本發(fā)明屬于道路工程
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及瀝青混合料，尤其涉及一種適用于不同溫差地區(qū)改性瀝青混合料的設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
：瀝青路面由于具有良好的平整度、舒適性、低噪音、行車舒適、耐磨、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于我國高等級公路。然而，瀝青路面極易產(chǎn)生高溫車轍、低溫裂縫等病害，對此至今沒有有效的解決辦法。瀝青路面的低溫、高溫破壞主要與環(huán)境溫度、交通荷載以及路面材料與結(jié)構(gòu)有關(guān)。我國幅員遼闊，氣候多變，不同地區(qū)間差異很大。在東北、新疆、陜西西北部等北方地區(qū)，冬夏溫差大，晝夜溫差大，部分地區(qū)冬夏溫差可達(dá)70℃，冬季晝夜溫差可達(dá)20～30℃。夏季瀝青路面易因高溫失穩(wěn)而產(chǎn)生車轍病害，冬季低溫易引起路面收縮開裂。而在海南、廣東等南方地區(qū)，冬夏溫差小，晝夜溫差小，全年普遍高溫，年平均溫度在20℃以上，瀝青路面病害主要以高溫車轍為主，極少出現(xiàn)低溫裂縫。在道路工程研究中，環(huán)境溫度是難以控制的因素。對于由路面溫度引起的病害，國內(nèi)外學(xué)者大多采用提高瀝青混合料在特殊環(huán)境下路用性能的方法解決，如提出改性瀝青、添加纖維、優(yōu)化級配等，這些“被動”措施可以緩解部分地區(qū)的溫度病害問題，但對于高溫差地區(qū)，緩解效果卻不明顯。武漢理工大學(xué)胡曙光、丁慶軍等人研制了一種相變?yōu)r青路面材料的制備方法，用于提高瀝青路面高溫穩(wěn)定性。瀝青路面的高溫穩(wěn)定性與低溫抗裂性相互矛盾，該相變?yōu)r青路面材料提高了路面高溫穩(wěn)定性，卻無法保證其低溫抗裂性。在低溫環(huán)境下，路面極易開裂破壞?，F(xiàn)在對于高溫穩(wěn)定性與低溫抗裂性的評價大多采用不同材料，不同級配間的定性比較，而缺少定量評價指標(biāo)。而針對我國不同溫差地區(qū)路面溫度病害的差異，沒有與其相對應(yīng)的瀝青混合料的設(shè)計(jì)方法。另外，現(xiàn)有瀝青混合料普遍存在著高溫穩(wěn)定性與低溫抗裂性相矛盾的問題，因此，有必要提供一種新的設(shè)計(jì)方法，來設(shè)計(jì)適用于不同溫差地區(qū)的改性瀝青混合料。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種使用于不同溫差地區(qū)的改性瀝青混合料設(shè)計(jì)方法，旨在解決我國不同地區(qū)路面溫度病害存在差異，瀝青混合料高溫穩(wěn)定性與低溫抗裂性相矛盾的問題。為解決上述問題，本發(fā)明提供了如下的技術(shù)方案:一種適用于不同溫差地區(qū)的改性瀝青混合料設(shè)計(jì)方法，具體步驟如下：(1)確定溫度變化范圍；(2)根據(jù)工程要求選擇瀝青混合料的種類；(3)原材料的選擇及測試：a.復(fù)合定形相變材料的制備及測試：①.相變材料及載體的選擇結(jié)合瀝青混合料的及實(shí)際路面溫度確定相變材料的溫度變化范圍，在滿足較高的相變潛熱條件下合理選擇相變材料，并根據(jù)所選相變材料確定相對應(yīng)的載體。②.定形相變材料的制備將①中所選材料采用真空浸漬法，通過封裝工藝制備成定形相變材料。③.定形相變材料的性能測試將②制得的樣品通過綜合熱分析物熱特性，確定相變潛熱、相變溫度等性能。b.改性瀝青的篩選：根據(jù)地區(qū)路面低溫抗裂性的要求，選擇經(jīng)濟(jì)合適的改性瀝青并對其技術(shù)性指標(biāo)進(jìn)行測試。c.基質(zhì)瀝青、粗集料、細(xì)集料及礦粉的選擇：選擇工程中常用的材料，并對其技術(shù)性質(zhì)進(jìn)行測試。(4)礦料的級配設(shè)計(jì)；根據(jù)所選瀝青混合料種類，查找相關(guān)工程級配設(shè)計(jì)范圍和各組成材料篩分試驗(yàn)資料，通過計(jì)算得到符合要求的各組成材料用量，其中用定形相變材料按最佳摻配比代替部分細(xì)集料。(5)油石比的確定；通過馬歇爾試驗(yàn)確定瀝青混合料的油石比。(6)制備改性瀝青混合料；(7)降溫、路用性能檢驗(yàn)；根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(jtge20-2011)檢測改性瀝青混合料的性能，進(jìn)行浸水馬歇爾實(shí)驗(yàn)、車轍實(shí)驗(yàn)、低溫彎曲實(shí)驗(yàn)，并分析其降溫性能與路用性能，確定降溫區(qū)間。(8)測定“熱變點(diǎn)”和“冷變點(diǎn)”；通過不同溫度下的車轍實(shí)驗(yàn)和低溫彎曲實(shí)驗(yàn)，分別建立車轍動穩(wěn)定度與溫度的曲線關(guān)系和應(yīng)變能密度臨界值與溫度的曲線關(guān)系，找到改性瀝青混合料路用性能突變的“熱變點(diǎn)”和“冷變點(diǎn)”。其中，“熱變點(diǎn)”和“冷變點(diǎn)”分別指的是一個高溫抗變形和低溫抗變形的臨界溫度，當(dāng)路面超過或低于這個溫度時，改性瀝青混合料的動穩(wěn)定度或應(yīng)變能密度臨界值發(fā)生急劇下降，其各項(xiàng)路用性能將隨之急劇降低。(9)將“冷變點(diǎn)”與地區(qū)最低溫度比較，若“冷變點(diǎn)”低于最低溫度，則進(jìn)行下一步；否則，重復(fù)步驟(2)～(8)；(10)將(3)中測得的定形相變材料的相變溫度與“熱變點(diǎn)”比較，若低于“熱變點(diǎn)”，則進(jìn)行下一步；否則，重復(fù)步驟(2)～(9)；(11)根據(jù)步驟(7)得到改性瀝青混合料的降溫區(qū)間，與地區(qū)年最高氣溫之差為路面最高氣溫變化區(qū)間，若該區(qū)間最高溫度低于“熱變點(diǎn)”，則選用該改性瀝青混合料；否則，重復(fù)步驟(2)～(10)。本發(fā)明提供的一種適用于不同溫差地區(qū)的改性瀝青混合料設(shè)計(jì)方法，可以有效解決我國不同同地區(qū)路面溫度病害的差異性問題，為評價高溫穩(wěn)定性與低溫抗裂性提供定量指標(biāo)，并開發(fā)出既能改善高溫下路用性能又能增強(qiáng)其低溫抗裂性的改性瀝青混合料。本發(fā)明的廣泛應(yīng)用將顯著提升瀝青路面的設(shè)計(jì)水平與使用壽命，對提高公路建設(shè)質(zhì)量和服役水平具有重要的工程實(shí)踐價值。具體實(shí)施方式為了使本發(fā)明的技術(shù)方案更加清楚明白，下面結(jié)合具體實(shí)例對本發(fā)明作進(jìn)一步地具體詳細(xì)描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。具體按照以下步驟進(jìn)行：1.確定溫度變化范圍確定高溫上限為50℃，低溫下限為-10℃，即溫度研究范圍為-10℃～50℃。2.選擇瀝青混合料的種類采用ac-16瀝青混合料。3.原材料的選擇及測試(1)定形相變材料的制備及測試本實(shí)例選用peg4000作為相變材料，膨脹珍珠巖為載體，采用真空浸漬法，通過封裝工藝制備定形相變材料，通過綜合熱分析得到定形相變材料的相變溫度50.3℃，相變潛熱為153j/g。(2)改性瀝青的篩選因低溫下限為-10℃，要求改性瀝青低溫抗裂性要較好且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，因此，選用硅藻土作為改性劑，其含量為瀝青質(zhì)量的2％，具體技術(shù)性質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果見表1。表1：硅藻土改性瀝青技術(shù)性質(zhì)(3)基質(zhì)瀝青、粗集料、細(xì)集料及礦粉的選擇采用國產(chǎn)70#瀝青，石灰?guī)r碎石、機(jī)制砂、石灰?guī)r礦粉，其技術(shù)性質(zhì)試驗(yàn)成果見表2～表5表2：基質(zhì)瀝青的技術(shù)性質(zhì)表3：粗集料的技術(shù)性質(zhì)表4：細(xì)集料的技術(shù)性質(zhì)表觀密度(g/cm3)堅(jiān)固性(％)含泥量(％)砂當(dāng)量(％)亞甲藍(lán)值(g/kg)棱角性(s)2.7226.8775.09.933.2表5：礦粉的技術(shù)性質(zhì)表觀密度(g/cm3)含水量(％)親水系數(shù)加熱安定性2.6770.30.85加熱前后沒有明顯變化4.礦料的級配設(shè)計(jì)集料的合成級配見表6，各規(guī)格集料的用量比例見表7表6：集料的合成級配表7:各規(guī)格集料的用量比例集料尺寸(mm)9.5～194.75～9.52.36～4.75機(jī)制砂定形相變材料礦粉百分比(％)28251622545.油石比的確定通過修正馬歇爾實(shí)驗(yàn)，確定最佳油石比為5.3％。6.制備改性瀝青混合料采用國產(chǎn)70#基質(zhì)瀝青作為原材料進(jìn)行瀝青改性，以硅藻土為改性劑，選用合適的相容劑和其它助劑，添加peg4000定形相變材料，制備改性瀝青混合料。7.降溫性能、路用性能檢驗(yàn)用浸水馬歇爾試驗(yàn)測試混合料的水穩(wěn)定性，車轍試驗(yàn)測試混合料的高溫穩(wěn)穩(wěn)定性，低溫彎曲試驗(yàn)測試混合料的低溫抗裂性能，其中車轍試驗(yàn)和低溫彎曲試驗(yàn)以溫度為變量進(jìn)行多組實(shí)驗(yàn)，分析其降溫性能和路用性能。測試得到其殘留穩(wěn)定度為100.4％，降溫區(qū)間是4～6℃，不同溫度下的車轍試驗(yàn)和低溫彎曲試驗(yàn)的結(jié)果見表8～表9。表8：不同溫度下的車轍試驗(yàn)結(jié)果溫度(℃)45505557606570動穩(wěn)定度(次/mm)120001000080004000200015001000表9:不同溫度下低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果溫度(℃)0-5-8-10-12-15-20應(yīng)變能密度臨界值(kj/m3)30272522201058.測定“熱變點(diǎn)”和“冷變點(diǎn)”分別建立車轍動穩(wěn)定度與溫度的曲線關(guān)系和應(yīng)變能密度臨界值與溫度的曲線關(guān)系，找到改性瀝青混合料路用性能突變的“熱變點(diǎn)”和“冷變點(diǎn)”，分別是55℃和-12℃。9.“冷變點(diǎn)”是-12℃，小于低溫下限-10℃，滿足要求，進(jìn)行下一步。10.“熱變點(diǎn)”是55℃，高于定形相變材料的相變溫度50.3℃，符合要求，進(jìn)行下一步。(11)根據(jù)步驟7得到改性瀝青混合料的降溫區(qū)間是5℃～10℃，與地區(qū)年最高氣溫之差所得路面最高氣溫變化區(qū)間是40℃～45℃，該區(qū)間最高溫度低于“熱變點(diǎn)”，可以選用該改性瀝青混合料。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的實(shí)施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，本發(fā)明不限于該實(shí)施例，對于本發(fā)明所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應(yīng)屬于本發(fā)明所的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁12