用于沙漠地区高温环境道路沥青混合料配合比的设计方法技术

本发明专利技术提供了一种用于沙漠地区高温干旱环境道路沥青混合料配合比的设计方法，步骤1，根据气候资料确定沥青胶结料的PG分级与性能试验；步骤2，矿物集料的选型和试验；步骤3，通过矿料筛分、SAC法关键筛孔计算、贝雷法级配检测确定初试级配与各档集料比例；步骤4，采用Superpave法设计沥青混合料性能指标进行检测；步骤5，目标配合比性能分析；步骤6，现场生产性试验，目标配合比验证，进行沥青混合料进行汉堡车辙试验和湿敏性评价，以及现场取芯试件集料抽提验证沥青混合料的目标配合比，完成沥青混合料的配合比设计。该设计对沙漠地区高温环境下的车辙病害有较强的针对性，可以起到预防早期车辙病害发生的作用，并且对沥青混合料设计对所设计出的沥青混合料配合比进行了论证。论证。论证。

【技术实现步骤摘要】
用于沙漠地区高温环境道路沥青混合料配合比的设计方法


本专利技术涉及道路工程
，具体为一种用于沙漠地区极端高温环境道路沥青混合料配合比的设计方法。

技术介绍

近年来随着经济的发展，人们对旅游、自然资源的开发需求增加，促进了对交通基础设施大规模的建设，这也意味着在沙漠地区建设公路的需求在增加，但由于沙漠地区特殊的自然气候影响，在的建设过程中必然会遇到一系列问题。沙漠地区沥青路面的主要问题表现为：夏天高气温和长时间的日照，使面层沥青混合料温度升高幅度很大，从而有可能引发高温稳定性不足，在车辆作用下易产生车辙，由于高温天气下黑色沥青对太阳辐射的吸收作用,沙漠地区路面温度将高出地面温度很多。

技术实现思路

本专利技术提供了一种用于沙漠地区高温环境道路沥青混合料配合比的设计方法，应用Superpave沥青混合料设计方法重点解决沙漠地区沥青路面高温车辙病害问题，同时深入研究Superpave沥青混合料配合比设计方法，优化出适用于沙漠地区的Superpave矿料级配组成，为沙漠地区高速公路应用Superpave沥青混合料设计方法提供可借鉴的经验。本专利技术的技术方案是，一种用于沙漠地区高温环境道路沥青混合料配合比的设计方法，包括以下步骤：步骤1a、根据路面温度场温度预估模型分别计算路面各结构层的特征最高温度与最低温度，并按照PG高温与低温性能等级进行选择和调整；步骤1b、根据步骤1a确定的高温等级和底温等级，对沥青胶结料进行性能检测；步骤2、选择矿物集料，将集料根据粒径进行分档，对集料的性能进行检测；步骤3、对选定的集料进行筛分，确定各档集料的通过率，通过规划求解初步确定各档集料的比例，采用SAC法计算关键筛孔通过率，确定出设计级配；采用贝雷法对设计级配结构进行检测，优化调整出级配和用料比例；步骤4a、根据步骤2、步骤3的试验结果，采用Superpave法进行初选沥青胶结料用量的预估，确定初试级配沥青用量；步骤4b、根据初试级配和预估沥青胶结料结果，采用预估沥青用量按0.5％的间距取5个不同沥青用量分别进行矿料拌合，在设计旋转压实次数条件下产生4％空隙率的沥青用量，根据Superpave的设计要求，至少选择四种胶结料含量进行最佳沥青用量的确定，然后对成型试件进行相关试验，测试试件的％G
mm
@N
des
、VFA、VMA、％G
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@N
ini
以及粉胶比，根据实测的试验数据和标准要求确定最佳沥青用量；步骤4c、根据步骤4b中得到的不同沥青用量下沥青混合料的各项指标与沥青用量的关系，绘制出关系图；由沥青用量与孔隙率关系图可得到孔隙率为4％时的沥青用量，然后根据得到的沥青用量在各关系图中确定在该沥青用量下的％G
mm
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des
、VFA、VMA、％G
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N
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以及粉胶比的值，检测所得各项指标是否符合规范，若均满足则该沥青用量为最佳沥青用量；步骤5a、根据确定的初试级配和最佳沥青用量，对沥青混合料进行拌和，用Superpave法的旋转压实法，成型两组试件，一组采用设计压实次数N
des
进行压实，另一组采用最大压实次数N
max
进行压实。步骤5b、根据旋转压实法得到的试件进行检测，沥青混合料的％G
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@N
max
<98％；间接拉伸试验抗拉强度比(TSR)>80％，则混合料满足设计要求；步骤6、在目标配合比下的沥青混合料各项技术指标合格后进行试验段铺筑，然后进行沥青路面取芯，再进行沥青混合料汉堡车辙试验和湿敏性评价，分析验证路用性能指标，完成配合比设计。进一步地，路面温度场温度预估模型计算公式分别采用以下公式：SHRP高温模型：式中T(surf)为路表面最高设计温度；T(air)为最高空气温度；L
at
为项目所在地纬度低温模型采用加拿大修正公式：T(min)＝0.859T(air)+1.7式中T(min)——低温路面设计温度；T(air)——最低的空气温度。进一步地，沥青胶结料高温等级高于SHRP高温模型计算的T(surf)；沥青胶结料的低温等级低于加拿大修正公式计算的T(min)。进一步地，步骤1b中沥青胶结料的性能包括原样沥青胶结料的密度、闪点值、135℃的旋转粘度以及高温等级对应的动态剪切流变值；RTFO残留物的质量变化、高温等级下的动态剪切流变值、不可回复蠕变柔量、蠕变回复率、不可回复蠕变柔量应力敏感性指标；PAV残渣的动态剪切流变值、底温等级下的劲度和m值。进一步地，步骤2中集料包括粗集料、细集料和填料；测试所有集料的坚固性，另外粗集料还检测扁平和细长颗粒含量、磨损损失、骨料压碎值和断裂颗粒的百分比；细集料和填料检测塑性指数、酸溶性氯化物、硫酸盐和有机杂质含量。进一步地，步骤3中矿料筛分时选择的筛网依次为37.5mm、25.0mm、19.0mm、12.5mm、9.5mm、4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm和0.075mm；对选定的集料进行筛分，确定各档集料的通过率。进一步地，步骤3中规划求解时，根据集料筛分结果，借助Office Excel软件的规划求解方法，对38mm～22mm、22mm～12mm、12mm～4mm、4mm～0mm、填料五档集料进行掺配比例计算，通过控制各筛孔合成级配与级配中值的方差之和为最小值进行优化求解得到一条规划求解级配；接着运用SAC法计算出各筛孔通过率，此时得到了两条级配曲线参数，将目标级配的范围缩小到两条级配曲线之间，选择一组与两条级配拟合度较好的级配作为设计级配；采用贝雷法三参数CA比、FAc比、FAf比对选定的设计级配结构进行评价和调整，优化出合理的设计级配和集料比例；通过优化调整得到集料级配和用量比例。进一步地，步骤4a中需要确定合成集料的有效相对密度G
se
、被集料吸去的沥青体积与石油比Q
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、有效沥青体积与有效沥青石油比Q
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以及最佳初始石油比Q
b
。进一步地，4b中成型试件试验时，测试其空隙率、密度、饱和度和矿料间隙率、沥青填隙率和粉胶比指标。
进一步地，步骤5b中的检测包括空隙率、饱和度和矿料间隙率、沥青填隙率和粉胶比指标。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术采用的Superpave设计方法，相对于传统的马歇尔方法所得沥青混合料在性能上更贴近实际，所述沥青混合料设计对沙漠地区高温环境常见的车辙病害有较强的针对性，可以起到预防早起车辙病害发生的作用；所述沥青混合料设计对所设计出的沥青混合料配合比进行论证，克服传统设计忽视目标配合比论证的不足。在以往的混合料级配结构设计中，级配曲线的确定往往存在依靠经验、重复试验或取规范中值等情况，具有一定的随机性，且不能保证级配结构的合理性。本专利技术通过Office Excel软件规划求解确定出混合料的初选级配和比例关系，接着运用SAC法计算出各筛孔通过率，得到了两条级配曲线参数，将目标本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于沙漠地区高温环境道路沥青混合料配合比的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1a、根据路面温度场温度预估模型分别计算路面各结构层的特征最高温度与最低温度，并按照PG高温与低温性能等级进行选择和调整；步骤1b、根据步骤1a确定的高温等级和底温等级，对沥青胶结料进行性能检测；步骤2、选择矿物集料，将集料根据粒径进行分档，对集料的性能进行检测；步骤3、对选定的集料进行筛分，确定各档集料的通过率，通过规划求解初步确定各档集料的比例，采用SAC法计算关键筛孔通过率，确定出设计级配；采用贝雷法对设计级配结构进行检测，优化调整出级配和用料比例；步骤4a、根据步骤2、步骤3的试验结果，采用Superpave法进行初选沥青胶结料用量的预估，确定初试级配沥青用量；步骤4b、根据初试级配和预估沥青胶结料结果，采用预估沥青用量按0.5％的间距取5个不同沥青用量分别进行矿料拌合，在设计旋转压实次数条件下产生4％空隙率的沥青用量，根据Superpave的设计要求，至少选择四种胶结料含量进行最佳沥青用量的确定，然后对成型试件进行相关试验，测试试件的％G
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、VFA、VMA、％G
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以及粉胶比，根据实测的试验数据和标准要求确定最佳沥青用量；步骤4c、根据步骤4b中得到的不同沥青用量下沥青混合料的各项指标与沥青用量的关系，绘制出关系图；由沥青用量与孔隙率关系图可得到孔隙率为4％时的沥青用量，然后根据得到的沥青用量在各关系图中确定出该沥青用量下的％G
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以及粉胶比的值，检测各项指标是否符合规范，若均满足则选用该沥青用量为最佳沥青用量；步骤5a、根据确定的初试级配和最佳沥青用量，对沥青混合料进行拌和，用Superpave法的旋转压实法进行压实，成型两组试件，一组采用设计压实次数N
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进行压实，另一组采用最大压实次数N
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进行压实；步骤5b、根据旋转压实得到的试件进行性能检测，若沥青混合料的％G
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<98％；且间接拉伸试验抗拉强度比(TSR)>80％，则混合料满足设计要求；步骤6、在目标配合比下的沥青混合料各项技术指标合格后进行试验段铺筑，然后进行沥青路面取芯，再进行沥青混合料汉堡车辙试验和湿敏性评价，分析验证路用性能指标，完成配合比设计。2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于：路面温度场温度预估模型计算公式分别采用以下公式：SHRP高温模型：式中T(surf)为路表面最高设计温度；T(a...

【专利技术属性】
技术研发人员：何柏森，燕乔，梁文斌，熊波，陈尧顺，刘尚各，李震，郭世平，万德文，胡军，朱晖，刘畅，杨世鹏，
申请(专利权)人：中国葛洲坝集团建设工程有限公司三峡大学，
类型：发明
国别省市：