集料级配设计方法、沥青混合料设计方法及路面结构技术

本发明专利技术涉及集料级配设计方法、沥青混合料设计方法及路面结构，包括以下步骤：依次确定各档集料的最佳用量，相邻两档集料的用量确定方法为：确定相邻两档集料中细集料和粗集料的平均粒径比；当平均粒径比不大于设定值时，测量多个不同粗集料体积含量下的第一空隙指数，根据第一空隙指数确定边界效应模型，测量粗集料体积含量100％时的第二空隙指数，根据第二空隙指数确定无干涉效应模型，根据边界效应模型和无干涉效应模型确定最佳粗集料用量；当平均粒径比大于设定值时，测量多个不同粗集料含量下的CBR值，取CBR值最大时对应的粗集料体积含量作为最佳的粗集料用量，本发明专利技术设计方法得到的集料级配满足矿料间隙率要求。到的集料级配满足矿料间隙率要求。到的集料级配满足矿料间隙率要求。

【技术实现步骤摘要】
集料级配设计方法、沥青混合料设计方法及路面结构


[0001]本专利技术涉及道路工程
，具体涉及集料级配设计方法、沥青混合料设计方法及路面结构。

技术介绍

[0002]这里的陈述仅提供与本专利技术相关的
技术介绍
，而不必然地构成现有技术。
[0003]现有高等级路面表面层多采用玄武岩SMA类沥青混凝土。玄武岩SMA类沥青混凝土是间断级配骨架密实型结构，其表面纹理粗糙，抗滑性能优越；且具有强度高，抗车辙能力强等特点，是作为高等级路面表面层的首选，但是专利技术人发现，随着高等级公路新建、养护、改扩建热潮的进一步兴起，高等级公路对石料的需求逐渐加大。作为高等级公路表面层所需要的玄武岩，产量严重不足，许多公路因为玄武岩的缺乏被迫跨地区采购，从而造成延长工期、增加建设成本等不良情况。石灰岩产量充足，能够满足目前公路新建、养护、改扩建的需求，但是石灰岩集料应用于SMA类沥青混凝土时，采用传统级配设计方法得到的石灰岩SMA类沥青混凝土由于边界效应和干涉效应使得矿料间隙率(VMA)无法满足要求，因此如何对石灰岩集料的级配进行设计，使其满足矿料间隙率的要求是亟待解决的问题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供集料级配设计方法，使得石灰岩用作骨架密实沥青混合料的集料时，其级配满足矿料间隙率要求。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
[0006]第一方面，本专利技术的实施例提供了集料级配设计方法，包括以下步骤：
[0007]按照粒径由大到小依次确定各档集料的最佳用量，其中最末挡集料与其上一档集料的平均粒径比不大于设定值，相邻两档集料的用量确定方法为：
[0008]确定相邻两档集料中细集料和粗集料的平均粒径比；
[0009]当平均粒径比不大于设定值时，测量多个不同粗集料体积含量下的第一空隙指数，根据第一空隙指数确定边界效应模型，测量粗集料体积含量100％时的第二空隙指数，根据第二空隙指数确定无干涉效应模型，根据边界效应模型和无干涉效应模型确定最佳粗集料用量；
[0010]当平均粒径比大于设定值时，测量多个不同粗集料含量下的CBR值，取CBR值最大时对应的粗集料体积含量作为最佳的粗集料用量。
[0011]可选的，测定粗集料体积含量分别为0％、10％和20％下的第一空隙指数，根据三个第一空隙指数确定边界效应模型。
[0012]可选的，粗集料体积含量间隔10％取值，测量不同粗集料体积含量下的CBR值。
[0013]可选的，所述设定值为0.2。
[0014]可选的，无干涉效应模型和边界效应模型对应直线的交点所对应的粗集料体积含量为最佳粗集料用量。
[0015]可选的，当前两档集料的粗集料最佳用量确定后，将当前两档集料的按照得到的粗集料最佳用量混合，作为新的粗集料，与下一档作为细集料的集料进行级配设计。
[0016]第二方面，本专利技术的实施例提供了一种沥青混合料设计方法，包括以下步骤：
[0017]采用第一方面所述的集料级配设计方法确定集料中各挡集料的配比；
[0018]选取设定的初试沥青用量和多组矿粉用量，结合集料制备不同矿粉用量对应的多组第一马歇尔试件；
[0019]利用第一马歇尔试件进行密度试验，获取多组第一马歇尔试件的矿料间隙率；
[0020]根据得到的矿料间隙率确定矿粉与集料的配比；
[0021]设定多组沥青用量，结合确定的矿粉与集料的配比，制作多组第二马歇尔试件；
[0022]利用第二马歇尔试件进行密度试验和马歇尔试验，根据得到的空隙率、矿料间隙率、粗集料骨架间隙率、沥青饱和度和稳定度确定沥青最佳用量。
[0023]第三方面，本专利技术的实施例提供了一种路面结构，包括由上至下依次设置的沥青混凝土上面层、沥青混凝土下面层、应力吸收层和水稳基层，其中沥青混凝土上面层所用集料、矿粉和沥青的配比采用第二方面所述的沥青混合料设计方法获得。
[0024]可选的，沥青混凝土下面层中，粗集料、中集料、细集料和矿粉的质量比为34
‑
38:25
‑
29:33
‑
37:1
‑
3，优选为36:27:35:2，其余为沥青，沥青质量占沥青混凝土下面层总质量的4％
‑
5％,优选为4.3％；
[0025]进一步的，沥青混凝土下面层中，所述粗集料的粒径范围为10
‑
20mm，且不含端点10mm，中集料的粒径范围为5
‑
10mm，且不含端点5mm，细集料的粒径范围为0
‑
5mm，且不含端点0mm。
[0026]可选的，所述应力吸收层中，粗集料、细集料和矿粉的质量比为13
‑
15:80
‑
82:4
‑
6，优选为14:81:5，其余为沥青，沥青质量占应力吸收层总质量的8％
‑
10％，优选为9.0％；
[0027]进一步的，应力吸收层中，粗集料的粒径范围为3
‑
5mm，且不含端点3mm，细集料的粒径范围为0
‑
3mm，且不含端点0mm。
[0028]可选的，所述水稳基层为垂直振动成型法确定的水泥稳定碎石基层。
[0029]本专利技术的有益效果如下：
[0030]1.本专利技术的级配设计方法，由于最小的两档集料的粒径比小于设定值，因此根据边界效应模型和无干涉效应模型来确定粗集料的最佳用量，进而消除干涉效应对矿料间隙率的影响，进而形成骨架密实嵌挤结构，按照设计级配制备的集料与矿粉和沥青形成的沥青混合料满足矿料间隙率的要求，具有密实度大、劲度模量高、抗疲劳性能好、抗滑性能好的特点，适用于石灰岩应用于沥青混合料，有助于提高沥青路面使用寿命，并且降低了路面施工的原料成本。
[0031]2.本专利技术的路面结构，其中沥青混凝土上面层采用本专利技术的级配设计方法设计而成，配合沥青混凝土下面层、应力吸收层，水稳基层，可有效防止路面车辙的产生，水稳基层采用水泥稳定碎石基层，可以减少基层裂缝的产生，同时提高基层性能，应力吸收层能够有效阻止基层裂缝向面层扩展，减少路面反射裂缝的产生，该路面结构组合针对性的解决路面病害，提高路面使用性能。
[0049]其中，e为步骤(2)测量的空隙指数，p为粗集料的体积含量，进而能够得到粗集料空隙指数C，进而得到无干涉效应模型。
[0050]测定粗集料含量为100％时的空隙指数，是为了保证测量空隙指数的试件的粗集料含量肯定大于最佳的粗集料含量。
[0051]步骤(3)：通过边界效应模型和无干涉效应模型得到粗集料即1档集料的最佳用量，即最佳体积含量。
[0052]如图2所示，本实施例中，无干涉效应模型和边界效应模型对应直线的交点所对应的粗集料体积含量为最佳粗集料用量。
[0053]即
[0054]其中P
t
为粗集料的最佳用量，即本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.集料级配设计方法，其特征在于，包括以下步骤：按照粒径由大到小依次确定各档集料的最佳用量，其中最末挡集料与其上一档集料的平均粒径比不大于设定值，相邻两档集料的用量确定方法为：确定相邻两档集料中细集料和粗集料的平均粒径比；当平均粒径比不大于设定值时，测量多个不同粗集料体积含量下的第一空隙指数，根据第一空隙指数确定边界效应模型，测量粗集料体积含量100％时的第二空隙指数，根据第二空隙指数确定无干涉效应模型，根据边界效应模型和无干涉效应模型确定最佳粗集料用量；当平均粒径比大于设定值时，测量多个不同粗集料含量下的CBR值，取CBR值最大时对应的粗集料体积含量作为最佳的粗集料用量。2.如权利要求1所述的集料级配设计方法，其特征在于，测定粗集料体积含量分别为0％、10％和20％下的第一空隙指数，根据三个第一空隙指数确定边界效应模型。3.如权利要求1所述的集料级配设计方法，其特征在于，粗集料体积含量间隔10％取值，测量不同粗集料体积含量下的CBR值。4.如权利要求1所述的集料级配设计方法，其特征在于，所述设定值为0.2。5.如权利要求1所述的集料级配设计方法，其特征在于，无干涉效应模型和边界效应模型对应直线的交点所对应的粗集料体积含量为最佳粗集料用量。6.如权利要求1所述的集料级配设计方法，其特征在于，当前两档集料的粗集料最佳用量确定后，将当前两档集料的按照得到的粗集料最佳用量混合，作为新的粗集料，与下一档作为细集料的集料进行级配设计。7.一种沥青混合料设计方法，其特征在于，包括以下步骤：采用权利要求1
‑
6任一项所述的集料级配设计方法确定集料中各挡集料的配比；选取设定的初试沥青用量和多组矿粉用量，结合集料制备不同矿粉用量对应的多组第一马歇尔试件；利用第一马歇尔试件进行密度试验，获取多组第一马歇尔试件的矿料间隙率；根据得到的矿料间隙率确定矿粉与集料的配比；...

【专利技术属性】
技术研发人员：周新波，丁晓岩，穆明浩，丁婷婷，毕玉峰，庄伟，孙建秀，陈赛，于得水，王卓，陈昊，
申请(专利权)人：山东省交通规划设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：