一种半柔性路面基体沥青混合料设计方法与流程

本发明属于高性能路面材料，尤其涉及一种用于半柔性路面的基体沥青混合料设计方法。

背景技术：

0、技术背景

1、半柔性路面是以大空隙沥青混合料为骨架基体，灌入高性能水泥基胶浆形成的一种路面材料，其模量介于刚性路面和柔性路面之间。半柔性路面具有较好的耐高温、抗疲劳特性，被广泛用于交叉口、brt车道以及服务区、收费站广场道面等对路面抗变形能力要求较高的区域，随着持续高温气候频发、重载比例快速增加，半柔性路面应用越来越广泛。

2、半柔性路面性能主要受到基体沥青混合料及水泥基胶浆影响，沥青混合料提供基本骨架，基体骨架作为载体，应当具有较好体积稳定性，各种材料在体积构成上不发生干涉，同时，因为灌入水泥胶浆需要，本身应具有足够的连通空隙，使得水泥胶浆灌入饱满，避免浆体灌入度不足，容易引发的开裂、掉粒、变形等破坏。

3、一种冷拌再生半柔性路面材料及其制备方法(cn115108788a)，基体沥青混合料由废弃沥青混凝土集料、新集料、填料制备而成，给出了材料组成的比例，并将废弃沥青混凝土集料分为五类，给出了级配设计时掺入量的范围，设计完成后，通过废弃沥青混凝土集料筛分结果对级配进行修正，这种方法基体骨架胶结与灌入材料均采用复合胶浆，并采用灌入材料收缩补偿技术，提高半柔性路面材料粘结强度和降低材料收缩变形。这种方法并没有从体积构成关系上明确各原材料组分关系，对于基体沥青混合料的骨架体积稳定性以及灌水泥浆所需连通空隙无法有效控制。

4、一种基于热再生沥青混合料的半柔性路面材料(cn112252107a)，沥青混合料基料包括热再生沥青混合料和新沥青混合料，按照热再生沥青混合料设计方法，将旧料筛分，按照级配要求确定新、旧料比例，再加入再生剂、活性剂和融合剂使得沥青混合料基体性能较高、稳定、匀质。该方法基体沥青混合料设计完全参照规范中级配曲线试配的方法，并没有考虑材料之间体积构成关系，基体沥青混合料无法获得较好稳定性和有效的连通空隙。

5、一种半柔性路面材料(cn110818358a)，包括沥青混合料和水泥基灌浆料，沥青混合料基体占半柔性路面材料重量的70-80％，并且给出基体沥青混合料原材料构成与相应比例，加入竹碎料液化树脂、苯丙乳液增加水泥与沥青界面粘结性，然而，这种方法没有给出基体沥青混合料设计方法，并没有从体积构成关系考虑材料之间稳定性，也没有给出基体沥青混合料连通空隙无法控制方法。

6、因此，已有的技术在半柔性路面基体沥青混合料设计时，没有考虑材料在体积构成上的空间构成状态以及材料间干涉作用，也没有给出有效控制连通空隙率的方法，半柔性路面基体沥青混合料材料设计时，急需提出一种从材料空间体积构成状态进行的半柔性路面基体沥青混合料设计方法，并以此确定原材料掺配比例。

技术实现思路

1、针对半柔性路面基体沥青混合料空间构成体积稳定性无法控制以及连通空隙率无法保证的问题，本发明提供半柔性路面基体沥青混合料设计方法，通过材料在空间构成过程中体积参数变化，控制基体沥青混合料体积稳定性和连通空隙率。

2、本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

3、一种半柔性路面基体沥青混合料设计方法，所述的基体沥青混合料，包括粗集料、细集料、矿粉、沥青组成，基体沥青混合料设计包括以下步骤：

4、(1)对粗集料、细集料以及矿粉进行筛分，确定级配组成；

5、(2)计算粗集料合成级配以及合成密度，通过集料试验确定粗集料捣实密度，计算粗集料捣实状态下空隙率vca；

6、(3)依据基体沥青混合料体积构成理论，确定粗集料、细集料、矿粉、沥青之间比例关系，细集料、矿粉填充在粗集料空隙vca中，填充后空隙为矿料间隙率vma，沥青填充在矿料间隙率vma之中，形成空隙率vv；

7、依据沥青中自由沥青与结构沥青对基体沥青混合料体积构成影响，确定粗集料、细集料、矿粉、沥青构成比例关系，空隙率vv包括连通空隙和封闭空隙，沥青在填充后，沥青产生变化，致使空隙率vv产生变化，具体的，沥青中自由沥青填充在空隙率vv之中，封闭空隙被自由沥青封堵，结构沥青包裹在集料、矿粉表面形成沥青膜，不影响连通空隙，空隙率vv减去自由沥青在矿料间隙率vma中填充，剩余的空隙为连通空隙率vc。

8、本发明的进一步技术：

9、优选的，所述的依据基体沥青混合料体积构成理论，按照如下公式确定粗集料、细集料、矿粉、沥青之间比例关系：

10、g+g+f＝100％

11、

12、

13、式中：g—粗集料用量，％；g—细集料用量，％；

14、f—矿粉所占比例，％；pa—沥青用量，％；

15、ρsc—粗集料捣实密度，g/cm3；ρg—细集料密度，g/cm3；

16、ρf—矿粉密度，g/cm3；ρa—沥青密度，g/cm3。

17、优选的，所述的依据沥青中自由沥青与结构沥青对基体沥青混合料体积构成影响，按照如下公式确定粗集料、细集料、矿粉、沥青构成比例关系：

18、

19、sa＝0.41+0.0041a+0.0082b+0.0164c+0.0287d+0.0614e+0.1229f+0.3277g

20、式中：

21、sa—比表面积，m2/kg；u—沥青膜厚度，um；

22、sag—粗集料比表面积，m2/kg；sag—细集料比表面积，m2/kg；

23、saf—矿粉比表面积，m2/kg；

24、a、b、c、d、e、f、g分别为4.75mm及其以下各筛孔通过率。

25、优选的，所述的矿料间隙率vma取26～30，空隙率vv取19～22，连通空隙率vt取15～17。

26、优选的，所述的结构沥青包裹在集料、矿粉表面形成沥青膜厚度取8～12um。

27、优选的，所述粗集料粒径在4.75mm以上、细集料粒径小于4.75mm，粗集料及细集料是单档集料或是多档集料进行的级配合成。

28、本发明的有益技术效果是：

29、(1)本发明一种半柔性路面基体沥青混合料设计方法，通过基体沥青混合料体积构成状态，以体积参数变化控制原材料掺配比例，避免原材料在空间填充时相互干涉，从而提高基体沥青混合料体积稳定性。

30、(2)本发明一种半柔性路面基体沥青混合料设计方法，依据结构沥青与自由沥青对空隙影响，结构沥青裹附集料、矿粉剩余空间为空隙率，自由沥青封闭一部分空隙形成基体沥青混合料连通空隙，依据连通空隙参数设置控制集料、矿粉与沥青掺入比例，保证设计出的基体沥青混合料连通空隙率，确保水泥胶浆灌入度、饱和度。

技术特征：

1.一种半柔性路面基体沥青混合料设计方法，所述的基体沥青混合料，包括粗集料、细集料、矿粉、沥青组成，其特征在于：基体沥青混合料设计包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种半柔性路面基体沥青混合料设计方法，其特征在于：所述的依据基体沥青混合料体积构成理论，按照如下公式确定粗集料、细集料、矿粉、沥青之间比例关系：

3.如权利要求1所述的一种半柔性路面基体沥青混合料设计方法，其特征在于：所述的依据沥青中自由沥青与结构沥青对基体沥青混合料体积构成影响，按照如下公式确定粗集料、细集料、矿粉、沥青构成比例关系：

4.如权利要求1所述的一种半柔性路面基体沥青混合料设计方法，其特征在于：所述的矿料间隙率vma取26～30，空隙率vv取19～22，连通空隙率vt取15～17。

5.如权利要求1所述的一种半柔性路面基体沥青混合料设计方法，其特征在于：所述的结构沥青包裹在集料、矿粉表面形成沥青膜厚度取8～12um。

6.如权利要求1所述的一种半柔性路面基体沥青混合料设计方法，其特征在于：所述粗集料粒径在4.75mm以上、细集料粒径小于4.75mm，粗集料及细集料是单档集料或是多档集料进行的级配合成。

技术总结
本发明提供一种半柔性路面基体沥青混合料设计方法，基体沥青混合料由粗集料、细集料、矿粉、沥青构成，依据骨架填充理论，在空间构成过程中逐级填充，通过填充过程中体积参数变化，控制基体沥青混合料粗集料、细集料、矿粉、沥青掺配比例；依据沥青中结构沥青与自由沥青对空隙影响，结构沥青裹附集料、矿粉剩余空间为空隙率，自由沥青封闭一部分空隙率形成基体沥青混合料连通空隙，依据连通空隙参数设置控制集料、矿粉与沥青掺入比例。本发明提供的基体沥青混合料设计方法，避免材料空间填充干涉影响，保证基体沥青混合料体积稳定性，设计的基体沥青混合料具有足够连通空隙，确保水泥胶浆灌入度、饱和度，保证半柔性路面材料具有较好性能。

技术研发人员：吴志刚,任园,王祥彪,张玉斌,王春红,杨大海,牛京涛,方肖立,鲍世辉,曹祝林
受保护的技术使用者：安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13