专利名称：骨架嵌挤型粗粒式高模量沥青混凝土组成及其确定方法
骨架嵌挤型粗粒式高模量沥青混凝土组成及其确定方法技术领域：
本发明涉及一种道路工程中使用的优质浙青混凝土组成及其确定方法，特别涉及使用针入度为30 (0. Imm)左右的低标号硬质浙青、最大公称粒径不小于26. 5mm的高模量浙青混凝土组成的确定，包括它的级配构成、最佳油石比确定和路用性能验证要求。背景技术：
高模量浙青混凝土主要采用低标号硬质浙青作为胶结材料，依靠低标号浙青的高粘度、高劲度和低温度敏感性为成型后的浙青混合料提供优异的高温稳定性和较高的模量值，当其用于浙青路面的中下面层时可以提高整个路面结构的抗车辙能力并起到一定的结构补强作用，可延长道路的使用寿命并减薄路面厚度，降低造价。
高模量浙青混凝土在欧洲一些发达国家应用较多。法国研究的较早、应用也最为广泛，技术十分成熟，而且已经制定了相应的技术规范；其他一些国家如英国、芬兰等主要借鉴法国的成果和经验开展相关的研究和应用。目前国外高模量浙青混凝土所采用的设计方法主要是针对最大公称粒径不大于19mm的中粒式和细粒式浙青混合料，使用针入度较低的低标号浙青和连续型级配，所设计的浙青混合料有较高的浙青用量和较低的空隙率， 主要通过浙青本身的品质为浙青混凝土提供较高的模量，并通过增加浙青用量来改善浙青混合料的密实性和抗疲劳能力。
但是，对于我国重载交通浙青路面和长寿命浙青路面设计来说，最关键的问题是要提高整个路面结构的承载能力并保证浙青面层的高温稳定性，特别是对于中下面层材料而言不仅要求其能够提供较好的抗车辙能力，同时也要求具有一定的结构补强作用。由于国外高模量浙青混凝土所采用的设计方法对于最大公称粒径大于19mm的粗粒式浙青混合料不适用，而且其设计思想是选用连续型级配和较高的结合料用量，所设计的浙青混合料空隙率较低，对于我国重载交通的情况也不适用。因此，针对我国的国情和工程需求，发明一种骨架嵌挤型粗粒式高模量浙青混凝土及其制备方法是十分必要的。
发明内容
本发明的目的是为了适应我国长寿命、耐久性浙青路面建设的需要，提出一种技术可靠、经济合理的新型骨架嵌挤型粗粒式高模量浙青混凝土组成，这种浙青混合料具有优良的高温稳定性和承载能力，其强度比一般浙青混合料提高50 %以上，动态复模量比国外同类产品提高30%以上，从而具有十分优良的路用性能，可作为重载交通长寿命浙青路面的中、下面层材料使用，并降低工程造价。
骨架嵌挤型粗粒式高模量浙青混凝土组成的确定方法，包括如下步骤1、准备原材料，2、确定设计线配曲线，3、确定最佳油石比，
所述步骤1为选择针入度为30及其以下的低标号硬质浙青作为胶结材料，选用粗集料、细集料和矿粉，所述粗集料最大公称粒径为不小于26. 5mm的石料，
所述步骤2包括如下方法步骤(1)、根据设计需要确定粗粒式浙青混凝土的最大公称粒径、粗细集料分界点4. 75mm以及0. 075mm三个关键筛孔的通过率数值；(2)、将确定的最大公称粒径、4. 75mm两个关键筛孔的通过率数值代入公式1中，计算系数A、B，可以确定公式1的具体表达式；将4. 75mm和0. 075mm两个关键筛孔的通过率数值代入公式2，计算系数C、D，可以确定公式2的具体表达式；
Pdi = A (Cli)B (公式 1)
式中
Pdi—粗集料筛孔尺寸Cli的通过率，％ ；
Cli——粗集料某筛孔尺寸，mm ；
A、B——为系数。
Ptlj = C(Clj)D (公式 2)
式中
Pdj——细集料筛孔尺寸Cli的通过率，％ ；
dj——细集料某筛孔尺寸，謹；
C、D——为系数。
(3)采用公式1具体表达式计算最大公称粒径至粗细集料分界点4. 75mm之间每一个筛孔对应的通过率数值；采用公式2具体表达式计算粗细集料分界点4. 75mm至0. 075mm 筛孔之间每一个筛孔对应的通过率数值，据此得到骨架嵌挤型粗粒式高模量浙青混凝土设计级配曲线；
所述步骤3包括如下方法步骤:A)按照步骤2得到的设计级配曲线，选择5 6个以0. 3% 0. 4%为间隔的油石比、每个油石比下成型4 6个试件，测定试件的毛体积密度、测定试件的最大理论密度，
B)计算浙青混合料的干密度、矿料间隙率VMA、粗集料矿料间隙率VCA，绘制干密度、VMA, VCA与油石比之间的二次曲线关系，选取矿料间隙率VMA最小值对应的油石比 0AC1、粗集料矿料间隙率VCA最小值对应的油石比0AC2以及浙青混合料的干密度最大值对应的油石比0AC3三者的平均值作为骨架嵌挤型粗粒式高模量浙青混凝土的最佳油石比 0AC，即0AC = (0ACl+0AC2+0AC3)/3。
所述低标号硬质浙青为AH_30#。
所述最大公称粒径的粗集料其称粒径为26. 5mm。
所述试件的毛体积密度通过蜡封法测定。
所述试件的最大理论密度通过真空法测定。
上述方法确定的混凝土，包括浙青、粗集料，细集料和矿粉，以及设计线配曲线与最佳油石比。
本发明设计包括骨架嵌挤型粗粒式高模量浙青混凝土由针入度为30(0. Imm)左右的AH-30iMS标号硬质浙青、最大公称粒径不小于沈.5mm的粗集料、细集料和矿粉共同制成。
本发明主要包括如下步骤
1.选择针入度为30(0. Imm)及其以下的国产低标号硬质浙青做为高模量浙青混凝土的胶结材料，不同国内通常采用改性浙青、天然浙青(湖浙青、岩浙青)、外掺剂的方法，从而不仅节约工程造价，而且易于工程操作和质量控制。4
2.粗集料选用最大公称粒径不小于26. 5mm的石料，所使用的粗集料、细集料和矿粉应符合《公路浙青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中的相关规定，这不同于国外使用公称最大粒径不大于19mm的高模量浙青混凝土技术要求。
3.采用粗集料断级配的设计思想构建混合料的矿料级配。这完全不同于国内外高模量浙青混凝土的级配构成方法。
(1)根据设计需要确定粗粒式浙青混凝土的最大公称粒径、粗细集料分界点 4. 75mm以及0. 075mm三个关键筛孔的通过率数值。
(2)将上述确定的最大公称粒径、4. 75mm两个关键筛孔的通过率数值代入公式1 中，计算系数A、B，可以确定公式1的具体表达式。同理，将4. 75mm和0.075mm两个关键筛孔的通过率数值代入公式2，计算系数C、D，可以确定公式2的具体表达式。
Pdi = A(Cli)B (公式 1)
式中
Pdi——粗集料筛孔尺寸Cli的通过率，％ ；
Cli——粗集料某筛孔尺寸，mm ；
A、B——为系数。
Ptlj = C(Clj)D (公式 2)
式中
Pdj——细集料筛孔尺寸Cli的通过率，％ ；
dj——细集料某筛孔尺寸，_ ；
C、D——为系数。
(3)采用公式1计算最大公称粒径至粗细集料分界点4. 75mm之间每一个筛孔对应的通过率数值；采用公式2计算粗细集料分界点4. 75mm至0. 075mm筛孔之间每一个筛孔对应的通过率数值，据此得到骨架嵌挤型粗粒式高模量浙青混凝土设计级配曲线。
4.采用基于最紧密状态的浙青混合料配合比设计方法确定骨架嵌挤型粗粒式高模量浙青混凝土的最佳油石比，这是本专利的核心发明，不同于国外采用浙青膜厚度选定最佳油石比，也不同于按设计空隙率4%确定最佳油石比的方法。
(1)对于步骤3中设计的级配曲线，根据经验选择5 6个以0. 3% 0. 4%为间隔的油石比、每个油石比下成型4 6个试件，通过蜡封法测定试件的毛体积密度、通过真空法测定试件的最大理论密度。
(2)计算浙青混合料的干密度、矿料间隙率VMA、粗集料矿料间隙率VCA，绘制干密度、VMA, VCA与油石比之间的二次曲线关系。选取矿料间隙率VMA最小值对应的油石比 0AC1、粗集料矿料间隙率VCA最小值对应的油石比0AC2以及浙青混合料的干密度最大值对应的油石比0AC3三者的平均值作为骨架嵌挤型粗粒式高模量浙青混凝土的最佳油石比 0AC，即:0AC = (0ACl+0AC2+0AC3)/3。
5.采用步骤4中确定的骨架嵌挤型粗粒式高模量浙青混凝土的最佳油石比评定混合料的高温性能、强度和模量、抗疲劳性能等路用性能指标。通过室内实验和实际工程验证，确认这种混合料具有优良的高温稳定性和优异的力学强度、模量和疲劳寿命。
使用本方法设计和制备的粗粒式高模量浙青混凝土，由于采用了 AH_30#低标号硬质浙青作为胶结材料、选择了最大公称粒径不小于26. 5mm的粗粒式类型、采用了粗集料断级配的思想设计浙青混合料级配以及基于最紧密状态的浙青混合料配合比设计方法确定最佳油石比，使所得到的高模量浙青混凝土能够形成最紧密的骨架嵌挤结构，并显著改善浙青混合料的高温稳定性，同时提高浙青混合料的模量达到30%以上，并降低工程造价， 可作为重载交通长寿命浙青路面优良的中、下面层材料使用。
图1干密度与油石比二次关系曲线图，
图2VMA与油石比二次关系曲线图，
图3VCA与油石比二次关系曲线图，
图4 两种混合料的复模量主曲线，
图5 两种材料的疲劳曲线，IogN = B1Xlno+^形式。
具体实施方式
以下结合某工程的具体实例来进一步说明骨架嵌挤型粗粒式高模量浙青混凝土的设计和制备方法，下述实例仅用于说明本发明而并非对本发明的限制。
某高速公路处于夏炎热区(1-1)和潮湿区，拟使用骨架嵌挤型粗粒式高模量浙青混凝土 HMAC25，则根据本发明的内容，具体的实施方式如下
步骤1 确定原材料
根据工程的实际情况，选择两种针入度等级的浙青一种是满足现行《公路浙青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中相关要求的Pen40/60浙青和针入度不大于30的 Pen20/30低标号硬质浙青，以及最大公称粒径不小于26. 5mm的粗集料、细集料和填料作为制备高模量浙青混凝土的原材料。
步骤2:确定设计级配曲线
按照要求设计HMAC25高模量浙青混凝土，则该混合料的最大粒径为31. 5mm、最大公称粒径为26. 5mm。选择三个关键筛孔的通过率分别为=Pa^5mm = 97.5%, P4.75_ = 30%, Po. 075- = 5 %，据此采用公式1、公式2联立可以得到方程组为97.5= ^26.5)'30=Α(4. 5)β30=C(4.75)°5 =C(0.075)d
解方程组可以得到参数A、B、C、D分别为
A =10.3071
B =0. 6857
C =15. 3055
D =0.4319
则该浙青混合料的设计级配曲线见表1所示。
表1HMAC25设计级配
权利要求
1.骨架嵌挤型粗粒式高模量浙青混凝土组成的确定方法，包括如下步骤1)、准备原材料，2)、确定设计线配曲线，3)、确定最佳油石比，所述步骤1)为选择针入度为30及其以下的低标号硬质浙青作为胶结材料，选用粗集料、细集料和矿粉，所述粗集料最大公称粒径为不小于26. 5mm的石料，所述步骤2)包括如下方法步骤(1)、根据设计需要确定粗粒式浙青混凝土的最大公称粒径、粗细集料分界点4. 75mm以及0. 075mm三个关键筛孔的通过率数值；(2)、将确定的最大公称粒径、4. 75mm两个关键筛孔的通过率数值代入公式1中，计算系数A、B，可以确定公式1的具体表达式；将4. 75mm和0. 075mm两个关键筛孔的通过率数值代入公式2，计算系数C、D，可以确定公式2的具体表达式； Pdi =A (φ)B (公式 1) 式中Pdi——粗集料筛孔尺寸Cli的通过率，％ ；Cli——粗集料某筛孔尺寸，mm ；A、B——为系数；Pdj = C (d/ (公式 2)式中Pdj——细集料筛孔尺寸Cli的通过率，％ ； Clj——细集料某筛孔尺寸，mm ； C、D——为系数；(3)采用公式1具体表达式计算最大公称粒径至粗细集料分界点4. 75mm之间每一个筛孔对应的通过率数值；采用公式2具体表达式计算粗细集料分界点4. 75mm至0. 075mm筛孔之间每一个筛孔对应的通过率数值，据此得到骨架嵌挤型粗粒式高模量浙青混凝土设计级配曲线；所述步骤3)包括如下方法步骤A)按照步骤2得到的设计级配曲线，选择5 6个以 0. 3% 0. 4%为间隔的油石比、每个油石比下成型4 6个试件，测定试件的毛体积密度、 测定试件的最大理论密度，B)计算浙青混合料的干密度、矿料间隙率VMA、粗集料矿料间隙率VCA，绘制干密度、 VMA、VCA与油石比之间的二次曲线关系，选取矿料间隙率VMA最小值对应的油石比OACl、粗集料矿料间隙率VCA最小值对应的油石比0AC2以及浙青混合料的干密度最大值对应的油石比0AC3三者的平均值作为骨架嵌挤型粗粒式高模量浙青混凝土的最佳油石比0AC，即 OAC= (0ACl+0AC2+0AC3)/3。
2.根据权利要求1所述的确定方法，所述低标号硬质浙青为AH-30#低标号硬质浙青。
3.根据权利要求1所述的确定方法，所述最大公称粒径的粗集料其公称粒径为 26. 5mmο
4.根据权利要求1所述的确定方法，所述试件的毛体积密度通过蜡封法测定。
5.根据权利要求1所述的确定方法，所述试件的最大理论密度通过真空法测定。
6.权利要求1-5任一方法确定的混凝土，包括浙青、粗集料，细集料和矿粉，以及设计线配曲线与最佳油石比。
全文摘要
本发明涉及“骨架嵌挤型粗粒式高模量沥青混凝土组成及其确定方法”，属于道路工程设计领域。本发明混凝土选择针入度为30及其以下的AH-30#低标号硬质沥青做为的胶结材料；选用最大公称粒径不小于26.5mm的粗集料；采用粗集料断级配的设计思想设计级配曲线；采用基于最紧密状态的沥青混合料配合比设计方法确定最佳油石比。本发明的混凝土是一种具有良好抗变形能力和承载能力的技术可靠、经济合理的新型沥青混凝土材料，能够形成最紧密的骨架嵌挤结构，并显著改善沥青混合料的高温稳定性，同时提高沥青混合料的力学性能，强度比一般沥青混合料提高50％以上，动态复模量比国外同类产品提高30％以上，从而具有十分优良的路用性能。
文档编号C04B26/26GK102503244SQ201110315278
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月17日 优先权日2011年10月17日
发明者傅琴, 周兴业, 张蕾, 柳浩 , 王旭东, 肖倩, 郭朝阳, 陈智杰 申请人:交通运输部公路科学研究所, 北京市政路桥建材集团有限公司, 广西交通投资集团有限公司