一種瀝青混合料配合比設(shè)計方法及瀝青混合料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種瀝青混合料配合比設(shè)計方法及瀝青混合料，所述方法包括：步選擇原材料，級配設(shè)計，根據(jù)推薦的瀝青膜厚度，確定合理油石比，以0.5％為間隔調(diào)整3個不同的油石比制作三組馬歇爾試件，目標(biāo)空隙率所對應(yīng)的油石比與合理油石比的平均值即為最佳油石比，進(jìn)行配合比設(shè)計檢驗(yàn)，得出最終的配合比。本發(fā)明只需以合理油石比為中值±5％取3個油石比分別制作馬歇爾試件即可定最佳油石比。
【專利說明】一種瀝青混合料配合比設(shè)計方法及瀝青混合料 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種公路與城市道路設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于瀝青膜厚的瀝 青混合料配合比設(shè)計方法及根據(jù)該方法制作的瀝青混合料。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 瀝青路面所使用的材料一般為瀝青、碎石、礦粉以及添加劑等，由這些材料組成的 瀝青混合料必須滿足的路面功能要求包括:優(yōu)秀的力學(xué)特性，包括抗疲勞能力，高溫抗變形 能力，低溫抗開裂能力等;足夠的耐久性，主要是對于自然環(huán)境因素影響的抵抗能力，如抗 老化、抗浸水能力等。合理的結(jié)構(gòu)適應(yīng)性，在瀝青路面結(jié)構(gòu)中，不同層位對于瀝青混合料具 有完全不同的性能要求，不同特性的材料被應(yīng)用于不同的結(jié)構(gòu)層位。
[0003] 目前瀝青混合料組成設(shè)計方法還存在不足，影響了工程領(lǐng)域?yàn)r青路面技術(shù)的發(fā) 展，例如現(xiàn)有的技術(shù)方法需要取5個或5個以上的油石比分別制作馬歇爾試件來確定最佳油 石比，確定0AC1和0AC2時需要馬歇爾密度、穩(wěn)定度、空隙率、瀝青飽和度等指標(biāo)來綜合確定， 另外制作的瀝青膜太薄導(dǎo)致混合料表觀暗淡、色澤差，瀝青膜太厚導(dǎo)致混合料表現(xiàn)黑亮。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何縮短試驗(yàn)時間和降低試驗(yàn)成本，快速確定最佳油 石比。
[0005] 解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：
[0006] -種基于瀝青膜厚的瀝青混合料配合比設(shè)計方法，其特征在于，所述方法包括：
[0007] 步驟一:選擇原材料，
[0008] 所述原材料包括粗集料、細(xì)集料、礦粉和瀝青，所述粗集料根據(jù)粒徑分為若干檔；
[0009] 步驟二:級配設(shè)計，
[0010] 根據(jù)步驟一中所述的粗集料、細(xì)集料和礦粉，對所要制備的瀝青混合料的級配組 成進(jìn)行設(shè)計，所制備的瀝青混合料根據(jù)篩孔孔徑得出通過率；
[0011]步驟三:確定油石比范圍，
[0012] 根據(jù)推薦的瀝青膜厚度，確定合理油石比；
[0013] 步驟四：按照步驟三確定的合理油石比進(jìn)行馬歇爾擊實(shí)試驗(yàn)，
[0014] 以0.5%為間隔調(diào)整3個不同的油石比制作三組馬歇爾試件，空隙率VV在目標(biāo)空隙 率左右，驗(yàn)證礦料間隙VMA大于或等于最低要求值；
[0015] 步驟五:確定最佳油石比，
[0016] 目標(biāo)空隙率所對應(yīng)的油石比與合理油石比的平均值即為最佳油石比；
[0017] 步驟六:配合比設(shè)計檢驗(yàn)，
[0018] 對確定了最佳油石比的配合比進(jìn)行高溫穩(wěn)定性檢驗(yàn)、水穩(wěn)定性檢驗(yàn)和低溫抗裂性 ；
[0019] 步驟七:最終的配合比，
[0020] 按照所述級配設(shè)計和最佳油石比確定最終配合比；
[0021] 其中，所述篩孔孔徑包括0.075、0.15、0.30、0.60、1.18、2.36、4.75、9.5、13.2、 16.0、19.0及26.5。
[0022] 另一方面，本發(fā)明提供一種瀝青混合料，所述瀝青混合料是根據(jù)如上所述的基于 瀝青膜厚的瀝青混合料配合比設(shè)計方法制作而成。
[0023] 本發(fā)明的有益效果在于相較于傳統(tǒng)的瀝青混合料配合比設(shè)計方法，本方法有以下 優(yōu)勢:本方法只需以合理油石比為中值±5%取3個油石比分別制作馬歇爾試件即可定最佳 油石比；直接把目標(biāo)空隙率對應(yīng)的油石比定為0AC1，把合理油石比范圍的中值定為0AC2;瀝 青膜厚較最佳油石比能更直觀反映混合料合理的瀝青用量;可通過瀝青混合料的瀝青膜厚 指標(biāo)確定或優(yōu)化最佳瀝青用量。 【【附圖說明】】
[0024] 圖1本發(fā)明基于瀝青膜厚的瀝青混合料配合比設(shè)計方法流程圖。
[0025] 圖2是本發(fā)明AC-20C級配曲線圖。
[0026] 圖3是本發(fā)明油石比與空隙率曲線圖。 【【具體實(shí)施方式】】
[0027] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不 用于限定本發(fā)明。
[0028] 參閱圖1所示為本發(fā)明基于瀝青膜厚的瀝青混合料配合比設(shè)計方法流程圖。
[0029] 步驟一:原材料選擇。
[0030] 檢驗(yàn)原材料是否滿足規(guī)范要求，原材料滿足要求則進(jìn)行步驟二，否則重新選擇原 材料。所述原材料包括粗集料、細(xì)集料、礦粉和瀝青，所述粗集料根據(jù)粒徑分為若干檔。
[0031] 步驟二:級配設(shè)計。
[0032] 規(guī)范要求，對所要制備的瀝青混合料的級配組成進(jìn)行設(shè)計。
[0033] 具體地，根據(jù)步驟一中所述的粗集料、細(xì)集料和礦粉，對所要制備的瀝青混合料的 級配組成進(jìn)行設(shè)計，所制備的瀝青混合料根據(jù)篩孔孔徑得出通過率。
[0034]步驟三:確定油石比范圍。
[0035]根據(jù)表1推薦的瀝青膜厚度，確定合理油石比。步驟四：按照步驟三確定的合理油 石比進(jìn)行馬歇爾擊實(shí)試驗(yàn)。
[0036] 以0.5 %為間隔調(diào)整3個不同的油石比進(jìn)行馬歇爾擊實(shí)試驗(yàn)，測試其VV和VMA，驗(yàn)證 VV是否在目標(biāo)空隙率左右和VMA是否大于或等于規(guī)范最低要求值;當(dāng)VV和VMA均滿足要求則 進(jìn)行步驟五，否則返回步驟二。
[0037]步驟五:確定最佳油石比。
[0038]目標(biāo)空隙率所對應(yīng)的油石比與合理油石比的平均值即為最佳油石比。
[0039]步驟六:配合比設(shè)計檢驗(yàn)。
[0040] 對確定了最佳油石比的配合比進(jìn)行高溫穩(wěn)定性檢驗(yàn)、水穩(wěn)定性檢驗(yàn)和低溫抗裂性 能檢驗(yàn);試驗(yàn)結(jié)果滿足要求則進(jìn)行步驟七，否則返回步驟二。
[0041 ] 步驟七:最終的配合比。
[0042]按照所述級配設(shè)計和最佳油石比確定最終配合比。請一并參閱圖2及圖3所示，將 詳細(xì)描述基于瀝青膜厚度的瀝青混合料的配合比設(shè)計方法。
[0043]步驟一、原材料選擇
[0044]本實(shí)施例所采用的原材料為:集料、礦粉和瀝青，其中集料包括粗集料和細(xì)集料。 所選擇的集料、礦粉和瀝青均符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)的要求， 下文將滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)的要求的指標(biāo)值稱為要求值，將 實(shí)驗(yàn)時所選用的材料的指標(biāo)值稱為實(shí)驗(yàn)值。
[0045]本實(shí)施例中粗集料選用AC-20C石灰?guī)r，選擇AC-20C石灰?guī)r三檔粗集料，SP5mm-10mm、1 Omm-15mm及15mm-25mm三檔粗集料，AC-20C石灰?guī)r的要求值及實(shí)驗(yàn)值如表1所示。
[0046]當(dāng)然，粗集料的選擇不限于上述實(shí)施例，粗集料可以有若干檔，細(xì)集料一般為一 檔。例如：
[0047] AC-13型瀝青混合料可能的組成為：粗集料（10-15mm)、粗集料（5-10mm)、細(xì)集料 (0-5mm)、礦粉、瀝青；
[0048] AC-20型瀝青混合料可能的組成為：粗集料（10-20mm)、粗集料（5-10mm)、細(xì)集料 (0-5mm)、礦粉、瀝青。
[0049]表 1
[0052] 本實(shí)施例中細(xì)集料的粒徑為0_5mm，所述細(xì)集料的要求值及實(shí)驗(yàn)值如表2所示。
[0053] 表 2
[0056] 本實(shí)施例中礦粉的要求值及實(shí)驗(yàn)值如表3所示。
[0057] 表 3
[0059]本實(shí)施例中瀝青選用的是70M，瀝青的要求值及實(shí)驗(yàn)值如表4所示。 [0060]表 4
[0063] 步驟二、級配設(shè)計
[0064] 按照規(guī)范要求，對所要制備的瀝青混合料的級配組成進(jìn)行設(shè)計。
[0065] 本實(shí)施例所設(shè)計的級配為AC-20C級配，具體級配組成如表5。
[0066] 實(shí)驗(yàn)選取了粒徑分別為5-10mm、10-15mm及15-20mm的三檔粗集料，粒徑為0-5mm的 細(xì)集料以及礦粉制備瀝青混合料級配。
[0067]表 5
[0069]
[0070] 所制備的瀝青混合料通過篩孔的通過率如圖2所示，橫坐標(biāo)代表篩孔尺寸，篩孔尺 寸分別 0.075、0.15、0.30、、0.60、1.18、2.36、4.75、9.5、13.2、16.0、19.0、26.5111111。縱坐標(biāo)代 表所制備的瀝青混合料的通過率，圖2中分別顯示了規(guī)定級配范圍上限通過百分率、規(guī)定級 配范圍中值通過百分率、規(guī)定級配范圍下限通過百分率及合成級配通過百分率。
[0071 ]表6為瀝青混合料的推薦瀝青膜厚。
[0072]表 6
[0075]步驟三、根據(jù)表6推薦的瀝青膜厚度，確定合理油石比
[0076]油石比是指瀝青混凝土中瀝青與礦料質(zhì)量比的百分?jǐn)?shù)，它是瀝青用量的指標(biāo)之 一。它的用量高低直接影響路面質(zhì)量，油石比大則路面容易泛油，反之則影響強(qiáng)度和防水效 果。
[0077] 本實(shí)施例按式1-1的方法計算集料的比表面，按式1-2估算瀝青混合料的瀝青膜有 效厚度。
[0078] SA= 2 (Pi*FAi) (1-1)
[0079] 式中：SA為集料的比表面積，單位為m2/kg;Pi為各種粒徑的通過百分率，單位 S%;FAi為相應(yīng)于各種粒徑的集料的表面積系數(shù)，各種粒徑的集料的表面積系數(shù)如表6所 列。
[0080] Pbe = DA*SA*yb/10 (1-2)
[0081] 式中：DA為瀝青膜有效厚度，單位為Mi;Pbe為有效瀝青含量，單位為％ ; Yb為瀝青 的相對密度(25 °C /25 °C)，無量綱。
[0084]結(jié)合式（1-2)至（1-4)推出式（1-5)所示。
[0091] 式中：
[0092] Pba為瀝青混合料中被集料吸收的瀝青結(jié)合料比例，單位為％。
[0093] Pbe為瀝青混合料中的有效瀝青用量，單位為％。
[0094] yse為集料的有效相對密度，無量綱。
[0095] y sb為礦料的合成毛體積相對密度，無量綱。
[0096] y sa為礦料的合成表觀相對密度，無量綱。
[0097] yb為瀝青的相對密度(25°C/25°C)，無量綱。
[0098] Pb為瀝青含量，單位為％。
[0099] Ps:各種礦料占瀝青混合料總質(zhì)量的百分率之和，即Ps = 100-Pb。
[0100] Pi、P2.....pn:各種礦料成分的配合比，其和為100。
[0101 ] y 1、y 2.....y n:各種礦料相應(yīng)的毛體積相對密度。
[0102] y 'i.y '2.....y 'n:各種礦料相應(yīng)的表觀相對密度。
[0103] C:合成礦料的瀝青吸收系數(shù)。
[0104] C0X為合成礦料的吸水率。
[0105] 集料的表面積系數(shù)計算結(jié)果見表7所示。
[0106] 表7
[0109]注:篩孔尺寸單位為mm，各種公稱最大粒徑混合料中大于4.75mm尺寸集料的表面 積系數(shù)FA均取0.0041，且只計算一次，4.75mm以下部分的FAi如表7示例。集料比表面總和SA =4.75m2/kg〇
[0110]礦料的物理指標(biāo)計算結(jié)果見表8。
[0111]表8
[0113] 對于AC-20C型瀝青混合料，查詢表6可知推薦瀝青膜厚DA為8mi，y b實(shí)測值為 1.030,將DA、y b、y se和y sb的值代入公式5中，得到合理瀝青用量Pb為4.15%，對應(yīng)的合理 油石比為4.3%。
[0114] 步驟四、馬歇爾擊實(shí)試驗(yàn)
[0115] 按照步驟三確定的合理油石比，以0.5%為間隔調(diào)整3個不同的油石比進(jìn)行馬歇爾 擊實(shí)試驗(yàn)，驗(yàn)證空隙率VV和礦料間隙VMA。
[0116] 按JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》中的方法制作三組馬歇 爾試件，并按JTG E20-2011中的要求測其空隙里VV和礦料間隙VMA。
[0119] 式中：VV為試件的空隙率，采用百分比表示;VMA為試件的礦料間隙率，采用百分比 表示；Yf為試件的毛體積相對密度，無量綱；Yt為瀝青混合料的最大理論相對密度，無量 綱。
[0120] 馬歇爾試件VV和VMA的計算結(jié)果見表9。
[0121] 表9
[0123] 此例的配合比設(shè)計的目標(biāo)空隙率為4%，查表10中最小VMA與公稱最大粒徑的關(guān)系 可知最小VMA要求為13%。
[0124] 表1〇
[0126] 驗(yàn)證空隙率是否為4%左右和VMA是否大于13%，從表9可知，VV和VMA滿足要求。
[0127] 步驟五、確定最佳油石比
[0128] 小范圍油石比內(nèi)的馬歇爾密度很難出現(xiàn)峰值，可直接以目標(biāo)空隙率所對應(yīng)的油石 比作為0AC1 (如圖3所示）。目標(biāo)空隙率對應(yīng)的油石比0AC1與合理油石比0AC2(由公式1-5計 算得來)的平均值即為配合比設(shè)計的最佳油石比OAC。
[0129] 由圖3可得出0AC1 = 4.36 %，根據(jù)推薦瀝青膜厚計算得出0AC2 = 4.3 %，因此最佳 油石比 0AC=(0ACl+0AC2)/2 = (4.36%+4.3%)/2 = 4.3%。
[0130] 步驟六、配合比設(shè)計檢驗(yàn)
[0131 ]以4.3 %為最佳油石比對配合比進(jìn)行高溫穩(wěn)定性檢驗(yàn)、水穩(wěn)定性檢驗(yàn)和低溫抗裂 性能檢驗(yàn)。AC-20C瀝青混合料性能驗(yàn)證結(jié)果如表11所示。
[0132]表11
[0135] 步驟七、最終配合比
[0136] 綜上所述，本例AC-20C型瀝青混合料配合比為粗集料（15-25mm):粗集料（10-15111111) :粗集料(5-1〇111111):細(xì)集料(〇-5111111):礦粉=23 :21:18:35:3，最佳油石比為4.3%。
[0137] 本發(fā)明還涉及一種瀝青混合料，包括粗集料(15-25mm)、粗集料（10-15mm)、粗集料 (5-10mm)、細(xì)集料(0-5mm)、礦粉，其中所述粗集料（15-25mm)、粗集料（10-15mm)、粗集料(5-10mm )、細(xì)集料(0-5mm )、礦粉的配合比根據(jù)所述基于瀝青膜厚的瀝青混合料配合比設(shè)計方 法確定。
[0138] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于瀝青膜厚的瀝青混合料配合比設(shè)計方法，其特征在于，所述方法包括： 步驟一:選擇原材料， 所述原材料包括粗集料、細(xì)集料、礦粉和瀝青，所述粗集料根據(jù)粒徑分為若干檔； 步驟二:級配設(shè)計， 根據(jù)步驟一中所述的粗集料、細(xì)集料和礦粉，對所要制備的瀝青混合料的級配組成進(jìn) 行設(shè)計，所制備的瀝青混合料根據(jù)篩孔孔徑得出通過率； 步驟三:確定油石比范圍， 根據(jù)推薦的瀝青膜厚度，確定合理油石比； 步驟四：按照步驟三確定的合理油石比進(jìn)行馬歇爾擊實(shí)試驗(yàn)， 以0.5%為間隔調(diào)整3個不同的油石比制作三組馬歇爾試件，空隙率VV在目標(biāo)空隙率左 右，驗(yàn)證礦料間隙VM大于或等于最低要求值； 步驟五:確定最佳油石比， 目標(biāo)空隙率所對應(yīng)的油石比與合理油石比的平均值即為最佳油石比； 步驟六:配合比設(shè)計檢驗(yàn)， 對確定了最佳油石比的配合比進(jìn)行高溫穩(wěn)定性檢驗(yàn)、水穩(wěn)定性檢驗(yàn)和低溫抗裂性能檢 驗(yàn)； 步驟七:最終的配合比， 按照所述級配設(shè)計和最佳油石比確定最終配合比； 其中，所述篩孔孔徑包括0·075、0·15、0·30、0·60、1·18、2·36、4·75、9·5、13·2、16·0、 19.0及26.5。2. -種瀝青混合料，其特征在于，所述瀝青混合料是根據(jù)如權(quán)利要求1所述的基于瀝青 膜厚的瀝青混合料配合比設(shè)計方法制作而成。
【文檔編號】G06F17/50GK105893712SQ201610310795
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月12日
【發(fā)明人】楊黔, 佘文, 呂曉舜, 喬東華, 何飛
【申請人】貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司