基于沥青膜厚度的橡胶沥青密级配混合料设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于沥青混合料级配设计领域，具体涉及橡胶沥青密级配混合料设计方 法。
【背景技术】
[0002] 目前，我国正处于公路交通迅速发展时期，公路建设取得了瞩目的成就，然而，公 路实际质量却普遍存在着耐久性差、使用寿命短和早期破坏的现象，路面出现如此多的问 题，除了与设计、施工、养护方面因素有关外，路面材料也是重要的因素。改性沥青混合料以 其优良的路用性能，一直是道路工程领域重要研宄方向，另一方面，我国汽车保有量逐年增 加，出现大量的废旧轮胎，严重污染了环境和危机人类的健康，在利用再生资源、提高沥青 混合料路用性能、处理好废旧轮胎等众多因素的促进下，橡胶改性沥青与橡胶沥青混合料 作为一种节能环保材料以及其优良的路用性能而受到筑路界的高度关注。
[0003] 橡胶沥青在经过国内30多年发展，取得了一定的成果，已经制定了相关橡胶沥青 技术指标，包括江苏省《断级配橡胶沥青混合料（AR-AC-13)施工指南》和北京市《北京市废 胎胶粉沥青及混合料设计施工技术指南》等关于橡胶沥青混合料级配设计与使用方法。目 前橡胶沥青混合料级配设计比较典型的包括北京和江苏两种级配设计理念，这两种设计方 法对于混合料的体积参数有不同的规定和要求，分别设计出开级配和密级配两种橡胶沥青 混合料，在橡胶沥青混合料使用过程中，主要出现以下两个方面不足：
[0004] (1)油石比普遍偏高，达到6%以上，过大的油石比导致橡胶沥青混合料的经济性 不明显，从而在很大程度上限制了橡胶沥青混合料的推广。
[0005] (2)两种级配均是根据橡胶沥青特性以及使用经验确定的级配范围，缺乏对于级 配内各档矿料之间组成结构理论基础，因此在级配设计过程中无法按照混合料性能需求来 进行混合料级配设计。
[0006] 然而，从目前橡胶沥青混合料使用情况看，更加注重橡胶沥青混合料的性能要求， 因此，申请人经研宄发现：在进行橡胶沥青混合料级配设计过程中，可通过控制相关体积参 数，通过相关理论设计出符合性能要求的级配。
【发明内容】
[0007] 发明目的：提供一种基于沥青膜厚度及骨架构成的橡胶沥青密级配混合料设计方 法，以解决现有技术存在的上述问题。
[0008] 技术方案：一种基于沥青膜厚度的橡胶沥青密级配混合料设计方法，包括如下步 骤：
[0009] 步骤1 :分析沥青混合料油石比、级配、沥青性能之间关系，确定橡胶沥青的沥青 膜厚度与135°c粘度之间的关系：
[0010] u = 0.001P+6. 744 (1)
[0011] 式中，P为橡胶沥青的135°C粘度，单位为mPa. s ;
[0012] u为橡胶沥青的沥青膜厚度，单位为μπι ;
[0013] 步骤2 :分析沥青混合料级配构成机理；分析粒径在I. 18mm以上各档矿料对粗集 料堆积状态的撑开作用，将粒径多2. 36_的作为粗集料；分析细集料、填料的填充作用以 及细集料的级配组成；列出关于粗集料含量、细集料含量、填料含量、135°C粘度的关系式；
[0014] 步骤3 :确定配比计算方程：
【主权项】
1. 一种基于沥青膜厚度的橡胶沥青密级配混合料设计方法，其特征在于，包括如下步 骤： 51、 分析沥青混合料油石比、级配、沥青性能之间关系，确定橡胶沥青的沥青膜厚度与 135°C粘度之间的关系： u = 0. 001P+6. 744 式中，P为橡胶沥青的135°C粘度，单位为mPa.s;u为橡胶沥青的沥青膜厚度，单位为ym; 52、 分析沥青混合料级配构成机理；分析粒径在1. 18mm以上各档矿料对粗集料堆积状 态的撑开作用，将粒径多2. 36_的作为粗集料；分析细集料、填料的填充作用以及细集料 的级配组成；列出关于粗集料含量、细集料含量、填料含量、135°C粘度的关系式； 53、 确定配比计算方程：
式中，G为矿质混合料中粗集料的重量比例％，qf为矿质混合料细集料重量比例，qp为填料的重量比例，qa为油石比，ps。为粗集料捣实堆积密度，g/cm3， PfS细集料密度，Pp为填料的密度，Pa为沥青密度，VV为沥青混合料空隙率， VMA为矿料间隙率，VCA为粗集料紧密堆积状态下空隙率， SA为矿料比表面积，m2/kg， P为沥青135°C粘度； 54、 根据体积参数沥青混合料空隙率VV和矿料间隙率VMA求出混合料的级配组成与油 石比，通过消元法，求出粗集料含量、细集料含量、填料含量、油石比，带入粗集料、细集料级 配组成，最终确定混合料的级配组成。
2. 如权利要求1所述的橡胶沥青密级配混合料的设计方法，其特征在于，所述步骤S4 进一步为：通过密度与体积之间的关系式计算粗集料松散堆积状态下空隙率VCA: rC4 = 100x(1-4) Pg 式中，pe为粗集料合成密度，ps。为粗集料捣实堆积密度。
3. 如权利要求1所述的橡胶沥青密级配混合料的设计方法，其特征在于，所述矿料间 隙率VMA为15或16。
4. 如权利要求1所述的橡胶沥青密级配混合料的设计方法，其特征在于， 所述矿料比表面积SA计算方式如下： 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分别为4. 75mm以下各筛孔通过率。
5. 如权利要求1所述的橡胶沥青密级配混合料的设计方法，其特征在于，所述细集料 的粒径为0. 075mm?2. 36mm，所述填料的粒径小于0. 075mm。
6. -种基于沥青膜厚度的橡胶沥青密级配混合料设计方法，其特征在于，步骤如下： 步骤1 :确定橡胶沥青135°C粘度、油石比、级配、沥青膜厚度之间的关系式； 步骤2 :分析橡胶沥青混合料粗集料结构组成，确定粗集料构成混合料骨架后的空隙 率VCA，并且研宄各档细集料对粗集料结构组成的影响，确定粗集料合成级配与合成密度； 步骤3 :分析细集料与填料的填充原理，确定细集料的级配组成和合成密度； 步骤4 :沥青混合料的构成机理，粗集料构成混合料的骨架结构，细集料和填料填充粗 集料形成的空隙VCA，沥青粘结各档矿料并填充各档矿料形成的空隙VMA，各档矿料与沥青 填充完毕后剩余空隙即为混合料空隙率VV; 步骤5 :根据混合料组成形式与构成机理，结合步骤1的分析结果，得出橡胶沥青级配 设计方程；
式中： G为矿质混合料中粗集料的重量比例％，qf为矿质混合料细集料重量比例％，qp为填料的重量比例％，qa为油石比％，ps。为粗集料捣实堆积密度g/cm3， Pp为填料的密度g/cm3，pf为细集料密度g/cm3，pa为沥青密度g/cm3， VV为沥青混合料空隙率％，VMA为矿料间隙率％， VCA为粗集料紧密堆积状态下空隙率％，SA为矿料比表面积g/cm3,P为沥青135°C粘 度； 步骤6 :根据上述方程中，结合步骤2、步骤3、步骤4中提供的方法，得出相关的参数， 以不同的VMA来确定具有不同性能的橡胶沥青密级配。
7. 根据权利要求6所述的橡胶沥青混合料密级配设计方法，其特征在于，所述步骤1中 引入沥青膜厚度概论，将混合料的宏观结构与微观机理相结合，从微观形式上确定油石比 与级配之间关系，并分析橡胶沥青性能中135°C粘度与沥青膜厚度的关系。
8. 根据权利要求6所述的橡胶沥青混合料密级配设计方法，其特征在于，分析了细集 料对粗集料结构影响，对粗细集料的划分采用以粒径2. 36mm作为粗细集料的划分界限，可 有效消除细集料对粗集料结构的撑开作用。
9. 根据权利要求6所述的橡胶沥青混合料密级配设计方法，其特征在于，精确的确定 粒径〈0. 075mm填料的含量，从而确定混合料的油石比。
10. 根据权利要求6所述的橡胶沥青混合料密级配设计方法，其特征在于，根据橡胶沥 青混合料性能要求，通过控制体积参数，设计出符合性能要求橡胶沥青密级配。
【专利摘要】本发明公开了一种基于沥青膜厚度的橡胶沥青密级配混合料设计方法，其特征在于，包括如下步骤：分析沥青混合料油石比、级配、沥青性能之间关系，确定橡胶沥青的沥青膜厚度与135℃粘度之间的关系：分析沥青混合料级配构成机理；分析粒径在1.18mm以上各档矿料对粗集料堆积状态的撑开作用；分析细集料、填料的填充作用以及细集料的级配组成；列出关于粗集料含量、细集料含量、填料含量、135℃粘度的关系式；确定配比计算方程：根据体积参数沥青混合料空隙率VV和矿料间隙率VMA求出混合料的级配组成与油石比，求出粗集料含量、细集料含量、填料含量、油石比，带入粗集料、细集料级配组成，最终确定混合料的级配组成。本方法能够比较精确的确定混合料油石比。
【IPC分类】C04B26-26, C04B18-22
【公开号】CN104609774
【申请号】CN201510051601
【发明人】赵永利, 任园, 岳阳
【申请人】东南大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年1月30日