一种马歇尔配合比设计中最佳沥青用量的预估方法技术

本发明专利技术涉及道路工程技术领域，具体涉及一种马歇尔配合比设计中最佳沥青用量的预估方法，根据沥青混合料类型、公称最大粒径和级配，确定体积指标值的设计技术要求并计算沥青混合料的基本参数，初步确定沥青用量区间，将区间内的沥青用量和空隙率分别按一定间隔分组，计算不同沥青用量在不同空隙率下的体积指标值，根据图解法确定各空隙率条件下各体积指标值符合设计要求的沥青用量范围的交集，再根据交集的端值计算出最佳沥青用量的区间，然后结合关键筛孔和最大粒径参数计算最佳沥青用量。本方法填补了现行规范马歇尔配合比设计无最佳沥青用量预估方法的空白，解决以往配合比设计前只能通过工程经验估算而导致预估不准确的问题。的问题。的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种马歇尔配合比设计中最佳沥青用量的预估方法


[0001]本专利技术涉及道路工程
，具体涉及一种马歇尔配合比设计中最佳沥青用量的预估方法。

技术介绍

[0002]公路路面面层主要以沥青混合料为主，沥青混合料中沥青的用量对沥青路面的路用性能影响极大。当选择沥青用量少时，集料表面沥青膜厚度过薄，混合料缺乏粘结力，就造成混合料耐久性差、易出现水损坏、沥青老化等病害；但随着沥青用量的增加，混合料粘结力逐渐增强，集料表面沥青膜厚度增厚，自由沥青变多，当达到一定程度后自由沥青就犹如集料间的润滑剂，使颗粒间在荷载的作用下产生滑动位移，造成混合料泛油、车辙等，影响行车安全，因此适宜的沥青用量对沥青路面的路用性能尤为重要。
[0003]我国沥青混合料配合比设计以马歇尔方法为主，在进行配合比设计时最佳沥青用量的确定是以多组沥青用量进行马歇尔试验，对测得体积指标值分析计算，来确定最佳沥青用量，通常需要2
‑
3周时间进行配合比设计，方法复杂，试验周期长。同时初选沥青用量的选择是以当地的实践经验的基础上进行预估的，并没有相关的试验和预估方法，而在美国SHRP计划中，superpave配合比设计方法中初选沥青用量的预估只适应于普通密级配沥青混合料，且所确定的沥青用量往往与目标配合比沥青用量相差较大，不适应于马歇尔配合比设计方法沥青用量的确定，因此寻求一种合理的马歇尔配合比设计最佳沥青用量的预估方法，就显得尤为关键。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种马歇尔配合比设计中最佳沥青用量的预估方法，为沥青混合料马歇尔配合比设计方法提供沥青用量预估，预估方法准确，并能够有效缩短设计周期。
[0005]为实现上述目的，本专利技术使用下述技术方案：
[0006]一种马歇尔设计方法中最佳沥青用量的预估方法，根据沥青混合料类型、公称最大粒径和级配，确定体积指标值的设计技术要求并计算沥青混合料的基本参数，初步确定沥青用量区间，将区间内的沥青用量和空隙率分别按一定间隔分组，计算不同沥青用量在不同空隙率下的体积指标值，根据图解法确定各空隙率条件下各体积指标值符合设计要求的沥青用量范围的交集，再根据交集的端值计算出最佳沥青用量的区间，然后结合关键筛孔和最大粒径参数计算最佳沥青用量。
[0007]本专利技术提供的预估方法，无需进行马歇尔试验，通过将沥青用量和空隙率分多组进行体积指标预测，并使用图解法确定最佳沥青用量的范围，结合关键筛孔参数即可计算预估最佳沥青用量。本方法填补了现行规范马歇尔配合比设计无最佳沥青用量预估方法的空白，解决以往配合比设计前只能通过工程经验估算而导致预估不准确的问题。同时本方法预估的最佳沥青用量，省去了以往至少5组马歇尔试验确定实际最佳沥青用量的繁琐过
程，极大缩短了设计用时，提高了设计效率；相较superpave配合比设计沥青用量预估方法，本方法是基于马歇尔配合比设计方法的思路进行预估的，所预估的沥青用量更满足于马歇尔配合比设计的需求，与目标配合比更为接近，提高设计效率的同时也保证了设计的精准程度。
[0008]上述预估方法，包括以下步骤：
[0009]S1.确定马歇尔配合比设计技术要求及基本参数：
[0010]根据沥青混合料类型、公称最大粒径和级配，确定体积指标值的设计技术要求并计算沥青混合料的基本参数；
[0011]S2.根据假设沥青用量和空隙率值，计算并枚举出所有体积指标值：
[0012]根据工程经验初步确定沥青用量区间，将区间内的沥青用量按一定间隔，分别记作P1、P2···
P
n
，根据步骤S1确定的空隙率VV区间，将区间内的空隙率VV按一定间隔，分别记作VV1、VV2···
VV
m
，根据步骤S1确定的基本参数，计算不同沥青用量P
n
在不同空隙率VV
m
下的体积指标值，包括：矿料间隙率VMA
m(n)
、沥青饱和度VFA
m(n)
、粉胶比FB
m(n)
和沥青膜厚度DA
m(n)
；枚举出各空隙率条件下，沥青用量及所对应的各项体积指标值：
[0013]空隙率VV1条件下各体积指标值：
[0014]空隙率VV2条件下各体积指标值：
[0015]……
[0016]空隙率VV
m
条件下各体积指标值：
[0017]S3.以图解法确定各空隙率条件下，各项体积指标均符合步骤S1设计要求的沥青用量范围OAC
min(m)
～OAC
max(m)
；
[0018]S4.确定最佳沥青用量区间：
[0019]根据各空隙率条件下的沥青用量范围OAC
min(m)
～OAC
max(m)
，计算其并集范围OAC
min
～OAC
max
，
[0020]OAC
min
～OAC
max
＝{OAC
min(1)
～OAC
max(1)
}∪{
…
}U{OAC
min(m)
～OAC
max(m)
}；
[0021]S5.确定最佳沥青用量：
[0022]利用最佳沥青用量区间OAC
min
～OAC
max
，并结合关键筛孔和最大粒径相关参数，计算最佳沥青用量OAC，公式如下：
[0023][0024]式中：P
PCS
为合成级配中关键筛孔的通过率百分比，％；D
pcs
为合成级配中关键筛孔，mm；P
NAS
为合成级配中最大粒径通过率百分比，为100％；D
NAS
为合成级配中最大粒径，mm。沥青混合料中的空隙主要利用细集料来填充，细集料的含量是影响最佳沥青用量的主要因素，细集料的用量主要通过关键筛孔进行控制，建立关键筛孔通过率偏离最大密度线的程度，即可保证计算出的最佳沥青用量与目标配合比沥青用量之间误差较小。
[0025]优选的，所述步骤S1中，设计技术要求包括：空隙率VV、矿料间隙率VMA、沥青饱和度VFA、粉胶比FB、沥青膜厚度DA；基本参数包括：沥青相对密度γ
b
、合成矿料毛体积相对密度γ
sb
、合成矿料有效相对密度γ
se
、矿料吸收沥青质量百分比P
ba
、0.075mm通过率P
0.075
、集料比表面积SA、最大粒径D
NSA
、关键筛孔D
PCS
、合成级配关键筛孔通过率P
PCS
和合成级配中最大粒径通过百分比P
NAS
；进一步优选的，所述基本参数根据《公路工程沥青及沥青混合料施工技术规程》(JTG E20
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种马歇尔设计方法中最佳沥青用量的预估方法，其特征是，根据沥青混合料类型、公称最大粒径和级配，确定体积指标值的设计技术要求并计算沥青混合料的基本参数，初步确定沥青用量区间，将区间内的沥青用量和空隙率分别按一定间隔分组，计算不同沥青用量在不同空隙率下的体积指标值，根据图解法确定各空隙率条件下各体积指标值符合设计要求的沥青用量范围的交集，再根据交集的端值计算出最佳沥青用量的区间，然后结合关键筛孔和最大粒径参数计算最佳沥青用量。2.如权利要求1所述的预估方法，其特征是，包括以下步骤：S1.确定马歇尔配合比设计技术要求及基本参数：根据沥青混合料类型、公称最大粒径D
NMAS
和级配，确定体积指标值的设计技术要求并计算沥青混合料的基本参数；S2.根据假设沥青用量和空隙率值，计算并枚举出所有体积指标值：根据工程经验初步确定沥青用量区间，将区间内的沥青用量按一定间隔，分别记作P1、P2···
P
n
，根据步骤S1确定的空隙率VV区间，将区间内的空隙率VV按一定间隔，分别记作VV1、VV2···
VV
m
，根据步骤S1确定的基本参数，计算不同沥青用量P
n
在不同空隙率VV
m
下的体积指标值，包括：矿料间隙率VMA
m(n)
、沥青饱和度VFA
m(n)
、粉胶比FB
m(n)
和沥青膜厚度DA
m(n)
；枚举出各空隙率条件下，沥青用量及所对应的各项体积指标值：空隙率VV1条件下各体积指标值：空隙率VV2条件下各体积指标值：
……
空隙率VV
m
条件下各体积指标值：S3.以图解法确定各空隙率条件下，各项体积指标均符合步骤S1设计要求的沥青用量范围OAC
min(m)
～OAC
max(m)
；S4.确定最佳沥青用量区间：根据各空隙率条件下的沥青用量范围OAC
min(m)
～OAC
max(m)
，计算其并集范围OAC
min
～OAC
max
，OAC
min
～OAC
max
＝OAC
min(1)
～OAC
max(1)
}∪{
…
}∪{OAC
min(m)
～OAC
max(m)
}；
S5.确定最佳沥青用量：利用最佳沥青用量区间OAC
min
～OAC
max
，并结合关键筛孔和最大粒径相关参数，计算最佳沥青用量OAC，公式如下：式中：P
PCS
为合成级配中关键筛孔的通过率百分比，％；D
pcs
为合成级配中关键筛孔，mm；P
NAS
为合成级配中最大粒径通过率百分比，为100％；D
NAS
为合成级配中最大粒径，mm。3.如权利要求2所述的预估方法，其特征是，所述步骤S1中，设计技术要求包括：空隙率VV、矿料间隙率VMA、沥青饱和度VFA、粉胶比FB、沥青膜厚度DA；基本参数包括：沥青相对密度γ
b
、合成矿料毛体积相对密度γ
sb
、合成矿料有效相对密度γ
se
、矿料吸收沥青质量百分比P
ba
、0.075mm通过率P
0.075
、集料比表面积SA、最大粒径D
NSA
、关键筛孔D
PCS
、合成级配关键筛孔通过率P
PCS
和合成级配中最大粒径通过百分比P
NAS
；进一步优选的，所述基本参数根据《公路工程沥青及沥青混合料施工技术规程》(JTG E20
‑
2011)进行计算。4.如权利要求2所述的预估方法，其特征是，所述步骤S1中，当沥青混合料类型为密级配沥青混合料时，空隙率VV的设计要求范围为3％～6％；粉胶比FB设计要求为0.8～1.6；沥青膜厚度DA设计要求为不小于6μm；沥青饱和度VFA根当公称最大粒径选择：当D
NMAS
为4.75mm、9.5mm时，VFA为70％～85％，当D
NMAS
为13.2mm、16mm、19mm时，VFA为65％～75％，当D
NMAS
为26.5mm、31.5mm、37.5mm时，VFA为55％～70％；矿料间隙率VMA根据空隙率VV范围按下列公式进行计算：VMA＝VV
‑
2.925ln(D
NMAS
)+17.531式中VMA为矿料间隙率，％，取...

【专利技术属性】
技术研发人员：马士杰，夏雨，王昊，韦金城，胡家波，李永振，杨永富，孙强，李广，孙岳，符东绪，
申请(专利权)人：山东高速股份有限公司，
类型：发明
国别省市：