【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及道路工程，具体为一种基于复合材料理论的新-旧沥青拌和度计算方法。
技术介绍
1、交通运输部公开信息显示，目前随着公路路网的日趋完善，我国公路工程建设已逐步向养护与改扩建过渡转型。据统计约97％的国道、省道及县乡道将进行升级改造，公路养护设备和服务市场规模达2000亿元，老旧沥青路面在小范围养护维修和大范围铣刨重建时会产生大量的废旧沥青混合料(rap)，根据统计数据显示，我国仅干线公路大中修工程每年就产生约1.6亿吨rap材料，而国省干线公路里程仅占全国公路总里程的11.2％，其路面厚度约为其他低等级公路的2倍左右。据此推算，我国整个公路网每年废旧路面材料产生量将是7.9亿吨左右，与美国公路网每年产生的rap材料的数量基本相当。近年来，沥青路面再生技术，尤其是热拌再生与温拌再生技术在我国道路工程的养护与新建中广泛应用，极大缓解了数量庞大的rap材料对生态环境的污染、土地侵占以及筑路材料资源浪费等问题。
2、然而，在实际废旧rap材料的再生施工过程中，由扩散与融合控制的新沥青与旧沥青之间的拌和度(dob)，是决定再生路面服役性能的关键。对dob的过高或过低估算均可能直接导致再生沥青路面的早期病害，继而影响其服役耐久性。具体表现在：1)过高的dob估算值将导致再生沥青混合料的总沥青含量低于实际最佳沥青含量，即有效沥青粘结剂含量过低，进而诱发再生沥青路面产生开裂、剥落等病害造成路面耐久性不佳等问题；2)过低的dob估算值将导致再生沥青混合料中的总沥青含量过多，即有效沥青粘结剂含量过高，引发再生沥青路面产生高温车
技术实现思路
1、对现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于复合材料理论的新-旧沥青拌和度计算方法，减少了常规实验工作量及其间接计算带来的固有误差。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于复合材料理论的新-旧沥青拌和度计算方法，将新-旧沥青在高温下相互接触后，两种沥青的界面处随即开始发生扩散与融合，直至新-旧沥青融合成为一种均匀的再生沥青；将旧沥青划分为若干子层，通过菲克第二扩散定律即可计算新沥青在旧沥青各个子层中的扩散浓度，如下式所示：
3、
4、式(1)中，c是新沥青的扩散浓度；x是旧沥青底部到任意子层顶部之间的垂直距离，mm；t是扩散时间，s；d是恒定扩散系数，mm2/s；
5、
6、式(2)中，c(x,t)是某一旧沥青子层中新沥青的扩散浓度；c0是新沥青的初始浓度，其值为1；n是划分的旧沥青子层数(n＝1,2,3,...)；l是旧沥青的总厚度，mm；
7、基于式(2)中某一旧沥青子层中新沥青的扩散浓度c(x,t)，通过下式计算该子层的模量：
8、
9、式(3)中，是某一旧沥青子层在某一扩散温度和扩散时间下的模量，pa；是新沥青的模量，pa；是旧沥青的模量，pa；
10、基于式(3)中某一旧沥青子层在某一扩散温度和扩散时间下的模量，通过下式计算新-旧沥青扩散与融合体系在某一扩散温度和扩散时间下的总模量：
11、
12、式(4)中，新-旧沥青扩散与融合体系的总模量，pa；h总是新-旧沥青扩散与融合体系的总厚度，mm；h新沥青是新沥青的厚度，mm；是旧沥青各个子层的模量，pa；是旧沥青各个子层的厚度，mm；
13、基于式(3)中新-旧沥青扩散与融合体系的总模量，通过下式计算新-旧沥青扩散与融合体系的拌和度：
14、
15、式(5)中，是新-旧沥青刚接触未扩散与融合时的总模量，pa；是新-旧沥青完全扩散与融合时的总模量，pa。
16、优选的，某一旧沥青子层在某一扩散温度和扩散时间下的模量计算公式(3)是通过类比两种沥青混合体系的黏度公式得到，如下式所示：
17、
18、式(6)中，是新-旧沥青混合体系的黏度，pa·s；是旧沥青的黏度，pa·s；是新沥青的黏度，pa·s。
19、优选的，新-旧沥青扩散与融合体系在某一扩散温度和扩散时间下的总模量，是基于复合材料理论推导得到，如下式所示：
20、
21、式(7)中，ea和eb分别是复合材料的总弹性模量、a相的弹性模量以及b相的弹性模量；f、fa和fb分别是复合材料的总体积、a相的体积以及b相的体积。
22、优选的，和通过动态流变剪切试验测试得到。
23、本专利技术提供了一种基于复合材料理论的新-旧沥青拌和度计算方法，与现有技术相比具备以下有益效果：
24、本专利技术提出了一种基于复合材料理论的新-旧沥青拌和度计算方法，根据菲克扩散定律和复合材料材料理论，能够精准预测新-旧沥青扩散与融合体系的拌和度，从而控制再生沥青混合料中的有效沥青含量，保证再生沥青路面的长期服役性能，极大地减少了常规实验工作量及其间接计算带来的固有误差；同时也避免了三氯乙烯有毒物使用而对工作人员健康造成的潜在危害。
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1.一种基于复合材料理论的新-旧沥青拌和度计算方法，其特征在于，新-旧沥青在高温下相互接触后，两种沥青的界面处随即开始发生扩散与融合，直至新-旧沥青融合成为一种均匀的再生沥青；将旧沥青划分为若干子层，通过菲克第二扩散定律即可计算新沥青在旧沥青各个子层中的扩散浓度，如下式所示：
2.根据权利要求1所述的一种基于复合材料理论的新-旧沥青拌和度计算方法，其特征在于，某一旧沥青子层在某一扩散温度和扩散时间下的模量计算公式(3)是通过类比两种沥青混合体系的黏度公式得到，如下式所示：
3.根据权利要求1所述的一种基于复合材料理论的新-旧沥青拌和度计算方法，其特征在于，新-旧沥青扩散与融合体系在某一扩散温度和扩散时间下的总模量，是基于复合材料理论推导得到，如下式所示：
4.根据权利要求1所述的一种基于复合材料理论的新-旧沥青拌和度计算方法，其特征在于，和通过动态流变剪切试验测试得到。
5.根据权利要求1所述的一种基于复合材料理论的新-旧沥青拌和度计算方法，其特征在于，新-旧沥青的扩散与融合体系制备如下：将新、旧沥青加热至流动状态后，分别倾倒入模具
...【技术特征摘要】
1.一种基于复合材料理论的新-旧沥青拌和度计算方法，其特征在于，新-旧沥青在高温下相互接触后，两种沥青的界面处随即开始发生扩散与融合，直至新-旧沥青融合成为一种均匀的再生沥青；将旧沥青划分为若干子层，通过菲克第二扩散定律即可计算新沥青在旧沥青各个子层中的扩散浓度，如下式所示：
2.根据权利要求1所述的一种基于复合材料理论的新-旧沥青拌和度计算方法，其特征在于，某一旧沥青子层在某一扩散温度和扩散时间下的模量计算公式(3)是通过类比两种沥青混合体系的黏度公式得到，如下式所示：
3.根据权利要求1所述的一种基于复合材料理论的新-旧...
【专利技术属性】
技术研发人员：张德润，许培欣，周宏云，熊平高，李元元，汪福松，刘子阳，胡齐胜，栾东兴，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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