基于目标空隙率的排水沥青混合料级配设计方法技术

本发明专利技术公开了基于目标空隙率的排水沥青混合料级配设计方法，涉及道路工程技术领域。包括：确定目标空隙率；初拟骨架空隙型级配曲线，确定分界筛孔通过率；获取级配参数，级配参数包括粗集料间隙率、粗集料振实密度、细料紧装密度、沥青密度等；基于级配参数，计算目标空隙率下的细料用量；根据细料用量与分界筛孔通过率的差异，调整细料用量；测试排水沥青混合料的空隙率，当空隙率在目标空隙率允许误差范围内，完成级配设计。本发明专利技术通过基于目标空隙率的理论公式计算细料用量，使得空隙率直接参与到级配设计过程中，保证设计的排水沥青混合料达到预设的目标空隙率；可快速实现排水沥青混合料满足目标空隙率，减少试验工作量，提高级配设计效率。级配设计效率。级配设计效率。

【技术实现步骤摘要】
基于目标空隙率的排水沥青混合料级配设计方法


[0001]本专利技术涉及道路工程
，尤其涉及基于目标空隙率的排水沥青混合料级配设计方法及混合料。

技术介绍

[0002]排水沥青混合料(Porous Aspha lt Mixture，PA)是一种典型的骨架空隙结构，压实后空隙率在18％以上。由于其特有的大孔隙结构，排水沥青路面兼具排水、降噪、抗滑等功能，成为一种路用性能良好的生态型路面。已有研究表明，排水沥青混合料的空隙率与渗透系数呈正相关关系，与混合料的抗析漏、抗飞散能力和水稳定性呈负相关关系。因此，空隙率是排水沥青混合料设计的关键指标。
[0003]然而，目前排水沥青混合料的级配设计方法中，空隙率仅仅是级配设计后通过制件测试的一个验证指标，并未直接参与到级配设计过程中；当测试的空隙率不满足目标空隙率要求时，须重新进行级配设计，直至达到要求。虽然《排水沥青路面设计与施工技术规范》(JTG/T 3350
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03
‑
2020)给出了排水沥青混合料级配设计各筛孔尺寸通过率的推荐范围，但并未针对目标空隙率提出关键筛孔(粗细集料分界筛孔)通过率的确定方法。另外，国内主要还有基于CAVF设计法及基于矿料间隙率模型等提出的骨架空隙型级配设计方法，这些方法并未针对目标空隙率进行矿料级配设计。美国、日本等国家均出台了适应当地气候环境的排水沥青混合料级配设计方法。美国联邦公路局采用体积填充原则进行级配设计，而日本《排水性铺装技术指针(案)》提出适合本国自然条件的排水沥青混合料级配设计范围，同样都未提出基于目标空隙率的级配设计方法。专利CN111892335A公开了一种基于主骨架理论的排水沥青混合料级配设计方法，虽然该方法可以保证排水沥青混合料的骨架稳定性和高温性能，但并未考虑空隙率对混合料排水性能和路用性能的影响。专利CN101244911A也公开了一种排水沥青混合料级配设计方法，该方法同样将空隙率仅仅作为一种验证指标。
[0004]综上所述，现有排水沥青混合料的级配设计方法中，空隙率都是在级配确定之后通过制备马歇尔试件进行实测，而在设计过程中空隙率一直是未知的。因此，在级配设计过程中关键筛孔通过率的取值主要依赖于设计者的工程经验，这给整个级配设计过程带来了一定的随意性，而且试验工作量大，设计周期长，效率较低。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种基于目标空隙率的排水沥青混合料级配设计方法，通过建立的理论公式计算目标空隙率下的细料用量，使得空隙率直接参与到级配设计过程，保证设计出的排水沥青混合料达到预设的目标空隙率。本专利技术可快速实现排水沥青混合料满足目标空隙率要求，减少试验工作量，提高级配设计效率。
[0006]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：
[0007]第一方面，本专利技术的实施例提供了基于目标空隙率的排水沥青混合料级配设计方
法，包括：
[0008]确定目标空隙率；
[0009]初拟骨架空隙型级配曲线，确定分界筛孔通过率x；
[0010]获取级配参数，所述级配参数包括粗集料间隙率VCA、粗集料振实密度ρ、细料紧装密度ρ
′
以及沥青密度ρ
b
、油石比P
a
；
[0011]基于所述级配参数，计算目标空隙率下的细料用量x0；
[0012]根据细料用量与分界筛孔通过率的差异，调整细料用量；
[0013]测试排水沥青混合料的空隙率，当空隙率在目标空隙率允许误差范围内，完成级配设计。
[0014]作为进一步的实现方式，基于排水沥青混合料骨架空隙结构构成原理与各材料组分在其中的功能，建立基于目标空隙率的细料用量计算公式。
[0015]作为进一步的实现方式，所述细料用量计算公式表示为：
[0016][0017]其中，VV表示目标空隙率。
[0018]作为进一步的实现方式，粗集料用于构成骨架，骨架的间隙体积等于细料体积、沥青体积以及空隙体积之和。
[0019]作为进一步的实现方式，根据粗集料间隙率VCA、目标空隙率VV以及骨架间隙体积的数量关系建立如下方程：
[0020][0021]其中，V表示粗集料骨架的总体积；
[0022]将粗集料与细料的总质量数设置为设定值，得到粗集料骨架的体积V。
[0023]作为进一步的实现方式，细料用量x0接近分界筛孔通过率x时，级配无需调整。
[0024]作为进一步的实现方式，细料用量x0与分界筛孔通过率x具有差异时，在粗集料与细料内部比例不变的前提下，根据x0与x的比值以及初拟级配各档集料的用量，重新计算各档集料的比例，调整细料用量到x0。
[0025]作为进一步的实现方式，当空隙率不在目标空隙率允许误差范围内时，在粗集料与细料内部比例不变的前提下继续调整细料用量。
[0026]作为进一步的实现方式，在原有基础上按照增加或减小1％～3％调整细料用量。
[0027]作为进一步的实现方式，实测空隙率偏大时增加1％～3％细料，实测空隙率偏小时减少1％～3％细料。
[0028]第二方面，本专利技术的实施例还提供了一种排水沥青混合料，采用所述的级配设计方法制备而成。
[0029]本专利技术的有益效果如下：
[0030](1)本专利技术通过基于目标空隙率的理论公式计算细料用量，使得空隙率直接参与到级配设计过程，保证设计出的排水沥青混合料达到预设的目标空隙率，从而实现排水沥青混合料的排水降噪抗滑等功能；使用该方法可快速实现排水沥青混合料满足目标空隙
率，实现空隙率的事先控制，有效地避免了空隙率事后不满足要求而返工的弊端，减少试验工作量，提高级配设计效率。
[0031](2)本专利技术基于排水沥青混合料骨架空隙结构构成原理与各材料组分在其中的功能，建立了基于目标空隙率的细料用量计算公式，为基于目标空隙率的级配设计提供了理论基础。
附图说明
[0032]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0033]图1是本专利技术根据一个或多个实施方式的排水沥青混合料组成示意图；
[0034]图2是本专利技术根据一个或多个实施方式的设计方法流程图；
[0035]图3是本专利技术根据一个或多个实施方式的初拟骨架空隙型级配曲线示意图；
[0036]图4是本专利技术根据一个或多个实施方式的调整后级配曲线示意图。
[0037]其中，1、粗集料，2、沥青，3、细料。
具体实施方式
[0038]实施例一：
[0039]本专利技术的一个典型实施例中，如图2所示，给出一种基于目标空隙率的排水沥青混合料级配设计方法。
[0040]由于目前的级配设计方法未在设计过程中考虑目标空隙率，主要依赖经验设计级配，而且空隙率是在级配设计完成后制备试件测试确定；如果测定的空隙率与目标空隙本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于目标空隙率的排水沥青混合料级配设计方法，其特征在于，包括：确定目标空隙率；初拟骨架空隙型级配曲线，确定分界筛孔通过率x；获取级配参数，所述级配参数包括粗集料间隙率VCA、粗集料振实密度ρ、细料紧装密度ρ
′
以及沥青密度ρ
b
、油石比P
a
；基于所述级配参数，计算目标空隙率下的细料用量x0；根据细料用量与分界筛孔通过率的差异，调整细料用量；测试排水沥青混合料的空隙率，当空隙率在目标空隙率允许误差范围内，完成级配设计。2.根据权利要求1所述的基于目标空隙率的排水沥青混合料级配设计方法，其特征在于，基于排水沥青混合料骨架空隙结构构成原理与各材料组分在其中的功能，建立基于目标空隙率的细料用量计算公式。3.根据权利要求2所述的基于目标空隙率的排水沥青混合料级配设计方法，其特征在于，所述细料用量计算公式表示为：其中，VV表示目标空隙率。4.根据权利要求2或3所述的基于目标空隙率的排水沥青混合料级配设计方法，其特征在于，粗集料用于构成骨架，骨架的间隙体积等于细料体积、沥青体积以及空隙体积之和。5.根据权利要求4所述的基于目标空隙率的排水沥青混合料级配设计方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹卫东，张修冬，李竞晨，颜子骐，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：