可能會因為經驗系數取值和人為誤差積累等因素導致計算結果產生較大的誤差，從而不能完全真實地評價瀝青混合料的路用性能。考慮到目前粗集料骨架嵌擠標準并不能很好地指導骨架密實型瀝青混合料的設計，有學者提出如骨架接觸度(SSC)、骨架穩定度(S)和級配干涉系數等骨架密實結構評價標準，也均是以VCAmix作為基礎，參數計算過程中需準確量測VCAmix值。且不論依據經驗公式計算VCA、骨架接觸度和骨架穩定度等過程中的誤差對骨架判別結果的影響，并且VCA也是認識瀝青混合料整體結構的一個宏觀指標。當粗集料形成骨架結構時，瀝青混合料內部結構狀態如粗集料的分布及其相互之間的關系，粗集料對骨架構成的作用也無從可知。所以，為減少或延緩瀝青路面車轍病害的出現，使設計的瀝青混合料具備更優良的路用性能，急需提出一種能反映瀝青混合料骨架狀態且較為精確的評價指標和設計方法，以指導骨架密實型瀝青混合料的設計。
技術實現思路
本專利技術的目的是為了克服目前骨架密實型瀝青混合料設計和評價指標的不足，提出一種基于細觀指標設計骨架密實型瀝青混合料的方法，該方法能更好地反映瀝青混合料真實的骨架狀態，可保證粗集料相互嵌擠形成最優主骨架，可靠度高且試驗量小，設計的瀝青混合料具有較強抵抗永久變形的能力。為了解決上述技術問題，本專利技術是通過以下技術方案實現的：一種基于細觀指標設計骨架密實型瀝青混合料的方法，包括以下步驟：步驟1：選擇集料，將粗細集料劃分為粗細兩檔；步驟2：以分級摻配法設計主骨架，以Superpave確定細集料級配；步驟3：體積法確定粗細集料比例，初定瀝青用量；步驟4：最優骨架的驗證和級配的細部調整；步驟5：最佳瀝青用量的確定。進一步，步驟2中，分級摻配法為：從最大公稱尺寸集料開始，與次一檔尺寸集料按照不同比例進行摻配，當混合料達到最小空隙率時相應的各檔集料比例，就認為是構成最優骨架的粗細集料比例，然后，將此比例的混合料與下一檔粒徑集料逐級摻配，按照粒徑大小逐級進行摻配直至粗細集料分界粒徑為止。進一步，所述摻配過程以搗實法操作，主要步驟為：從最大公稱尺寸集料開始，與次一檔尺寸集料進行摻配，分別按照0:100、20:80、40:60、60:40、80:20和100:0的摻配比例進行搗實試驗，每種比例至少進行3次平行試驗，測定混合料的空隙率并進行高斯峰值擬合，空隙率擬合曲線最小值即為混合料最密實狀態下的比例。進一步，驗證主骨架是否受到干涉，需依據式(1)進行骨架判別，若驗證結果表明骨架受到干涉，則調整各檔集料的比例，使之滿足式(1)的要求，按照粒徑從大到小的順序逐級進行摻配，可得出粗集料級配曲線。其中，qc、qf分別為較粗集料和次一檔尺寸集料的含量，％；VCA為粗集料形成的空隙，％；ρsc、ρf分別為粗集料干搗實密度和細集料的毛體積密度，g/cm3。進一步，步驟2中，Superpave級配采用的是Talbot的最大密度曲線(n法，n＝0.435)，選用從禁區下方通過的級配曲線。進一步，步驟3中，粗細集料比例和瀝青初步用量可根據式(2)確定，其中，q粗、q細、q粉和q瀝青分別為粗集料、細集料、礦粉以及瀝青的質量比例，％；ρ粗集料搗實密度、ρ細集料合成密度、ρ粉和ρ瀝青分別為粗集料的干搗實密度、細集料的合成密度、礦粉密度和瀝青密度，g/cm3；VCADRC為設計過程中第二步得到的粗集料空隙率，％；VV為設計空隙率，％。進一步，根據級配成型馬歇爾試件，為雙面擊實75次，或旋轉壓實試件，為旋轉壓實150次，基于X-RayCT掃描或利用切割機對試件進行切割，獲取瀝青混合料切片圖像后進行粗集料接觸分析，計算VCAmix(IMAGE)，得到混合料的細觀評價指標如VCAmix(IMAGE)、平均配位數和“懸浮”粗集料含量C，根據以上指標對設計級配進行驗證和調整，骨架的驗證以考慮粗集料接觸特性，根據數字圖像法獲得的VCAmix(IMAGE)<VCADRC為判別指標，嚴格保證粗集料更好地發揮嵌擠作用，而級配調整的細觀指標應達到同時C<25％。進一步，最佳瀝青用量可根據馬歇爾試驗確定，至此完成基于細觀指標設計骨架密實功能型混合料的過程。與現有技術相比，本專利技術的有益效果是：本專利技術考慮粗集料接觸特性，提出了更為精確的VCAmix計算方法，克服了目前VCAmix計算過程中因密度測量和經驗系數取值等導致的誤差，能更好地反映瀝青混合料真實的骨架狀態。同時，基于細觀指標設計骨架密實型瀝青混合料的方法能可保證粗集料相互嵌擠形成最優主骨架，直觀方便，可靠度高且試驗量小。通過本專利技術提出的設計方法設計骨架密實型瀝青混合料，混合料內骨架穩定性好，可有效提高瀝青路面的路用性能和施工建設質量，還節省工程造價，具有非常大的社會經濟效益。附圖說明附圖用來提供對本專利技術的進一步理解，與本專利技術的實施例一起用于解釋本專利技術，并不構成對本專利技術的限制，在附圖中：圖1是設計流程圖；圖2是分級摻配設計主骨架的過程；圖3a是VCAmix示意圖；圖3b是VCAmix(IMAGE)示意圖。具體實施方式以下結合附圖對本專利技術的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優選實施例僅用于說明和解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。本專利技術所述一種基于細觀指標設計骨架密實型瀝青混合料的方法如圖1所示。第一步：將粗細集料劃分為粗細兩檔。對粗細集料進行劃分是為了區別各結構組分在混合料中所起的作用，粗集料主要形成嵌擠的主骨架，而細集料主要負責填充主骨架之間的空隙。第二步：以分級摻配法設計主骨架。分級摻配法的原理為：從最大公稱尺寸集料開始，與次一檔尺寸集料按照不同比例進行摻配，當混合料達到最小空隙率時相應的各檔集料比例，就認為是構成最優骨架的粗細集料比例。然后，將此比例的混合料與下一檔粒徑集料逐級摻配，按照粒徑大小逐級進行摻配直至粗細集料分界粒徑為止。摻配過程以目前為主流的搗實法操作，設計過程見附圖2。主要步驟為：從最大公稱尺寸集料開始，與次一檔尺寸集料進行摻配，分別按照0:100、20:80、40:60、60:40、80:20和100:0的摻配比例進行搗實試驗。每種比例至少進行3次平行試驗，測定混合料的空隙率并進行高斯峰值擬合，空隙率擬合曲線最小值即為混合料最密實狀態下的比例。同時為驗證主骨架是否受到干涉，需依據式(1)進行骨架判別。若驗證結果表明骨架受到干涉，則調整各檔集料的比例，使之滿足本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種基于細觀指標設計骨架密實型瀝青混合料的方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1：選擇集料，將粗細集料劃分為粗細兩檔；步驟2：以分級摻配法設計主骨架，以Superpave確定細集料級配；步驟3：體積法確定粗細集料比例，初定瀝青用量；步驟4：最優骨架的驗證和級配的細部調整；步驟5：最佳瀝青用量的確定。

【技術特征摘要】
1.一種基于細觀指標設計骨架密實型瀝青混合料的方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1：選擇集料，將粗細集料劃分為粗細兩檔；步驟2：以分級摻配法設計主骨架，以Superpave確定細集料級配；步驟3：體積法確定粗細集料比例，初定瀝青用量；步驟4：最優骨架的驗證和級配的細部調整；步驟5：最佳瀝青用量的確定。2.根據權利要求1所述一種基于細觀指標設計骨架密實型瀝青混合料的方法，其特征在于，步驟2中，分級摻配法為：從最大公稱尺寸集料開始，與次一檔尺寸集料按照不同比例進行摻配，當混合料達到最小空隙率時相應的各檔集料比例，就認為是構成最優骨架的粗細集料比例，然后，將此比例的混合料與下一檔粒徑集料逐級摻配，按照粒徑大小逐級進行摻配直至粗細集料分界粒徑為止。3.根據權利要求2所述一種基于細觀指標設計骨架密實型瀝青混合料的方法，其特征在于，所述摻配過程以搗實法操作，主要步驟為：從最大公稱尺寸集料開始，與次一檔尺寸集料進行摻配，分別按照0:100、20:80、40:60、60:40、80:20和100:0的摻配比例進行搗實試驗，每種比例至少進行3次平行試驗，測定混合料的空隙率并進行高斯峰值擬合，空隙率擬合曲線最小值即為混合料最密實狀態下的比例。4.根據權利要求2所述一種基于細觀指標設計骨架密實型瀝青混合料的方法，其特征在于，驗證主骨架是否受到干涉，需依據式(1)進行骨架判別，若驗證結果表明骨架受到干涉，則調整各檔集料的比例，使之滿足式(1)的要求，按照粒徑從大到小的順序逐級進行摻配，可得出粗集料級配曲線；其中，qc、qf分別為較粗集料和次一檔尺寸集料的含量，％；VCA為粗集料形成的空隙，％；ρsc、ρf分別為粗集料干搗實密度和細集料...

【專利技術屬性】
技術研發人員：石立萬，
申請(專利權)人：佛山科學技術學院，
類型：發明
國別省市：廣東,44