一种掺钢渣再生沥青混凝土的配合比设计方法

本发明属于道路工程材料，具体涉及一种掺钢渣再生沥青混凝土的配合比设计方法。

背景技术：

1、沥青混凝土的配合比设计是沥青路面施工过程中一件十分重要的工作，是保证沥青混凝土在服役过程中具有良好性能的前提。随着交通事业的发展，固体废弃物，比如钢渣和回收沥青路面(rap)越来越多的利用于沥青混凝土的制备中。

2、然而现有的配合比设计方法不能良好的适应钢渣和回收沥青路面(rap)的材料特性。具体来讲，包括以下主要技术问题：(1)钢渣的吸水率高，一般为1.7～2.5％之间，高吸水率条件下，规范推荐的公式，不能准确的计算出钢渣吸收沥青的量，使矿料的有效相对密度准确性降低，进一步影响最大理论密度、混合料空隙率计算的准确性。(2)rap是回收沥青路面，它是由包裹沥青的矿料组成，矿料被沥青粘结成为不同粒径的颗粒物，在级配拟合过程中，一般是将rap烘干后直接筛分或者将rap燃烧去除沥青后，再进行筛分。而rap在拌合过程中，其各种矿料颗粒物，在沥青的粘结作用下是很难完全分散开的，因此，无论是直接筛分或者燃烧后再筛分均不能准确的反应rap的真实级配。(3)rap的密度测量，由于rap是沥青裹附矿料的颗粒物，内部包含很多小空隙，在测量密度过程中会导致rap与实际密度偏差较大，也进一步影响了最大理论密度、混合料空隙率计算的准确性。

技术实现思路

1、本发明针对以上技术问题，充分考虑钢渣吸水率高、rap难以分散的特性，提出了一种掺钢渣再生沥青混凝土的配合比设计方法，解决目前以钢渣和回收沥青路面制备沥青混凝土时出现最大理论密度计算不准确，配合比设计无法贴近实际工况的问题。

2、本发明的技术方案是按以下方式实现的：

3、一种掺钢渣再生沥青混凝土的配合比设计方法，包括以下步骤：

4、s1、利用钢渣级配、rap级配和矿粉级配，结合行业级配范围标准，确定掺钢渣再生沥青混凝土的矿料级配；

5、s2、拟定掺钢渣再生沥青混凝土的油石比；

6、s3、根据钢渣的表观相对密度，rap的有效相对密度、矿粉的相对密度、沥青的相对密度以及拟定的油石比，计算得到掺钢渣再生沥青混凝土的最大理论相对密度；掺钢渣再生沥青混凝土的最大理论相对密度计算公式为：

7、

8、式中，γti为最大理论相对密度，γ1为钢渣的表观相对密度，γse为rap的有效相对密度，γc为矿粉的相对密度，γa为所用沥青的相对密度，pa为拟定的油石比；

9、s4、根据掺钢渣再生沥青混凝土的矿料级配、拟定的油石比进行马歇尔试验，测定不同油石比下马歇尔试件的毛体积密度，并根据掺钢渣再生沥青混凝土的最大理论相对密度，计算得到各油石比下掺钢渣沥青混凝土的空隙率；

10、s5、以空隙率为4.0％对应的油石比作为最佳油石比；

11、s6、对掺钢渣再生沥青混凝土进行最佳油石比条件下的基础性能测试，得到基础性能数据；

12、若基础性能数据满足标准要求，则以最佳油石比作为掺钢渣再生沥青混凝土的最佳配比组成；若基础性能数据不满足要求，则通过添加沥青外加剂，重新测试基础性能，直至基础性能数据满足标准要求，以最佳油石比和沥青外加剂的添加量作为掺钢渣再生沥青混凝土的最佳配比组成。

13、优选的，步骤s1中，rap级配为rap的修正级配，确定方法包括：将rap均匀分成两份，一份烘干至恒重，再进行筛分，得到第一级配pai；另一份进行燃烧处理，将燃烧后的rap进行筛分，得到第二级配pbi；之后利用公式pri＝θpai+(1-θ)pbi，得到rap的修正级配。

14、优选的，rap的修正级配计算公式中，校正系数θ的取值范围为0.1～0.4。

15、优选的，rap的粒径≤10mm。

16、优选的，步骤s3中，rap的有效密度确定方法为：对rap进行燃烧处理，根据燃烧后rap的表观相对密度、燃烧后rap的毛体积相对密度，计算得到rap的有效相对密度；rap的有效相对密度计算公式如下：

17、c＝0.033wx2-0.2936wx+0.9339

18、γse＝c×γsa+(1-c)×γsb

19、式中，γse为rap的有效相对密度，c为沥青吸收系数，γsa为燃烧后rap的表观相对密度，γsb为燃烧后rap的毛体积相对密度，wx为燃烧后rap的吸水率。

20、优选的，步骤s3中，采用网篮法测定钢渣的表观相对密度。

21、优选的，步骤s2中，油石比为沥青与矿料的质量百分比，沥青包括rap中的沥青和拟外加的沥青。

22、优选的，步骤s4中，掺钢渣沥青混凝土的空隙率计算公式为：

23、

24、式中，vv为空隙率，γti为试件的最大理论相对密度，γf为试件的毛体积密度。

25、优选的，步骤s5中，若没有正好对应4.0％的空隙率的油石比，则由内插法决定；若不同油石比对应的混合料空隙率没有涵盖4.0％，则扩大步骤s2中拟定的油石比的范围，直至混合料空隙率涵盖4.0％。

26、优选的，步骤s6中，沥青外加剂包括石油树脂、芳烃油、sbs、环氧树脂中的一种或多种，掺量为混合料中沥青质量的1～9％。

27、优选的，步骤s6中，基础性能数据包括马歇尔稳定度，浸水残留稳定度、低温弯曲破坏应变和动稳定度数据。

28、本发明的有益效果是：

29、本发明充分考虑钢渣吸水率高、rap难以分散的特性，提出了一种掺钢渣再生沥青混凝土的配合比设计方法，可以较为准确的提供矿料级配和最大理论相对密度两个关键参数的试验方法，使配合比设计结果更加贴近工程实际情况，可为高吸水率固体废弃物及沥青再生技术提供一定的技术参考。

技术特征：

1.一种掺钢渣再生沥青混凝土的配合比设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的掺钢渣再生沥青混凝土的配合比设计方法，其特征在于，步骤s1中，所述rap级配为rap的修正级配，确定方法包括：将rap均匀分成两份，一份烘干至恒重，再进行筛分，得到第一级配pai；另一份进行燃烧处理，将燃烧后的rap进行筛分，得到第二级配pbi；之后利用公式pri＝θpai+(1-θ)pbi，得到rap的修正级配。

3.根据权利要求2所述的掺钢渣再生沥青混凝土的配合比设计方法，其特征在于，所述rap的粒径≤10mm；修正级配计算公式中，校正系数θ的取值范围为0.1～0.4。

4.根据权利要求1所述的掺钢渣再生沥青混凝土的配合比设计方法，其特征在于，步骤s3中，所述rap的有效相对密度确定方法为：对rap进行燃烧处理，根据燃烧后rap的表观相对密度、燃烧后rap的毛体积相对密度，计算得到rap的有效相对密度；rap的有效相对密度计算公式如下：

5.根据权利要求1所述的掺钢渣再生沥青混凝土的配合比设计方法，其特征在于，步骤s3中，采用网篮法测定钢渣的表观相对密度。

6.根据权利要求1所述的掺钢渣再生沥青混凝土的配合比设计方法，其特征在于，步骤s2中，所述油石比为沥青与矿料的质量百分比，所述沥青包括rap中的沥青和拟外加的沥青。

7.根据权利要求1所述的掺钢渣再生沥青混凝土的配合比设计方法，其特征在于，步骤s4中，所述掺钢渣沥青混凝土的空隙率计算公式为：

8.根据权利要求1所述的掺钢渣再生沥青混凝土的配合比设计方法，其特征在于，步骤s5中，若没有正好对应4.0％的空隙率的油石比，则由内插法决定；若不同油石比对应的混凝土空隙率没有涵盖4.0％，则扩大步骤s2中拟定的油石比的范围，直至混凝土空隙率涵盖4.0％。

9.根据权利要求1所述的掺钢渣再生沥青混凝土的配合比设计方法，其特征在于，步骤s6中，所述沥青外加剂包括石油树脂、芳烃油、sbs、环氧树脂中的一种或多种，掺量为所述掺钢渣再生沥青混凝土中沥青质量的1～9％。

10.根据权利要求1所述的掺钢渣再生沥青混凝土的配合比设计方法，其特征在于，步骤s6中，所述基础性能数据包括马歇尔稳定度，浸水残留稳定度、低温弯曲破坏应变和动稳定度数据。

技术总结
本发明公开了一种掺钢渣再生沥青混凝土的配合比设计方法。本发明充分考虑钢渣吸水率高、RAP难以分散的特性，采用与配合比设计相同的沥青作为相对物，测定钢渣的表观相对密度；确定RAP的修正级配，并将RAP中存在的沥青作为油石比的一部分参与最大理论密度的计算，可以较为准确的提供矿料级配和最大理论相对密度两个关键参数的试验方法，从而准确计算沥青混凝土的体积指标，确定最佳油石比，使配合比设计结果更加贴近工程实际情况，可为高吸水率固体废弃物及沥青再生技术提供一定的技术参考。

技术研发人员：沈凡,向天翔,钟亚聃,黄绍龙,方四发,郭鹏,卢吉
受保护的技术使用者：武汉工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17