基于瀝青膜厚度的橡膠瀝青密級(jí)配混合料設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及橡膠瀝青密級(jí)配混合料設(shè)計(jì)方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，我國(guó)正處于公路交通迅速發(fā)展時(shí)期，公路建設(shè)取得了矚目的成就，然而，公 路實(shí)際質(zhì)量卻普遍存在著耐久性差、使用壽命短和早期破壞的現(xiàn)象，路面出現(xiàn)如此多的問(wèn) 題，除了與設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)方面因素有關(guān)外，路面材料也是重要的因素。改性瀝青混合料以 其優(yōu)良的路用性能，一直是道路工程領(lǐng)域重要研宄方向，另一方面，我國(guó)汽車保有量逐年增 加，出現(xiàn)大量的廢舊輪胎，嚴(yán)重污染了環(huán)境和危機(jī)人類的健康，在利用再生資源、提高瀝青 混合料路用性能、處理好廢舊輪胎等眾多因素的促進(jìn)下，橡膠改性瀝青與橡膠瀝青混合料 作為一種節(jié)能環(huán)保材料以及其優(yōu)良的路用性能而受到筑路界的高度關(guān)注。
[0003] 橡膠瀝青在經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)30多年發(fā)展，取得了一定的成果，已經(jīng)制定了相關(guān)橡膠瀝青 技術(shù)指標(biāo)，包括江蘇省《斷級(jí)配橡膠瀝青混合料（AR-AC-13)施工指南》和北京市《北京市廢 胎膠粉瀝青及混合料設(shè)計(jì)施工技術(shù)指南》等關(guān)于橡膠瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì)與使用方法。目 前橡膠瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì)比較典型的包括北京和江蘇兩種級(jí)配設(shè)計(jì)理念，這兩種設(shè)計(jì)方 法對(duì)于混合料的體積參數(shù)有不同的規(guī)定和要求，分別設(shè)計(jì)出開(kāi)級(jí)配和密級(jí)配兩種橡膠瀝青 混合料，在橡膠瀝青混合料使用過(guò)程中，主要出現(xiàn)以下兩個(gè)方面不足：
[0004] (1)油石比普遍偏高，達(dá)到6%以上，過(guò)大的油石比導(dǎo)致橡膠瀝青混合料的經(jīng)濟(jì)性 不明顯，從而在很大程度上限制了橡膠瀝青混合料的推廣。
[0005] (2)兩種級(jí)配均是根據(jù)橡膠瀝青特性以及使用經(jīng)驗(yàn)確定的級(jí)配范圍，缺乏對(duì)于級(jí) 配內(nèi)各檔礦料之間組成結(jié)構(gòu)理論基礎(chǔ)，因此在級(jí)配設(shè)計(jì)過(guò)程中無(wú)法按照混合料性能需求來(lái) 進(jìn)行混合料級(jí)配設(shè)計(jì)。
[0006] 然而，從目前橡膠瀝青混合料使用情況看，更加注重橡膠瀝青混合料的性能要求， 因此，申請(qǐng)人經(jīng)研宄發(fā)現(xiàn)：在進(jìn)行橡膠瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì)過(guò)程中，可通過(guò)控制相關(guān)體積參 數(shù)，通過(guò)相關(guān)理論設(shè)計(jì)出符合性能要求的級(jí)配。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 發(fā)明目的：提供一種基于瀝青膜厚度及骨架構(gòu)成的橡膠瀝青密級(jí)配混合料設(shè)計(jì)方 法，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題。
[0008] 技術(shù)方案：一種基于瀝青膜厚度的橡膠瀝青密級(jí)配混合料設(shè)計(jì)方法，包括如下步 驟：
[0009] 步驟1 :分析瀝青混合料油石比、級(jí)配、瀝青性能之間關(guān)系，確定橡膠瀝青的瀝青 膜厚度與135°c粘度之間的關(guān)系：
[0010] u = 0.001P+6. 744 (1)
[0011] 式中，P為橡膠瀝青的135°C粘度，單位為mPa. s ;
[0012] u為橡膠瀝青的瀝青膜厚度，單位為μπι ;
[0013] 步驟2 :分析瀝青混合料級(jí)配構(gòu)成機(jī)理；分析粒徑在I. 18mm以上各檔礦料對(duì)粗集 料堆積狀態(tài)的撐開(kāi)作用，將粒徑多2. 36_的作為粗集料；分析細(xì)集料、填料的填充作用以 及細(xì)集料的級(jí)配組成；列出關(guān)于粗集料含量、細(xì)集料含量、填料含量、135°C粘度的關(guān)系式；
[0014] 步驟3 :確定配比計(jì)算方程：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于瀝青膜厚度的橡膠瀝青密級(jí)配混合料設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括如下步 驟： 51、 分析瀝青混合料油石比、級(jí)配、瀝青性能之間關(guān)系，確定橡膠瀝青的瀝青膜厚度與 135°C粘度之間的關(guān)系： u = 0. 001P+6. 744 式中，P為橡膠瀝青的135°C粘度，單位為mPa.s;u為橡膠瀝青的瀝青膜厚度，單位為ym; 52、 分析瀝青混合料級(jí)配構(gòu)成機(jī)理；分析粒徑在1. 18mm以上各檔礦料對(duì)粗集料堆積狀 態(tài)的撐開(kāi)作用，將粒徑多2. 36_的作為粗集料；分析細(xì)集料、填料的填充作用以及細(xì)集料 的級(jí)配組成；列出關(guān)于粗集料含量、細(xì)集料含量、填料含量、135°C粘度的關(guān)系式； 53、 確定配比計(jì)算方程：
式中，G為礦質(zhì)混合料中粗集料的重量比例％，qf為礦質(zhì)混合料細(xì)集料重量比例，qp為填料的重量比例，qa為油石比，ps。為粗集料搗實(shí)堆積密度，g/cm3， PfS細(xì)集料密度，Pp為填料的密度，Pa為瀝青密度，VV為瀝青混合料空隙率， VMA為礦料間隙率，VCA為粗集料緊密堆積狀態(tài)下空隙率， SA為礦料比表面積，m2/kg， P為瀝青135°C粘度； 54、 根據(jù)體積參數(shù)瀝青混合料空隙率VV和礦料間隙率VMA求出混合料的級(jí)配組成與油 石比，通過(guò)消元法，求出粗集料含量、細(xì)集料含量、填料含量、油石比，帶入粗集料、細(xì)集料級(jí) 配組成，最終確定混合料的級(jí)配組成。
2. 如權(quán)利要求1所述的橡膠瀝青密級(jí)配混合料的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟S4 進(jìn)一步為：通過(guò)密度與體積之間的關(guān)系式計(jì)算粗集料松散堆積狀態(tài)下空隙率VCA: rC4 = 100x(1-4) Pg 式中，pe為粗集料合成密度，ps。為粗集料搗實(shí)堆積密度。
3. 如權(quán)利要求1所述的橡膠瀝青密級(jí)配混合料的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述礦料間 隙率VMA為15或16。
4. 如權(quán)利要求1所述的橡膠瀝青密級(jí)配混合料的設(shè)計(jì)方法，其特征在于， 所述礦料比表面積SA計(jì)算方式如下： SA=0. 41+0. 0041a+0. 0082b+0. 0164c+0. 0287d+0. 0614e+0. 1229f+0. 3277g； 其中，a、b、c、d、e、f、g分別為4. 75mm以下各篩孔通過(guò)率。
5. 如權(quán)利要求1所述的橡膠瀝青密級(jí)配混合料的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述細(xì)集料 的粒徑為0. 075mm?2. 36mm，所述填料的粒徑小于0. 075mm。
6. -種基于瀝青膜厚度的橡膠瀝青密級(jí)配混合料設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟如下： 步驟1 :確定橡膠瀝青135°C粘度、油石比、級(jí)配、瀝青膜厚度之間的關(guān)系式； 步驟2 :分析橡膠瀝青混合料粗集料結(jié)構(gòu)組成，確定粗集料構(gòu)成混合料骨架后的空隙 率VCA，并且研宄各檔細(xì)集料對(duì)粗集料結(jié)構(gòu)組成的影響，確定粗集料合成級(jí)配與合成密度； 步驟3 :分析細(xì)集料與填料的填充原理，確定細(xì)集料的級(jí)配組成和合成密度； 步驟4 :瀝青混合料的構(gòu)成機(jī)理，粗集料構(gòu)成混合料的骨架結(jié)構(gòu)，細(xì)集料和填料填充粗 集料形成的空隙VCA，瀝青粘結(jié)各檔礦料并填充各檔礦料形成的空隙VMA，各檔礦料與瀝青 填充完畢后剩余空隙即為混合料空隙率VV; 步驟5 :根據(jù)混合料組成形式與構(gòu)成機(jī)理，結(jié)合步驟1的分析結(jié)果，得出橡膠瀝青級(jí)配 設(shè)計(jì)方程；
式中： G為礦質(zhì)混合料中粗集料的重量比例％，qf為礦質(zhì)混合料細(xì)集料重量比例％，qp為填料的重量比例％，qa為油石比％，ps。為粗集料搗實(shí)堆積密度g/cm3， Pp為填料的密度g/cm3，pf為細(xì)集料密度g/cm3，pa為瀝青密度g/cm3， VV為瀝青混合料空隙率％，VMA為礦料間隙率％， VCA為粗集料緊密堆積狀態(tài)下空隙率％，SA為礦料比表面積g/cm3,P為瀝青135°C粘 度； 步驟6 :根據(jù)上述方程中，結(jié)合步驟2、步驟3、步驟4中提供的方法，得出相關(guān)的參數(shù)， 以不同的VMA來(lái)確定具有不同性能的橡膠瀝青密級(jí)配。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的橡膠瀝青混合料密級(jí)配設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟1中 引入瀝青膜厚度概論，將混合料的宏觀結(jié)構(gòu)與微觀機(jī)理相結(jié)合，從微觀形式上確定油石比 與級(jí)配之間關(guān)系，并分析橡膠瀝青性能中135°C粘度與瀝青膜厚度的關(guān)系。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的橡膠瀝青混合料密級(jí)配設(shè)計(jì)方法，其特征在于，分析了細(xì)集 料對(duì)粗集料結(jié)構(gòu)影響，對(duì)粗細(xì)集料的劃分采用以粒徑2. 36mm作為粗細(xì)集料的劃分界限，可 有效消除細(xì)集料對(duì)粗集料結(jié)構(gòu)的撐開(kāi)作用。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的橡膠瀝青混合料密級(jí)配設(shè)計(jì)方法，其特征在于，精確的確定 粒徑〈0. 075mm填料的含量，從而確定混合料的油石比。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的橡膠瀝青混合料密級(jí)配設(shè)計(jì)方法，其特征在于，根據(jù)橡膠瀝 青混合料性能要求，通過(guò)控制體積參數(shù)，設(shè)計(jì)出符合性能要求橡膠瀝青密級(jí)配。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于瀝青膜厚度的橡膠瀝青密級(jí)配混合料設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括如下步驟：分析瀝青混合料油石比、級(jí)配、瀝青性能之間關(guān)系，確定橡膠瀝青的瀝青膜厚度與135℃粘度之間的關(guān)系：分析瀝青混合料級(jí)配構(gòu)成機(jī)理；分析粒徑在1.18mm以上各檔礦料對(duì)粗集料堆積狀態(tài)的撐開(kāi)作用；分析細(xì)集料、填料的填充作用以及細(xì)集料的級(jí)配組成；列出關(guān)于粗集料含量、細(xì)集料含量、填料含量、135℃粘度的關(guān)系式；確定配比計(jì)算方程：根據(jù)體積參數(shù)瀝青混合料空隙率VV和礦料間隙率VMA求出混合料的級(jí)配組成與油石比，求出粗集料含量、細(xì)集料含量、填料含量、油石比，帶入粗集料、細(xì)集料級(jí)配組成，最終確定混合料的級(jí)配組成。本方法能夠比較精確的確定混合料油石比。
【IPC分類】C04B26-26, C04B18-22
【公開(kāi)號(hào)】CN104609774
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510051601
【發(fā)明人】趙永利, 任園, 岳陽(yáng)
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2015年1月30日