温拌沥青混合料的最佳油石比设计方法与流程

本发明专利涉及沥青的技术领域，具体而言，涉及温拌沥青混合料的最佳油石比设计方法。

背景技术：

油石比是指沥青混凝土中沥青与矿料质量比的百分数，它是沥青用量的指标之一。油石比的用量高低直接影响路面质量，油石比大则路面容易泛油，反之则影响强度和防水效果。简而言之，油石比就是沥青的含量。常用的油石比检测方法存在费时费力、精度较低、污染环境和危害人体健康等问题。

目前，温拌沥青混合料的最佳油石比设计方法主要有马歇尔试验设计法、superpave设计法和gtm设计法三种。

马歇尔试验设计法是一种体积设计方法，是国内温拌沥青混合料的标准设计方法，相关的技术指标通常作为工程验收的检测技术标准。马歇尔试验设计法在我国依旧是确定沥青混合料最佳油石比的最常用方法。

为了提高沥青路面的耐久性，superpave设计方法和gtm设计方法开始应用于某些路面工程项目，很多学者也对这两种方法设计的沥青混合料展开了研究。

superpave设计方法采用旋转压实仪来成型温拌沥青混合料试件，试件成型过程中的压实揉搓作用能较好地模拟实际路面的碾压过程。superpave设计方法依据沥青混合料空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度、粉胶比和初始压实度等设计指标确定温拌沥青混合料最佳油石比。

gtm设计方法的温拌沥青混合料试件成型设备是旋转压实剪切试验机，主要由成型压实试验机、力学剪切试验机和车辆模拟机组合而成，试件成型完毕后即可快速得到沥青混合料的最佳油石比和设计密度。

现有技术中温拌沥青混合料的最佳油石比设计方法均存在价格昂贵以及设计过程复杂等缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供温拌沥青混合料的最佳油石比设计方法，旨在解决现有技术中，温拌沥青混合料的最佳油石比设计方法存在价格昂贵以及设计过程复杂的问题。

本发明是这样实现的，温拌沥青混合料的最佳油石比设计方法，包括以下设计步骤：

1)、利用温拌沥青混合料成型五款马歇尔试件，五款所述马歇尔试件的油石比分别是4.0％，4.5％，5.0％，5.5％，6.0％；

2)、在不高于25℃的恒温环境下，获得五款所述马歇尔试件的性能指标如下：采用表干法测定五款所述马歇尔试件的毛体积相对密度，计算五款所述马歇尔试件的目标空隙率、矿料间隙率以及有效沥青饱和度，采用马歇尔试验测定五款所述马歇尔试件的稳定度以及流值；

3)、以油石比为横坐标，所述马歇尔试件的性能指标为纵坐标，将五款所述马歇尔试件的测定结果以四次曲线圆滑连接，形成油石比性能坐标图；

4)、设定所述马歇尔试件的目标空隙率为4％，根据油石比性能坐标图，获得温拌沥青混合料的最佳油石比。

进一步的，在所述设计步骤4)中，选定所述马歇尔试件的目标空隙率范围为3％-7％之间。

进一步的，在所述设计步骤4)中，在获得温拌沥青混合料的最佳油石比之前，根据矿料的相对合成密度、温拌沥青的相对密度以及温拌沥青混合料体积，进行理论计算，获得温拌沥青混合料的预估最佳油石比。

进一步的，如果根据油石比性能坐标图获得的温拌沥青混合料的最佳油石比与预估最佳油石比之间的差别范围小于0.2％，则确定根据油石比性能坐标图获得的温拌沥青混合料的最佳油石比为最终结果。

进一步的，所述预估最佳油石比的计算为以下公式：

公式中，oac为最佳油石比，矿料合成毛体积相对密度γsb＝3.037，沥青相对密度γb＝1.022，沥青吸收系数c＝0.684，合成矿料吸水率wx＝0.952，目标空隙率vv＝4％，矿料间隙率vma＝14.5％。

与现有技术相比，本发明提供的温拌沥青混合料的最佳油石比设计方法，以油石比为5％为中间值，成型五款不同油石比的马歇尔试件，获得五款马歇尔试件的性能指标，利用油石比与性能指标形成油石比性能指标坐标图，并设定马歇尔试件的目标空隙率为4％，获得温拌沥青混合料的最佳油石比，整个设计过程简单，且设计成本低。

附图说明

图1是本发明提供的温拌沥青混合料的最佳油石比设计方法的设计流程图；

图2是本发明提供的马歇尔试件的毛体积相对密度与油石比的坐标示意图；

图3是本发明提供的马歇尔试件的目标孔隙率与油石比的坐标示意图；

图4是本发明提供的马歇尔试件的矿料间隙率与油石比的坐标示意图；

图5是本发明提供的马歇尔试件的沥青饱和度与油石比的坐标示意图；

图6是本发明提供的马歇尔试件的稳定度与油石比的坐标示意图；

图7是本发明提供的马歇尔试件的流值与油石比的坐标示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。

本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参照图1-7所示，为本发明提供的较佳实施例。

温拌沥青混合料的最佳油石比设计方法，包括以下设计步骤：

温拌沥青混合料的最佳油石比设计方法，其特征在于，包括以下设计步骤：

1)、利用温拌沥青混合料成型五款马歇尔试件，五款所述马歇尔试件的油石比分别是4.0％，4.5％，5.0％，5.5％，6.0％；

2)、在不高于25℃的恒温环境下，获得五款马歇尔试件的性能指标如下：采用表干法测定五款马歇尔试件的毛体积相对密度(vv)，计算五款马歇尔试件的目标空隙率(vv)、矿料间隙率(vma)及有效沥青饱和度(vfa)，采用马歇尔试验测定五款马歇尔试件的稳定度(ms)以及流值(fl)；

3)、以油石比为横坐标，马歇尔试件的性能指标为纵坐标，将五款马歇尔试件的测定结果以四次曲线圆滑连接，形成油石比性能坐标图；

4)、设定马歇尔试件的目标空隙率为4％，根据油石比性能坐标图，获得温拌沥青混合料的最佳油石比。

上述提供的温拌沥青混合料的最佳油石比设计方法，以油石比为5％为中间值，成型五款不同油石比的马歇尔试件，获得五款马歇尔试件的性能指标，利用油石比与性能指标形成油石比性能指标坐标图，并设定马歇尔试件的目标空隙率为4％，获得温拌沥青混合料的最佳油石比，整个设计过程简单，且设计成本低。

在确定最佳油石比的过程中，马歇尔试件的各项性能指标的约束条件如表1所示。

表1马歇尔试件各项性能指标约束条件

由于国内外大量工程实践表明密级配沥青混合料的最佳空隙率范围为3％～7％；近年来的调查研究发现，使用多年路况良好的沥青路面的残留空隙率为4％。空隙率太大会导致渗水，加速沥青混合料的老化，缩短路面使用年限；空隙率太小(低于3％)，在荷载作用下，沥青混合料没有松动的余地，只能自两侧挤出，形成车辙。毛体积相对密度和稳定度以峰值为目标值，有效沥青饱和度的最适值取规范中值，因此，本实施例中，目标空隙率选为4％。

在设计步骤4)中，在获得温拌沥青混合料的最佳油石比之前，根据矿料的相对合成密度、温拌沥青的相对密度以及温拌沥青混合料体积，进行理论计算，获得温拌沥青混合料的预估最佳油石比。

如果根据油石比性能坐标图获得的温拌沥青混合料的最佳油石比与预估最佳油石比之间的差别范围小于0.2％，则确定根据油石比性能坐标图获得的温拌沥青混合料的最佳油石比为最终结果。

预估最佳油石比的计算为以下公式：

公式中，oac为最佳油石比，矿料合成毛体积相对密度γsb＝3.037，沥青相对密度γb＝1.022，沥青吸收系数c＝0.684，合成矿料吸水率wx＝0.952，目标空隙率vv＝4％，矿料间隙率vma＝14.5％。

参照图2-7所示，随着油石比的增大，毛体积相对密度先增大后减小，热拌沥青在5.34％油石比处出现峰值，温拌沥青在5.52％油石比处出现峰值；空隙率随油石比的增加持续减小，热拌沥青在4.65％油石比处取得目标空隙率，在4.09％～5.00％油石比范围内都能满足空隙率要求，温拌沥青在4.77％油石比处取得目标空隙率，在4.17％～5.14％油石比范围内都能满足空隙率要求；随着油石比的增大，矿料间隙率先减小后增大，无论是热拌沥青还是温拌沥青，即便最低值也能满足规范要求；沥青饱和度随油石比的增加持续增大，热拌沥青在4.56％油石比处取得最适值，温拌沥青在4.66％油石比处取得最适值；随着油石比的增大，稳定度呈现先上升后降低的趋势，热拌沥青在4.83％油石比处取得峰值，温拌沥青在4.82％油石比处取得峰值；流值随油石比单调递增，热拌沥青在4.00％～5.39％油石比范围内都能满足要求，温拌沥青在4.00％～5.24％油石比范围内都能满足要求。

从机理上分析，wma与hma的差异主要在于拌和过程中添加了温拌剂，以改变混合料的粘滞度从而实现wma低温碾压的目的。温拌剂不同于改性剂，且剂量很小，从其工作机理来看不会对混合料中沥青的最佳含量有实质影响，试验结果也证实了温拌剂对混合料的最佳油石比影响很小。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。