一种常温沥青混合料及其施工设计方法与流程

本发明属于道路沥青路面材料技术领域，涉及一种常温沥青混合料及其施工设计方法。

背景技术：

随着经济的高速发展，人们对各种物质生活的要求越来越高，对基础建设也逐步提高到新的高度和起点，安全舒适，经济高效，节能环保成为未来发展的重要课题，发展与环境保护这一矛盾和对立统一规律日渐凸显，有些人认为环保与经济发展是对立的，认为要保护环境必然要牺牲经济的发展。这些年的实践证明，正确处理环境与发展的关系，二者是可以相互促进的，可以达到经济和环境的协调发展，路面工程也是如此。

中国绝大部分沥青路面使用的都是热拌沥青混合料，也正是由于热拌沥青混合料施工温度高能耗高、工序繁杂及污染严重等自身的一部分不足，给沥青路面的建设带来了一系列的技术难题，同时也限制了沥青材料在道路材料领域未来的发展。基于热拌沥青混合料的种种弊端以及日益恶化的环境问题，沥青路面材料正向着节能减排的不断前进，从热拌到温拌、从温拌到常温拌和、从常温拌和到冷拌，描绘了沥青混合料的科技进步方向。今天，全球道路界对沥青路面节能减排技术的关注达到了极点，继温拌沥青路面技术之后，常温拌和、冷拌沥青路面技术成为全球研发的热点。

根据美国国家沥青路面协会NAPA的定义，热拌沥青混合料的拌和温度在150～180℃，温拌沥青混合料的拌和温度在120～140℃，常温拌和沥青混合料拌和温度在60～100℃，冷拌沥青混合料拌和温度在20～40℃。根据拌和温度不难看出，节能减排效果最佳的是冷拌沥青混合料，其次是常温拌和沥青混合料，但冷拌沥青混合料路用性能不足其长期困扰其应用的因素，而常温拌和沥青混合料路用性能与温拌相同，在节能减排方面更具优势。

常温沥青混合料属于国际上较为新型的筑路材料，理论研究较为成熟，但实体工程极少，更没有准确、系统的设计及施工方法，鉴于此，提出本发明。

技术实现要素：

本发明的第一目的在于提供常温沥青混合料，所述常温沥青混合料包括常温沥青和集料，按重量份计，所述常温沥青4.0-6.0份，集料100份，所述集料包括石灰岩、机制砂、矿粉中的一种或几种。

所述重量份可以是μg、mg、g、kg等公知的重量单位，也可以是其倍数，如1/10、1/100、10倍、100倍等。

在上述方案中优选的是，按重量份计，所述常温沥青4.8-6.0份，集料100份；优选地，常温沥青4.8份，集料100份。

在上述任一方案中优选的是，所述集料包括粒径为10-15mm的石灰岩、粒径为5-10mm的石灰岩、机制砂和矿粉。

优选地，所述集料包括所述粒径为10-15mm的石灰岩、粒径为5-10mm的石灰岩、粒径为0-5mm机制砂和粒径≤0.075mm矿粉以(36～39):(20～23):(37～40):(1～2)的重量比组成；更优选地，粒径为10-15mm的石灰岩、粒径为5-10mm的石灰岩、粒径为0-5mm机制砂和粒径≤0.075mm的矿粉以38:22:39:1的重量比组成。

在上述任一方案中优选的是，所述粒径≤0.075mm的矿粉含量不小于75％。

在上述任一方案中优选的是，常温沥青包括70#基质沥青。

本发明所述的常温沥青混合料中，不同矿物及粒径集料的配合设计，与常温沥青协同配合作用，一方面，提高了沥青与集料之间的粘附性，另一方面，提高了沥青混合料与下层路面的粘附性。本发明常温沥青混合料在摊铺压实后具有较低的空隙率，马歇尔稳定度好，路用性能好。

本发明的第二目的在于提供上述常温沥青混合料的施工设计方法，所述施工设计方法包括如下步骤：。

(1)设计施工拌合温度TEM_OAC和压实温度TEM_OAC-5℃；

(2)设计养生时间TIM_OAC：根据步骤(1)确定的施工拌合温度和压实温度，采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中T0702-2011击实法，成型马歇尔件，取马歇尔试件的空隙率和马歇尔稳定度趋于稳定时对应的养生天数为养生时间；

(3)确定常温沥青混合料的沥青用量OAC：通过马歇尔实验确定常温沥青混合料的最佳油石比，同时得到最佳压实空隙率；

(4)步骤(3)中最佳压实空隙率在3％-6％范围内时，则继续进行下一步骤，如果最佳压实空隙率不满足要求，则需要采用步骤(3)确定的最佳油石比，重复步骤(1)和(2)，重新确定施工拌合温度TIM_OAC、压实温度TEM_OAC-5℃和常温沥青混合料的养生时间TIM_OAC；

(5)确定施工最佳碾压次数。

本发明所述的压实温度TEM_OAC-5℃为拌和温度减去5℃，即：TEMOAC-5℃。

在上述方案中优选的是，步骤(1)中，拟定初始常温沥青用量，在60-105℃的拌合温度下，采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中T0702-2011击实法，成型马歇尔件，测试空隙率，根据测试空隙率为3％-6％的结果，对应得到常温沥青混合料的施工拌合温度TEM_OAC和压实温度TEM_OAC-5℃。

在上述任一方案中优选的是，步骤(1)中，拟定初始常温沥青用量，分别在75℃、85℃、95℃、105℃的拌合温度下，采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中T0702-2011击实法，成型马歇尔试件，测试其空隙率，推荐常温沥青混合料空隙率范围3％～6％，根据测试结果，得到此类常温沥青混合料的施工拌和温度TEMOAC、压实温度为TEMOAC-5℃。

在上述任一方案中优选的是，步骤(1)中，所述常温沥青混合料的施工拌合温度TEM_OAC为75-100℃，可以是75℃、80℃、90℃，95℃，优选95℃。

在上述任一方案中优选的是，所述养生时间为4-20天，可以是4天、8天、12天、16天、20天，优选12天。

在上述任一方案中优选的是，步骤(3)中，马歇尔实验确定常温沥青混合料最佳油石比的方法是：结合步骤(1)所确定的常温沥青混合料的施工拌和温度TEM_OAC，预估常温沥青混合料的常温沥青用量，以OAC₀表示，按照0.4％的间隔，取5个不同的沥青用量，即OAC₀-0.8、OAC₀-0.4、OAC₀、OAC₀+0.4、OAC₀+1.2。在每个沥青用量下采用击实法成型4组试件马歇尔沥青混合料试件，击实次数为100次，在室温下养生TIM_OAC后，分别测定不同沥青用量下，常温沥青沥青混合料试件的空隙率、马歇尔稳定度、流值以及饱和度。取最大理论密度所对应的沥青用量a₁,最大稳定度所对应的沥青用量a₂，规范规定的空隙率范围中值所对应的沥青用量a₃，获得沥青用量初始值OAC₁＝(a₁+a₂+a₃)/3；取规范规定满足稳定度、流值、空隙率、饱和度四个指标的沥青用量范围交集的最大值OAC_max与最小值OAC_min，得到OAC₂＝(OAC_max+OAC_min)/2，综合分析OAC₁与OAC₂，最终确定常温沥青混合料的最佳沥青用量OAC。同时也得到了在最佳沥青用量下，新型常温沥青混合料的最佳压实空隙率VV_OAC。

在上述任一方案中优选的是，所述沥青用量为4.0％-6.0％，优选4.8％-6％，可以是5.2％，最优选为4.8％。

本发明所述沥青用量为常温沥青与集料的重量百分比，即油石比。

在上述任一方案中优选的是，步骤(5)中，确定施工最佳碾压次数的具体方法为：根据得到的常温沥青混合料拌合温度TEM_OAC，生产常温沥青混合料，铺筑4段试验路段，构造深度6公分，每段采用同一型号同一吨位的钢轮压路机，以同样的速度，碾压不同次数，第一段碾压2次、第二段碾压3次、第三段碾压4次、第四段碾压5次(压路机碾压一个往返为1次)，待达到养生时间TIM_OAC后，在每个试验路段4个不同位置取芯，测试计算每个试验路段的平均空隙率，采用线性回归的方法，得到压实次数与常温沥青混合料空隙率间的回归方程，带入最佳压实空隙率VV_OAC，得到此类常温沥青混合料施工最佳碾压次数NUM_OAC。

在上述任一方案中优选的是，所述常温沥青混合料的施工碾压次数为3-5次，优选4次。

本发明所述的常温沥青混合料的施工设计方法，以常温沥青混合料的空隙率为控制要素，确定其施工拌合温度、养生时间、最佳沥青用量、施工碾压次数等工艺条件，所述方法准确、系统、可靠。

附图说明

图1是本发明实验例中空隙率随拌和温度变化曲线；

图2a是本发明实验例中马歇尔试件在室温中养生时间与空隙率折线图；

图2b是本发明实验例中马歇尔试件在室温中养生时间与马歇尔稳定度折线图；

图3a是本发明实验例中常温沥青混合料沥青用量与混合料稳定度关系图；

图3b是本发明实验例中常温沥青混合料沥青用量与混合料压实空隙率关系图

图3c是本发明实验例中常温沥青混合料沥青用量与混合料流值关系图

图3d是本发明实验例中常温沥青混合料沥青用量与混合料饱和度关系图

图4是本发明实验例中常温沥青混合料碾压次数与压实空隙率回归曲线

具体实施方式

为了进一步了解本发明的技术特征，下面结合具体实施例对本发明进行详细地阐述。实施例只是对本发明具有示例性的作用，而不具有限制性的作用，本领域的技术人员在本发明的基础上做出的任何非实质性的修改，都应属于本发明的保护范围。

实施例1：

本实施例涉及了一种常温沥青混合料，配方如下(重量份计)：

实施例2：

本实施例涉及了一种常温沥青混合料，配方如下(重量份计)：

实施例3：

本实施例涉及了一种常温沥青混合料，配方如下(重量份计)：

实施例4

本实施例涉及了一种常温沥青混合料的施工设计方法。

一种新型常温沥青混合料按重量比包括以下两组分：常温沥青∶集料＝(4.0～6.0):100；所述集料由粒径为10～15mm的石灰岩、粒径为5～10mm的石灰岩、机制砂和矿粉按照一定比例组成；所述集料比例为38:22:39:1。

设计步骤如下：

1、拟定油石比为5.0％，采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中T0702-2011击实法，击实次数均为双面击实100次，拌合温度分别为75℃、85℃、95℃、105℃，成型常温沥青混合料马歇尔试件，测试其空隙率，结果如表所示。

表1不同拌合温度下的马歇尔试件空隙率

根据该型沥青混合料空隙率推荐范围为3％～6％，而常温沥青混合料要求的拌合温度应小于100℃，所以确定此类常温沥青混合料的施工拌和温度TEM_OAC为95℃，压实温度为TEM_OAC-5℃：90℃。

2、同样拟定油石比为5.0％，采用击实法，击实次数均为双面击实100次，采用常温沥青混合料的施工拌和温度TEM_OAC：95℃，成型常温沥青混合料马歇尔试件，均放置于室温养生，每隔4天测试一组马歇尔试件的空隙率以及马歇尔稳定度，结果如下表所示。

表2马歇尔试件在室温中养生后测试结果

从上表2及图2(a)、图2(b)可以看出，随着试件在室温(23℃～27℃)中养生时间的增加，试件的空隙率变化幅度较小；在4天～12天之间，试件的马歇尔稳定度上升幅度较大，说明试件的强度在逐步形成，而当养生时间达到12天时，试件的马歇尔稳定度较16天与20天变化不明显，说明试件在12天左右形成了最终强度，此类常温沥青混合料的养生时间TIM_OAC为12天。

3、根据确定的常温沥青混合料拌合温度TEM_OAC以及养护条件，按照不同的沥青用量4.0％、4.4％、4.8％、5.2％、6.0％拌和常温沥青混合料，成型常温沥青混合料马歇尔试件，测定不同沥青用量的常温沥青混合料的空隙率、马歇尔稳定度、流值以及饱和度。测试结果如表3及图3(a)、图3(b)、图3(c)、图3(d)所示。

表3常温沥青混合料AC-13级配各项指标测定结果

取最大理论密度所对应的沥青用量a₁＝4.0％,最大稳定度所对应的沥青用量a₂＝4.4％，规范规定的空隙率范围中值所对应的沥青用量a₃＝5.2％，获得沥青用量初始值OAC₁＝(a₁+a₂+a₃)/3＝4.53％；取规范规定满足稳定度、流值、空隙率、饱和度四个指标的沥青用量范围交集的最大值OAC_max＝5.2％与最小值OAC_min＝4.4％，得到OAC₂＝(OAC_max+OAC_min)/2＝4.8％，综合分析OAC₁与OAC₂，最终确定常温沥青混合料的最佳沥青用量OAC为4.8％，同时也得到了在最佳沥青用量下，新型常温沥青混合料的最佳压实空隙率VV_OAC为4.675％。

4、判断得到的常温沥青混合料的最佳压实空隙率VV_OAC，在推荐空隙率％～6％范围内，继续进项下一步骤。

5、根据得到的常温沥青混合料拌合温度TEM_OAC：95℃，生产常温沥青混合料，铺筑4段试验路段，构造深度6公分，每段采用同一型号同一吨位的钢轮压路机，以同样的速度，碾压不同次数，第一段碾压2次、第二段碾压3次、第三段碾压4次、第四段碾压5次(压路机碾压一个往返为1次)，待达到养生时间TIM_OAC：12天后，在每个试验路段4个不同位置取芯，测试计算每个试验路段的平均空隙率结果如下表所示。

表4常温沥青混合料碾压次数与空隙率测定结果

采用线性回归的方法如下图所示，得到压实次数与常温沥青混合料空隙率间的回归方程：

y＝-1.037x+0.962 (1)

R²＝0.9322 (2)

带入最佳压实空隙率VV_OAC：4.675％，得到此类常温沥青混合料施工最佳碾压次数NUM_OAC为4.11≈4次。

最终得到此类常温沥青混合料的施工条件：施工拌和温度TEM_OAC：95℃，压实温度为TEM_OAC-5℃：90℃；养生条件：室温养生TIM_OAC：12d；最佳沥青用量OAC为4.8％；最佳压实空隙率VV_OAC为4.675％；最佳碾压次数NUM_OAC为4次。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。