一种废旧轮胎粉橡胶沥青混合料矿料级配的设计方法技术

本发明专利技术公开一种废旧轮胎粉橡胶沥青混合料矿料级配的设计方法，该方法将工程用沥青混合料的连续级配曲线分为多段，第一段为粗集料粒径段，第二段为细集料粒径段，第三段为关键筛孔粒径段，第四段为分别位于粗集料粒径段和细集料粒径段的分界筛孔粒径段，第五段为最大公称粒径与矿粉段，每段采用不同的i值设计矿料级配组成新范围。采用前述方法得到的橡胶沥青混合料经各项指标测试，结果表明：矿料级配组成连续稳定均衡，变异性小，对难以铺筑与压实的技术难题有较大改进。此外，本发明专利技术提出的方法对推动废旧轮胎在道路工程中的应用，构建“资源节约型”、“环境友好型”的交通发展模式，带动相关产业发展具有一定的社会意义。

【技术实现步骤摘要】
一种废旧轮胎粉橡胶沥青混合料矿料级配的设计方法
本专利技术属于城市道路和公路等橡胶沥青路面
，具体涉及一种废旧轮胎粉橡胶沥青混合料矿料级配的设计方法。
技术介绍
我国经济已由高速增长转向高质量发展阶段，着力推进“绿色发展、循环发展、低碳发展”，建设资源节约型、环境友好型社会，实现经济可持续发展是基本国策。交通运输在国民经济中具有先导性、基础性、战略性和服务性作用，为了加快推进交通运输行业转型升级和提质增效，将绿色发展理念融入到交通运输发展的全过程和各方面，才能形成与资源环境承载力相匹配、与生产生活生态相协调的交通运输发展新格局。公路建设与养护是高资源占用、高能源消耗、高碳排放行业。近年来，我国公路每年新增里程超过10万千米，道路的建设和维修养护消耗石油沥青2200～2400万吨，拌制热拌沥青混合料需要消耗燃料油300～350万吨，因道路维修养护产生废旧沥青混合料7000～9000万吨，然而仅有约40％的废旧沥青混合料得到循环利用。与此同时，经济发展水平逐渐提高，汽车的生产、消费数量大幅增加，我国每年产生超过2.5亿条废旧轮胎，废旧轮胎的回收率和利用率都处于较低水平。因此，将废旧轮胎循环利用于道路的建设和养护，变废为宝，在道路设计、施工、运营、养护过程中，积极推行废旧沥青路面材料再生和循环利用、推广废旧轮胎等工业废料的综合利用，形成一个符合循环经济模式的产业链，将引领道路工程行业的科学发展，符合“建设资源节约型、环境友好型交通行业”的需要。废旧轮胎粉橡胶沥青混合料是由废旧轮胎橡胶粉与沥青及矿质混合料组成的复合材料。废旧轮胎的主要成分是天然橡胶和合成橡胶、碳黑、硫等，沥青和橡胶都是高分子有机类材料，高温下橡胶粉与沥青混合充分溶胀后生成橡胶沥青；橡胶沥青的微观改性机理研究表明：橡胶沥青的结构体系为沥青与胶粉相互交联、相互镶嵌的网状双连续相网络体系，同时也是固液两相体系，因此橡胶沥青具有高粘、高弹、温度敏感性低的特性，而我国还没有针对废旧轮胎粉橡胶沥青混合料矿料的配合比设计方法。目前，各粒径矿料级配组成及沥青用量的确定，一般采用与普通沥青混合料矿料配合比相同的比例，但是橡胶沥青混合料组成中橡胶沥青的含量通常高于普通沥青混合料中沥青的含量，且集料级配多为粗型。由于混合料中粗集料结构的嵌挤作用，橡胶沥青路面施工中，存在橡胶沥青混合料拌合生产温度高、现场压实困难等缺陷。因此，需要针对废旧轮胎粉橡胶沥青的特性，提出一种新颖的矿料配合比设计方法，并确定与其相适应的矿料级配组成，以改善橡胶沥青混合料在生产施工中的不足，推广橡胶沥青应用。
技术实现思路
针对现有橡胶沥青混合料在生产施工中存在的不足，本专利技术的目的在于提出一种废旧轮胎粉橡胶沥青混合料矿料级配的设计方法，该方法将工程用沥青混合料的连续级配曲线分为多段，每段采用不同的i值设计矿料级配组成。本专利技术结合变i法及贝雷法计算沥青混合料矿料级配组成i值的分布规律，理论基础如下：(1)i法同济大学道路与交通研究所在70年代参照n法和k法，提出当颗粒的粒径以1/2递减时直接以“通过百分率的递减率i”为参数的矿料级配组成设计计算算法(简称i法)，即当矿料中最大粒径为D1时，其通过率为100％；则D2＝D1/2时，其通过率为100i2％；余类推。以公式表示为：px＝100(i)x-1％公式一式中：px-当颗粒的粒径以1/2递减时，矿料在第x级筛的通过率，％；x-矿料粒径的级数，最大粒径为D1时，x＝1；则D1/2时，x＝2；余类推；i-通过百分率的递减系数。根据实践经验，提出了i＝0.65～0.75的取值范围时可以得到比较密实和使用效果满意的混合料。通常做基层时取i＝0.65；用作面层，如最大粒径较大时，取i＝0.70～0.75为佳，如最大粒径较小时，取i＝0.65～0.70为佳。气候寒冷地区i取大值，气候温暖地区i取小值。(2)变i法长安大学陈忠达教授认为目前现有的矿料级配算法中，除n法外，其它算法均只适用于各级粒径以1/2递减的情况，无法满足我国沥青混合料常用级配的孔筛划分标准，而n法是以最大密度曲线理论为基础，设计的级配难以形成骨架密实结构，不能适应现代交通对集料级配的要求。他结合试验提出一种适合于我国普通沥青混合料矿料级配和多级嵌挤密实级配的算法，由于粗集料级配与细集料级配分取不同的i值，故称其为变i法。各级筛孔dx矿质混合料通过率表达式为：px＝100(i)x％公式二式中：矿料粒径的级数D-最大粒径，mm；dx-各粒径的相应方孔筛孔径(如16、13.2、9.5、···、0.075mm)。相对i法，变i法采用各粒级的相应粒径代替dx＝D/2x，既考虑了各级粒径以1/2递减的情况，又考虑了各级粒径不以1/2递减的级数计算情况，更适合于我国沥青混合料级配筛孔的划分标准。并得出结论：当采用i1＝0.65～0.75计算粗集料级配、i2＝0.62～0.77计算细集料级配时，可进行AC-16级配的设计；当采用i1＝0.45～0.56计算粗集料级配、i2＝0.80～0.91计算细集料级配时，可进行SMA-16级配的设计；当采用i1＝0.84～0.90计算粗集料级配、i21＝0.68～0.72和i22＝0.54～0.56计算细集料级配时，可进行Sup-12.5级配的设计。(2)贝雷法由美国伊利诺伊州交通部的罗伯特·贝雷(RobertBailev)于20世纪80年代提出了一种系统的级配组成设计方法，其主要思想是以形成的集料骨架作为混合料的承重主体，使设计的混合料能具有较高的抗车辙性能，同时通过调整粗细集料的比例，获得合适的矿料间隙率(VMA)，以保证设计混合料有较好的耐久性。贝雷法同时也是一种级配组成分析检验法，其提出了用于评价集料级配的一系列参数，这些参数直接与矿料间隙率、空隙率及压实性能相关，有助于更好的理解集料级配与混合料中空隙率体积的关系，为评价合成级配提供了一套工具。矿质集料的级配组成确定以后，需对集料的体积特性进一步分析。分析时先将合成级配分成三个部分：第一部分是合成级配的粗集料部料中含有部分，即最大粒径与PCS之间的集料；合成集料的细集料又被分成粗、细两个部分，其分界点称为第二控制筛孔(SCS)，且SCS＝PCS×0.22；细料的细部同样被再分一次，以第三控制筛(TCS)作为分界点，且TCS＝SCS×0.22。对合成级配用CA、FAc及FAf三个参数进行分析。这些参数发生变化式中，将引起混合料体积特性、施工特性以及使用性能的变化。(2.1)CA比CA比为粗集料比，这个参数用于评价矿料中粗集料部分的嵌挤填充情况。计算公式如下：式中：PD/2-粒径为D/2(D为公称最大粒径)筛孔的通过率，％；Ppcs-第一控制筛孔的通过率，％。CA比对沥青混合料的体积持性有重要影响，它反映了粗集料中大粒径颗粒与D/2～PCS粒径颗粒之间的均衡关系，这种均衡关系将影响混合料的压实特性和路用性能。CA比增大混合科的空率和VMA，因为粗集料中D/2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种废旧轮胎粉橡胶沥青混合料矿料级配的设计方法，其特征在于包括以下步骤：/n第一步：依据《公路沥青路面施工技术规范》，确定工程用连续密级配沥青混合料矿料级配组成范围及其相应的级配曲线；/n第二步：将工程用沥青混合料的连续级配曲线划分为五段，第一段为粗集料粒径段，第二段为细集料粒径段，第三段为关键筛孔粒径段，第四段为分别位于粗集料粒径段和细集料粒径段内的分界筛孔粒径段，第五段为最大公称粒径与矿粉段，其中第四段内的分界筛孔包括贝雷法指定的D/2粒径筛孔、第二控制筛孔、第三控制筛孔；根据沥青混合料矿料级配组成范围内各级筛孔的通过率及变i法计算第一段、第二段、第三段分别对应的i值范围，根据沥青混合料矿料级配组成范围各级筛孔的通过率及变i法、贝雷法计算第四段的i值范围，其中i为筛孔的通过百分率的递减系数；/n第三步：根据第二步得出的i值范围，结合变i法计算得到相应的矿料级配组成新范围，其中第五段内最大公称粒径筛孔的通过率为100％，0.075mm及以下粒径筛孔的通过率为3～7％；/n第四步：针对第三步得到的矿料级配组成新范围，通过马歇尔试验确定矿料级配最佳油石比；/n第五步：根据第三步得到的矿料级配组成新范围及第四步得到的最佳油石比生产橡胶沥青混合料，其中橡胶来自废旧轮胎、其添加量为沥青添加量的18～20％；并依据《公路沥青路面施工技术规范》，采用路用性能指标对所生产的橡胶沥青混合料进行试验。/n...

【技术特征摘要】
1.一种废旧轮胎粉橡胶沥青混合料矿料级配的设计方法，其特征在于包括以下步骤：
第一步：依据《公路沥青路面施工技术规范》，确定工程用连续密级配沥青混合料矿料级配组成范围及其相应的级配曲线；
第二步：将工程用沥青混合料的连续级配曲线划分为五段，第一段为粗集料粒径段，第二段为细集料粒径段，第三段为关键筛孔粒径段，第四段为分别位于粗集料粒径段和细集料粒径段内的分界筛孔粒径段，第五段为最大公称粒径与矿粉段，其中第四段内的分界筛孔包括贝雷法指定的D/2粒径筛孔、第二控制筛孔、第三控制筛孔；根据沥青混合料矿料级配组成范围内各级筛孔的通过率及变i法计算第一段、第二段、第三段分别对应的i值范围，根据沥青混合料矿料级配组成范围各级筛孔的通过率及变i法、贝雷法计算第四段的i值范围，其中i为筛孔的通过百分率的递减系数；
第三步：根据第二步得出的i值范围，结合变i法计算得到相应的矿料级配组成新范围，其中第五段内最大公称粒径筛孔的通过率为100％，0.075mm及以下粒径筛孔的通过率为3～7％；
第四步：针对第三步得到的矿料级配组成新范围，通过马歇尔试验确定矿料级配最佳油石比；
第五步：根据第三步得到的矿料级配组成新范围及第四步得到的最佳油石比生产橡胶沥青混合料，其中橡胶来自废旧轮胎、其添加量为沥青添加量的18～20％；并依据《公路沥青路面施工技术规范》，采用路用性能指标对所生产的橡胶沥青混合料进行试验。


2.根据权利要求1所述的一种废旧轮胎粉橡胶沥青混合料矿料级配的设计方法，其特征在于第二步中，粗集料粒径段、细集料粒径段的i值计算方式一致，包括以下子步骤：
(1)依据《公路沥青路面施工技术规范》，确定工程用连续密级配沥青混合料的最大粒径、公称最大粒径及该段内各级筛孔的通过率；
(2)针对该段内的各级筛孔，根据公式计算相应的矿料粒径的级数x，其中D为混合料的最大粒径、dx为各级筛孔的孔径；
(3)针对该段内的各级筛孔，根据公式px＝100(i)x％计算相应的i值分布区间，其中px为矿料在第x级筛的通过率；
(4...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾晓敏，房立文，刘华智，马艳，张登伟，何怡，郭庆来，赵丽媛，张杰，
申请(专利权)人：洛阳理工学院，
类型：发明
国别省市：河南;41