一种基于沥青混合料抗疲劳特性进行物料配比优化设计的方法技术

本发明专利技术属于道路工程材料设计及研究领域，具体涉及一种基于沥青混合料抗疲劳特性进行物料配比优化设计的方法。本发明专利技术所述的基于沥青混合料抗疲劳特性进行物料配比优化设计的方法，在确定沥青混合料最佳用量时，除了常规的物理指标外，采用应变变化率控制沥青混合料的抗疲劳性能，在此基础之上提出了基于沥青混合料抗疲劳性能的配合比设计优化方法，将材料设计与结构设计联系起来，有效提高沥青混合料的抗疲劳特性及耐久性，延长路面的使用寿命。延长路面的使用寿命。延长路面的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种基于沥青混合料抗疲劳特性进行物料配比优化设计的方法


[0001]本专利技术属于道路工程材料设计及研究领域，具体涉及一种基于沥青混合料抗疲劳特性进行物料配比优化设计的方法。

技术介绍

[0002]沥青路面是我国高等级路面的主要形式，目前多采用半刚性基层+沥青面层结构，或在原有水泥混凝土路面板上加铺沥青面层。这些沥青路面在使用过程中，由于半刚性基层在温度、湿度变化下容易产生温缩、干缩裂缝，或者由于水泥混凝土板间存在接缝，在外界车辆荷载和温度作用下，裂缝或接缝位置处的沥青下面层出现应力集中现象，并使裂缝扩展至路表面，出现反射裂缝，大大降低了沥青路面的使用寿命，严重影响着沥青路面的耐久性。
[0003]为了解决反射裂缝的问题，通常在半刚性基层或水泥混凝土面板与沥青面层之间设置应力吸收层，以提供较大的变形，降低裂缝附近的应力集中现象，防止反射裂缝的发生。而应力吸收层的常用材料之一为沥青混合料，其在荷载重复作用下产生不可恢复的强度衰减，从而发生疲劳损伤，出现裂缝等导致应力吸收层丧失预防反射裂缝的功能，影响着沥青路面的服役寿命。因此，应力吸收层沥青混合料抗疲劳性能的提升对于沥青路面的耐久性具有重要的意义。
[0004]现阶段道路工作者对应力吸收层疲劳特性改善的研究，主要集中在改变沥青种类、控制应力吸收层厚度、提高施工质量等方面，这些研究具有很好的理论价值及实际意义。然而，从材料设计的角度出发，目前应力吸收层沥青混合料的配合比设计方法主要采用普通沥青混合料的体积设计法，以空隙率等体积指标为设计依据不能体现沥青混合料的功能性要求，因此有必要提出一种基于抗疲劳特性的应力吸收层沥青混合料配合比设计方法。

技术实现思路

[0005]为此，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种基于沥青混合料抗疲劳特性进行物料配比优化设计的方法，可有效提高路面应力吸收层沥青混合料的抗疲劳特性，从而有效防治沥青路面的反射裂缝，延长路面的使用寿命，提高沥青路面的耐久性，有效解决了目前缺少基于沥青混合料抗疲劳特性进行沥青物料配合比设计控制指标的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术所述的一种基于沥青混合料抗疲劳特性进行物料配比优化设计的方法，包括如下步骤：
[0007](1)确定沥青混合料级配范围：选择合适的沥青混合料种类，并确定相应的工程设计矿料级配范围；
[0008](2)制备马歇尔试件：在工程设计级配范围内选取适当的矿料级配作为设计级配，并预估沥青用量，以预估的沥青用量为中值，选取不同油石比，制备沥青混合料马歇尔试
件；
[0009](3)测定马歇尔试件的物理指标：分别测定上述基于不同沥青用量条件下的马歇尔试件的物理指标，并检验上述物理指标是否能够满足性能指标要求；
[0010](4)确定应变变化率标准：控制应力比相同，测定不同沥青用量下沥青混合料的应变变化率及疲劳寿命，根据应变变化率与疲劳寿命的对应关系，以应力控制模式下疲劳次数＞3000次为标准，确定应变变化率的设计标准范围；
[0011](5)测定应变变化率：分别测定上述基于不同沥青用量条件下的马歇尔试件的在应力控制模式下的间接拉伸疲劳试验中应变变化率，并检验测试结果是否满足沥青混合料的抗疲劳性能要求；
[0012](6)若上述步骤(3)和(5)中测定结果同时满足要求，则可根据检验结果确定最佳沥青用量及混合料级配；否则，重新调整级配及沥青用量，并重复上述步骤(1)
‑
(5)，直至混合料性能同时满足体积指标及抗疲劳性能的要求。
[0013]具体的，所述步骤(1)中，根据公路等级、气候及交通条件因素选择沥青混合料的种类及矿料级配范围。
[0014]具体的，所述步骤(2)中，所述选取矿料级配步骤为在工程设计级配范围内选取2
‑
3组矿料级配，并根据经验选择适宜的沥青用量，对每组级配矿料分别按照《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40
‑
2004)的要求测定每种级配条件下马歇尔试件的VMA，初选一组满足或接近设计要求的级配作为设计级配，进而预估沥青用量。
[0015]具体的，所述步骤(2)中，所述选取不同油石比的步骤为以预估的沥青用量为中值，按一定间隔等间距向两侧扩展，取至少5个不同油石比。
[0016]具体的，所述步骤(2)中，控制所述马歇尔试件的直径为101.6mm
±
0.2mm、高63.5mm
±
1.3mm。
[0017]具体的，所述步骤(3)中，测定所述马歇尔试件的物理指标包括毛体积密度、空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度。
[0018]具体的，所述步骤(5)中，所述测定应变变化率的具体步骤包括：
[0019](a)将马歇尔试件放入预先设定为15
±
0.5℃的恒温箱中，保温时间不少于4h，试件之间放置的距离不少于10mm；
[0020](b)安装数字散斑监测装置：将三脚架支立起，调节其高度直至与试件中心平行，并进行调平；安装CCD摄像机，并进行相机参数的设置；从控温箱中取出试件，迅速进行散斑的制作，并将制作好的散斑试件置于沥青混合料劈裂试验的夹具中安放稳定，其上下圆弧形压条要平行居中；
[0021](c)微调数字散斑装置的高度，直至相机镜头与试件中心在同一水平面上，设置好荷载、频率等试验参数，同时开动MTS和数字散斑采集系统，同时记录荷载、位移以及荷载作用次数等参数，计算应变随时间呈线性增长阶段的应变变化率。
[0022]具体的，所述步骤(6)中，所述确定最佳沥青用量及混合料级配的步骤，具体步骤包括：
[0023](a)绘制出毛体积密度、空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度以及应变变化率随沥青用量的变化关系图；
[0024](b)求取曲线上相应于密度最大值、目标空隙率(或中值)、应变变化率最小值和沥
青饱和度范围中值所对应的沥青用量a1、a2、a3、a4；按下式(1)取平均值作为OAC1；
[0025]OAC1＝(a1+a2+a3+a4)/4
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)；
[0026](c)以除沥青饱和度外的各项指标均符合技术标准的沥青用量范围OAC
min
‑
OAC
max
的中值作为OAC2，计算如下式(2)所示；
[0027]OAC2＝(OAC
min
+OAC
max
)/2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)；
[0028](d)取OAC1及OAC2的中值作为计算的最佳沥青用量OAC，计算如下式(3)所示；
[0029]OAC＝(OAC1+OAC2)/2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)。
[0030]具体的，所述步骤(b)中，如果在所选择的沥青用量范围内未能涵盖沥青饱和度的要求范围，按下式(4)取平均值作为OAC1；
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于沥青混合料抗疲劳特性进行物料配比优化设计的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)确定沥青混合料级配范围：选择合适的沥青混合料种类，并确定相应的工程设计矿料级配范围；(2)制备马歇尔试件：在工程设计级配范围内选取适当的矿料级配，并预估沥青用量，以及选取不同油石比，制备沥青混合料马歇尔试件；(3)测定马歇尔试件的物理指标：分别测定上述基于不同沥青用量条件下的马歇尔试件的物理指标，并检验上述物理指标是否能够满足性能指标要求；(4)确定应变变化率标准：控制应力比相同，测定不同沥青用量下沥青混合料的应变变化率及疲劳寿命，根据应变变化率与疲劳寿命的对应关系，以应力控制模式下疲劳次数＞3000次为标准，确定应变变化率的设计标准范围；(5)测定应变变化率：分别测定上述基于不同沥青用量条件下的马歇尔试件在应力控制模式下的间接拉伸疲劳试验中的应变变化率，并检验测试结果是否满足沥青混合料的抗疲劳性能要求；(6)若上述步骤(3)和(5)中测定结果同时满足要求，则可根据检验结果确定最佳沥青用量及混合料级配；否则，重新调整级配及沥青用量，并重复上述步骤(1)
‑
(5)，直至混合料性能同时满足体积指标及抗疲劳性能的要求。2.根据权利要求1所述基于沥青混合料抗疲劳特性进行物料配比优化设计的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，根据公路等级、气候及交通条件因素选择沥青混合料的种类及矿料级配范围。3.根据权利要求1或2所述基于沥青混合料抗疲劳特性进行物料配比优化设计的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述选取矿料级配步骤为在工程设计级配范围内选取2
‑
3组矿料级配，并通过测定每种级配条件下马歇尔试件的VMA，初选一组满足或接近设计要求的级配作为设计级配，预估沥青用量。4.根据权利要求3所述基于沥青混合料抗疲劳特性进行物料配比优化设计的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述选取不同油石比的步骤为以预估的沥青用量为中值，按一定间隔等间距向两侧扩展，取至少5个不同油石比。5.根据权利要求3或4所述基于沥青混合料抗疲劳特性进行物料配比优化设计的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，控制所述马歇尔试件的直径为101.6mm
±
0.2mm、高63.5mm
±
1.3mm。6.根据权利要求1
‑
5任一项所述基于沥青混合料抗疲劳特性进行物料配比优化设计的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，测定所述马歇尔试件的物理指标包括毛体积密度、空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度。7.根据权利要求1
‑
6任一项所述基于沥青混合料抗疲劳特性进行物料配比优化设计的方法，其特征在于，所述步骤(5)中，所述测定应变变化率的具体步骤包括：(a)将马歇尔试件放入预先设定为15
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李纯，陈东魁，韩基一，黄宏海，时敬涛，徐慧宁，冯雯雯，
申请(专利权)人：中石油燃料油有限责任公司，
类型：发明
国别省市：