常温快速修补路面所用材料配合比的设计方法技术

本发明专利技术属于路面修复材料设计技术领域，具体涉及一种常温快速修补路面所用材料配合比的设计方法。本发明专利技术所提供的基于集料最紧密嵌挤状态的沥青混合料油石比确定的方法，来源于发明专利技术人发现沥青混合料的干密度、矿料间隙率VMA与粗集料矿料间隙率VCA与油石比具有良好的相关性，随着油石比的增加，干密度先增加后减小，同时VMA和VCA先减小后增加，可以通过二次曲线回归分析，利用二次曲线极值唯一的特点求得曲线极值点对应的油石比，该油石比下混合料对应着集料之间相互嵌挤的最紧密状态。本发明专利技术对不同级配的沥青混合料进行了配合比设计，以混合料中集料达到相互间的最紧密嵌挤状态为设计标准，确定了最佳油石比状态的混合料具有最优的使用性能。

Design method of mix proportion of materials used for rapid pavement repair at normal temperature

【技术实现步骤摘要】
常温快速修补路面所用材料配合比的设计方法
本专利技术属于路面修复材料设计
，具体涉及一种常温快速修补路面所用材料配合比的设计方法。
技术介绍
关于普通的路面所用修复材料配合比的设计方法，或盲目追求密实性而导致油石比确定的不合理，从而影响修复材料的修复效果，或者是承压效果。黄琪在郑州大学学报上发表了《高等级沥青路面快速修补材料配合比设计方法研究》一文中，通过大量的室内试验对快速修改材料的配制原理进行了详细的分析，提出了快速修补材料的配合比设计方法和步骤，配制出了能同时东路疏松性与压实性要求的快速修补材料，同时，为了验证方法的合理性，对快速修补材料配合比设计进行了实例分析。结果表明：欲配制出合理的快速修补材料，要选择合适的矿料级配比与矿粉掺量，尽量减少沥青液中柴油的掺入量，并适当增加快速修补材料中的SBS的含量。该文章中仅仅提到了该快速修补材料中选择合适的矿料级配比与太粉掺量的重要性，并未就所有的原料配比提供出合理的公式。因此，本专利技术人进行了大量的研究，认为采用混合料的矿料间隙率或粗集料矿料间隙率或者混合料的干密度等指标可以准确评价在不同油石比下混合料紧密状态的变化规律，以及最终得到混合料的最紧密状态，并以此得到混合料相应的最佳油石比。
技术实现思路
为了解决上述的技术问题，本专利技术提供了一种基于最紧密嵌挤状态的最佳沥青混合料油石比确定方法，即一种常温快速修补路面所用材料配合比的设计方法；该设计方法科学、合理、可靠性强。本专利技术提出一种基于集料最紧密嵌挤状态的沥青混合料油石比确定的方法。专利技术人通过研究发现沥青混合料的干密度、矿料间隙率VMA与粗集料矿料间隙率VCA与油石比具有良好的相关性，随着油石比的增加，干密度先增加后减小，同时VMA和VCA先减小后增加，可以通过二次曲线回归分析，利用二次曲线极值唯一的特点求得曲线极值点对应的油石比，该油石比下混合料对应着集料之间相互嵌挤的最紧密状态。通过本方法，对不同级配的沥青混合料进行了配合比设计，说明了该方法与以往配合比设计方法的差别，由于本方法以混合料中集料达到相互间的最紧密嵌挤状态为设计标准，避免了盲目追求密实性而带来的油石比确定的不合理。本专利技术所提供的一种常温快速修补路面所用材料配合比的设计方法，各原料的最佳配比公式如下：矿料间隙率，式1中：Gm：混合料的毛体积密度；Gm,s：混合料中全部矿料的毛体积密度；ω0：混合料中油石比。粗集料矿料间隙率，式2中：Gb,ca：混合料中粗集料的毛体积密度；P'ca：矿料中粗集料的重量百分率。混合料的矿料干密度，ACopt＝average(ACG,ACVCA,ACVMA)式4式4中：ACopt为混合料最紧密状态下的最佳油石比；ACG,ACVCA,ACVMA分别为混合料干密度最大、粗集料矿料间隙率最小和混合料矿料间隙最小时所对应的油石比。通过所述设计方法确定的原料的配比，使混合料的高温性能提高20～30％。本专利技术所设计的原则和思路如下：《公路沥青路面施工技术规范》JTGF40-2004中对热拌沥青混合料和冷拌料都给出了相应的级配范围，对于可储式常温改性沥青混合料配合比设计时要考虑放置时间长、有良好的和易性和保证强度，所以本专利技术配合比设计采用SMC断级配设计方法，该设计方法有3个控制点调整混合料合成级配，分别为混合料级配的公称最大粒径、4.75mm和0.075mm，按照混合料级配的公称最大粒径通过率和4.75mm通过率，计算粗集料级配曲线的a、b系数，构建粗集料级配曲线，按照4.75mm通过率和0.075mm通过率，计算细集料级配曲线的a、b系数，构建细集料级配曲线，按照粗细两条曲线分别计算各个筛孔的通过率，最终完成混合料级配设计。构建粗细曲线时采用幂函数数学模型，公式如式(1)所示。y＝axb(1)式中：y--通过率(％)；x--集料粒径(mm)；a、b--回归系数。本次采用幂函数模型构建，SMC-13C和SMC-20C可储式常温改性沥青混合料各筛孔通过率见表1和2所示。表1SMC-13C可储式常温改性沥青混合料各筛孔通过率注：表中级配上下限通过率为计算通过率的偏差，4.75mm至16mm±4，0.15mm-4.75mm±3，0.075mm±1。表2SMC-20C可储式常温改性沥青混合料各筛孔通过率注：表中级配上下限通过率为计算通过率的偏差，4.75mm至26.5mm±5，0.15mm-4.75mm±4，0.075mm±2。本专利技术的有益效果在于，本专利技术的方法是基于最紧密嵌挤状态的最佳沥青混合料油石比确定方法的原理、步骤，然后围绕该方法的主要影响因素展开相关的试验研究，对比沥青混合料最紧密嵌挤油石比确定方法和马歇尔等方法确定确定相同级配混合料最佳油石比的差异；最后对按照本方法确定的沥青混合料使用性能进行了比较分析，结果表明该方法确定的最佳油石比状态的混合料具有最优的使用性能。通过系统的理论分析、试验分析以及性能比较，证明了基于最紧密嵌挤状态的沥青混合料最佳油石比确定方法是科学、可靠的。该方法设计沥青混合料配合比不仅具有优越的高温使用性能，同时，由于该方法并不对任何级配预先设定固定的设计空隙率，因此，其设计的过程也是一个级配合理性判断的过程，可以帮助工程技术人员根据项目所用石料具体情况选择更为合理的级配。具体实施方式为了对本专利技术进行更进一步的说明，以便本领域技术人员更了解本专利技术，本专利技术人将通过以下的具体实施例来对本专利技术进行详细的阐述，但并不以此限制本专利技术。实施例1对于任何一种矿料级配，在某一固定的压实状态下，随着沥青的掺加，由于沥青的润滑和填充，使得混合料的框架结构越来越紧密。随着沥青的进一步掺加，混合料中自由沥青的增加，导致混合料的框架结构逐渐被撑开。那么，这时混合料框架结构在被撑开前的状态，称为最紧密状态。对于某一个固定级配的混合料，粗集料的毛体积密度、矿料毛体积密度以及粗集料的比例都相对固定，因此，在计算VMA、VCA和混合料干密度时，这些参数可以认为是常数。这样，这三个参数都是混合料毛体积密度和油石比的函数，且唯一。也就是这三个参数是紧密相关的。这种方法的优点在于：沥青混合料的油石比确定更加合理，准确；专门针对沥青混合料抗车辙指标确定混合料油石比的方法，混合料的高温性能指标提高20％～30％；由于沥青混合料处在最紧密状态，其它的性能指标同样得以改善。对于一种固定矿料和级配的混合料，在某一标准的压实功作用下(如：马歇尔击实75次/面，或者旋转碾压100次)，油石比不断变化过程中，混合料应存在，且唯一存在一种最紧密状态。即当混合料的油石比较小时，混合料中的矿料之间存在一种排列状态，随着油石比逐渐增加，沥青在矿料间润滑作用逐渐增加，导致矿料间的排列状态越来越紧密，而出现一个最为紧密的状态，但随着沥青进一步的添加，矿料中自由沥青偏多，导本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种常温快速修补路面所用材料配合比的设计方法，其特征在于，各原料的最佳配比公式如下：/n矿料间隙率，

【技术特征摘要】
1.一种常温快速修补路面所用材料配合比的设计方法，其特征在于，各原料的最佳配比公式如下：
矿料间隙率，
式1中：Gm：混合料的毛体积密度；
Gm,s：混合料中全部矿料的毛体积密度；
ω0：混合料中油石比；
粗集料矿料间隙率，
式2中：Gb,ca：混合料中粗集料的毛体积密度；
P′ca：矿料中粗集料的重量百分率；
混合料的矿料干密度，
ACopt＝a...

【专利技术属性】
技术研发人员：王书杰，柴智，朱洁，陈明，田园，李亚非，雷谦荣，李黄，高攀峰，田苗苗，刘中宇，于建洋，惠嘉，
申请(专利权)人：交通运输部科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11