一种基于组成机理的排水沥青混合料优化设计方法技术

一种基于组成机理的排水沥青混合料优化设计方法，包括：(1)设定目标空隙率，进行级配试配；(2)根据所使用高粘沥青种类和公称最大粒径，选定相应的沥青膜厚度，预估沥青用量；(3)检验骨架结构，根据适用于排水沥青混合料的级配骨架理论，依次检验各初选级配的局部骨架和全局骨架，确定级配粗集料部分；(4)检验空隙结构，成型马歇尔试件，根据不同公称最大粒径PAC的有效空隙占比要求，依次检验空隙率、有效空隙占比，确定优选级配；(5)确定最佳油石比，检验沥青裹附；(6)进行性能试验，验证路用性能。本发明专利技术将各设计环节与各关键性能相对应，可针对性地进行优化调整，在保证排水沥青混合料设计质量的同时，节省试验时间与耗材。

【技术实现步骤摘要】
一种基于组成机理的排水沥青混合料优化设计方法
本专利技术涉及道路工程
，具体涉及一种基于组成机理的排水沥青混合料优化设计方法。
技术介绍
排水沥青路面是一种高空隙率的多孔沥青路面，其内部发达的连通孔隙可将雨天降水及时下渗至路面内部并侧向排出，减小路表水膜厚度，避免行驶车辆发生水漂、产生水雾，极大提升雨天行车的安全性与舒适性。但是一方面，排水沥青路面存在有承载能力与排水能力之间矛盾的核心难点，同时还必须考虑造价高昂的问题，应在满足各项功能的同时尽量节约成本，在设计过程中需要综合考虑多方因素。另一方面，排水沥青混合料的组成机理尚不明确、设计多依赖于经验，导致实际应用中路用性能与排水功能无法得到兼顾、耐久性不足等问题。传统配合比设计方法的效率偏低、试验耗材较大、针对性不强，因此需要有一套更加完善的配合比设计方法，从排水沥青混合料的三大组成机理出发，使其能够将各设计环节与各关键性能相对应，可在设计阶段有针对性地对配合比进行优化调整，节省试验时间与耗材，避免盲目反复调整配合比、成型试件与试验。
技术实现思路
针对以上问题，本专利本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于组成机理的排水沥青混合料优化设计方法，包括如下步骤，其特征在于：/n(1)设定目标空隙率，进行级配试配：参考规范中给出的级配范围以及过往工程的同类级配，根据现有各档集料的筛分数据，在级配范围内试配3组不同2.36mm通过率的矿料级配作为初选级配；/n(2)选定沥青膜厚，预估沥青用量：根据所使用高粘沥青种类和公称最大粒径，选定相应的沥青膜厚度，结合集料比表面积预估公式与沥青密度预估沥青用量；/n(3)检验骨架结构：根据适用于排水沥青混合料的级配骨架理论，依次检验各初选级配的局部骨架和全局骨架，当级配不符合骨架理论时，调整级配粗集料部分并重新进行计算检验，确定初选级配的粗集料部分；/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于组成机理的排水沥青混合料优化设计方法，包括如下步骤，其特征在于：
(1)设定目标空隙率，进行级配试配：参考规范中给出的级配范围以及过往工程的同类级配，根据现有各档集料的筛分数据，在级配范围内试配3组不同2.36mm通过率的矿料级配作为初选级配；
(2)选定沥青膜厚，预估沥青用量：根据所使用高粘沥青种类和公称最大粒径，选定相应的沥青膜厚度，结合集料比表面积预估公式与沥青密度预估沥青用量；
(3)检验骨架结构：根据适用于排水沥青混合料的级配骨架理论，依次检验各初选级配的局部骨架和全局骨架，当级配不符合骨架理论时，调整级配粗集料部分并重新进行计算检验，确定初选级配的粗集料部分；
(4)检验空隙结构：按初选级配分别成型3组马歇尔试件，每组试件不少于4个，根据不同公称最大粒径PAC的有效空隙占比要求，依次检验空隙率、有效空隙占比、马歇尔稳定度，选择空隙结构最佳的一组级配作为优选级配，或当所有初选级配空隙结构均不满足要求时，调整级配细集料部分并重新成型试件检验，确定最终的优选级配；
(5)确定最佳油石比，检验沥青裹附：在优选级配下，以预估沥青用量为中值，上下以0.5％为间隔各取两种沥青用量，分别成型五种沥青用量下的试件，进行飞散与析漏试验，绘图寻找拐点，确定最佳油石比；同时检验最佳油石比下的骨架结构与空隙结构，若当前沥青用量对骨架与空隙有较大影响，应考虑调整沥青用量或更换沥青；
(6)进行性能试验，验证路用性能。


2.根据权利要求1中所述一种基于组成机理的排水沥青混合料优化设计方法，其特征在于；所述步骤(1)中，所述目标空隙率对于PAC-10、PAC-13而言通常设定为20％；对于PAC-16、PAC-20而言可提高至22％，由于中粒式的PAC一般被用于双层排水沥青路面的下面层，故高空隙率可以最大化双层排水结构的排水效率。


3.根据权利要求1中所述一种基于组成机理的排水沥青混合料优化设计方法，其特征在于；所述步骤(2)中，所述根据所使用高粘沥青种类和公称最大粒径，选定相应的沥青膜厚度具体指对于高粘橡胶沥青一类175℃旋转粘度高于2.5Pa·s的高粘沥青，可采用12～13μm的沥青膜预估沥青用量；对于高粘基质沥青一类175℃旋转粘度低于1Pa·s的高粘沥青，可采用11～12μm的沥青膜预估沥青用量；公称粒径较小可取高值如PAC-10、PAC-13，公称粒径较大可取低值如PAC-16、PAC-20。


4.根据权利要求1中所述一种基于组成机理的排水沥青混合料优化设计方法，其特征在于；所述步骤(3)中，所述适用于排水沥青混合料的级配骨架理论将集料分为三个部分：主结构、次结构、悬浮颗粒，主结构是级配曲线中一定粒径范围内的集料，依靠较大粒径集料之间的接触嵌锁，以及各档粒径集料合理的含量与分布构成的主力链网络，为混合料提供承载能力，对于排水沥青混合料，该部分含量很大，是形成骨架的基础，次结构是粒径小于主结构颗粒的集料，填充部分主结构之间空隙，悬浮颗粒是粒径大于主结构颗粒的集料，在混合料中基本处于悬浮状态；
级配骨架理论包括局部骨架理论和全局骨架理论，前者保证相邻两档粒径集料之间形成良好的嵌挤接触，后者保证排水沥青混合料具有合适的形成骨架主结构部分的粗集料含量。


5.根据权利要求4中所述一种基于组成机理的排水沥青混合料优化设计方法，其特征在于；所述步骤(3)中，所述局部骨架检验指连续两档集料颗粒的平均加权粒径是否处于合理范围，当处于合理范围时认为该连续两档集料之间形成良好的嵌挤接触，定义为主结构；否则可能是粗集料过多或细集料过多，无法构成良好的骨架结构，需进行必要的调整，对于各类PAC，当在4.75mm筛孔，对于PAC-10为2.36mm筛孔，至公称最大粒径下一档筛孔范围内全部形成主结构时，认为此时形成理想的局部骨架结构，检验公式如式(1)所示；



式中：Davg——连续两档集料的加权平均粒径，mm；

——较大、较小一档筛网上集料的平均粒径，mm；

——较大、较小一档筛网上集料占所有集料总体积的体积分数；
所述步骤(3)中，所述全局骨架检验指排水沥青混合料中...

【专利技术属性】
技术研发人员：马涛，林子豪，顾临皓，黄晓明，张伟光，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32