一種瀝青混合料礦料間隙率大小排序預(yù)估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于瀝青路面材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及熱拌瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)過(guò)程中 一種瀝青混合料礦料間隙率大小排序預(yù)估方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 礦料級(jí)配設(shè)計(jì)是熱拌瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容之一，其設(shè)計(jì)的合理性與 否直接關(guān)系到混合料路用性能的高低。目前，規(guī)范層面的設(shè)計(jì)方法，不管是我國(guó)瀝青路面施 工規(guī)范還是美國(guó)Superpave體系，礦料級(jí)配設(shè)計(jì)依據(jù)的技術(shù)指標(biāo)均是礦料間隙率。由于事 先無(wú)法掌握礦料間隙率指標(biāo)與級(jí)配的確定關(guān)系，也無(wú)從知曉不同級(jí)配礦料間隙率大小排序 關(guān)系，因而不得已采用試探性擬定級(jí)配曲線的做法，通過(guò)混合料制件來(lái)進(jìn)行級(jí)配設(shè)計(jì)。具體 過(guò)程是，先在級(jí)配設(shè)計(jì)范圍或控制點(diǎn)范圍內(nèi)，人為擬定3條初試級(jí)配曲線，然后制件、測(cè)得 試件的毛體積相對(duì)密度等參數(shù)，計(jì)算空隙率、礦料間隙率（Superpave體系需換算為空隙率 為4%時(shí)的礦料間隙率）等體積指標(biāo)，最后根據(jù)礦料間隙率大小來(lái)選擇符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求 的一條級(jí)配。
[0003] 這類(lèi)級(jí)配設(shè)計(jì)方法存在下述不足：
[0004] 1、人為擬定的初試級(jí)配曲線受限于設(shè)計(jì)人員的理論和經(jīng)驗(yàn)水平，不可避免地帶有 一定的盲目性，經(jīng)驗(yàn)色彩濃，因而存在所擬定的級(jí)配曲線均不符合要求的可能，但還無(wú)法預(yù) 知，從而會(huì)導(dǎo)致后面不必要的試驗(yàn)工作。
[0005] 2、馬歇爾擊實(shí)或Superpave旋轉(zhuǎn)壓實(shí)的瀝青混合料制件過(guò)程較為繁瑣，試驗(yàn)工作 量大，礦料間隙率獲知用時(shí)較長(zhǎng)，設(shè)計(jì)效率低，況且Superpave關(guān)于礦料間隙率換算的經(jīng)驗(yàn) 公式還存在不準(zhǔn)確的情況，因此又存在設(shè)計(jì)結(jié)果不正確的可能。
[0006] 3、上述兩方面不足，導(dǎo)致的一個(gè)可能情況就是，做了大量試驗(yàn)，耗費(fèi)了較長(zhǎng)時(shí)間， 卻仍未能設(shè)計(jì)出合格的級(jí)配；而即使設(shè)計(jì)出了合格的級(jí)配，但也無(wú)法保證結(jié)果是最優(yōu)的。
[0007] 鑒于礦料間隙率指標(biāo)在級(jí)配設(shè)計(jì)中的重要性及其對(duì)瀝青混合料路用性能如高溫 性能良好的解釋性作用，諸多文獻(xiàn)研究了影響其大小的諸多因素，得出了一些有益的結(jié)論， 但這些結(jié)論多基于數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理分析得到，往往是一些平均意義上的規(guī)律性認(rèn)識(shí)，用之來(lái) 指導(dǎo)級(jí)配設(shè)計(jì)時(shí)就未必總是可靠，甚至起相反的作用，因而其對(duì)級(jí)配設(shè)計(jì)的指導(dǎo)作用還有 明顯的局限性。
[0008] 綜上所述，目前瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì)理論有待于進(jìn)一步發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，基于無(wú)瀝青的礦料，通過(guò)建立礦 料間隙率的諸多物理模型，提供一種瀝青混合料礦料間隙率大小排序的理論預(yù)估方法。
[0010] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：
[0011] -種瀝青混合料礦料間隙率大小排序預(yù)估方法，包括以下步驟：
[0012] 步驟1 :設(shè)定粗細(xì)料分界粒徑，大于該分界粒徑的各檔粗集料統(tǒng)稱(chēng)為粗料，小于該 分界粒徑的細(xì)集料和填料統(tǒng)稱(chēng)為細(xì)料，將整條礦料級(jí)配曲線看作由粗料與細(xì)料兩部分組 成；
[0013] 步驟2:通過(guò)試驗(yàn)分別獲取粗料和細(xì)料的篩分曲線與合成毛體積相對(duì)密度，由下 式計(jì)算骨架密實(shí)型的分界粒徑的細(xì)料含量，即臨界通過(guò)率X。：
[0014]
[0015]式中，丫。3為粗料的合成毛體積相對(duì)密度，無(wú)量綱；yfa為細(xì)料的合成毛體積相對(duì) 密度，無(wú)量綱；為粗料骨架間隙率，以小數(shù)計(jì)；vfa為細(xì)料的間隙率，以小數(shù)計(jì)；
[0016] 步驟3:根據(jù)級(jí)配設(shè)計(jì)時(shí)所擬定的各級(jí)配曲線的分界粒徑的通過(guò)率x與臨界通過(guò) 率X。的對(duì)比，判斷級(jí)配類(lèi)型，選用對(duì)應(yīng)的公式，進(jìn)行礦料間隙率的計(jì)算；
[0017] 步驟4:對(duì)計(jì)算的礦料間隙率依據(jù)大小進(jìn)行排序，從而預(yù)測(cè)出各級(jí)配瀝青混合料 的礦料間隙率大小順序。
[0018] 步驟2中，所述粗料由各檔粗集料混合得到，混合的質(zhì)量比是依據(jù)粗料的S形級(jí)配 曲線，或依據(jù)最大密度法則所確定；所述細(xì)料由各檔細(xì)集料和填料混合得到，混合的質(zhì)量比 是按照確定粗料質(zhì)量比的法則，或根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)所確定。
[0019] 步驟2中，所述粗料骨架間隙率U安照振實(shí)試驗(yàn)獲得，所述細(xì)料的間隙率vfa按照 不施加外力擊實(shí)的松裝試驗(yàn)獲得。
[0020] 步驟2中，所述粗料中無(wú)或有極少細(xì)料，所述細(xì)料中無(wú)或有極少小粒徑粗料。
[0021] 步驟3中，當(dāng)所述級(jí)配曲線的分界粒徑的通過(guò)率小于所述臨界通過(guò)率時(shí)，所述級(jí) 配為骨架空隙型結(jié)構(gòu)；當(dāng)所述級(jí)配曲線的分界粒徑的通過(guò)率大于所述臨界通過(guò)率時(shí)，所述 級(jí)配為懸浮密實(shí)型結(jié)構(gòu)；當(dāng)級(jí)配曲線的分界粒徑的通過(guò)率等于臨界通過(guò)率時(shí)，所述級(jí)配為 密實(shí)型結(jié)構(gòu)。
[0022] 步驟3中，對(duì)于所述骨架空隙型礦料模型的礦料間隙率VMAa，通過(guò)下式獲得：
[0023]
[0024] 式中，Y。3為粗料的合成毛體積相對(duì)密度，由各檔粗集料的毛體積相對(duì)密度計(jì)算獲 得，無(wú)量綱；x為分界粒徑的通過(guò)率，以小數(shù)計(jì)。
[0025] 步驟3中，所述骨架空隙型礦料模型的礦料間隙率VMAa，通過(guò)下式獲得：
[0026]
[0027] 式中，Ysb(x)為合成礦料的毛體積相對(duì)密度，與粗細(xì)料摻配質(zhì)量比有關(guān)，為變量， 無(wú)量綱。
[0028] 步驟3中，所述骨架密實(shí)型礦料模型的礦料間隙率VMAa。，通過(guò)下式獲得：
[0029] Yma0=vfaVca
[0030] 式中，vfa為細(xì)料的間隙率，以小數(shù)計(jì)；V為粗料骨架間隙率，以小數(shù)計(jì)。
[0031] 步驟3中，所述懸浮密實(shí)型礦料的礦料間隙率VMAa，通過(guò)下式獲得：
[0032]
[0033] 步驟3中，所述懸浮密實(shí)型礦料的礦料間隙率VMAa，通過(guò)下式獲得：
[0034]
[0035] 式中，x為分界粒徑的通過(guò)率，以小數(shù)計(jì)；vfa為細(xì)料的間隙率，以小數(shù)計(jì)；Y為粗 料的合成毛體積相對(duì)密度，無(wú)量綱；7&為細(xì)料的合成毛體積相對(duì)密度，無(wú)量綱。
[0036] 本發(fā)明的有益效果為：
[0037] 針對(duì)現(xiàn)行規(guī)范層面級(jí)配設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題，本發(fā)明通過(guò)建立無(wú)瀝青礦料的礦料間隙 率物理模型和做少量簡(jiǎn)單的試驗(yàn)，來(lái)對(duì)擬定的不同級(jí)配曲線的礦料間隙率進(jìn)行預(yù)測(cè)，并對(duì) 其大小予以排序，實(shí)現(xiàn)無(wú)需通過(guò)馬歇爾擊實(shí)或旋轉(zhuǎn)壓實(shí)即可預(yù)知不同級(jí)配礦料間隙率的大 小關(guān)系，進(jìn)而較早地篩除那些礦料間隙率較小或不合格的級(jí)配曲線。目的是在級(jí)配曲線的 擬定階段，就可根據(jù)級(jí)配通過(guò)率信息和礦料密度信息掌握級(jí)配的礦料間隙率大小情況，減 少級(jí)配設(shè)計(jì)的盲目性和試驗(yàn)工作量，大大縮短設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)效率，并為級(jí)配優(yōu)化設(shè)計(jì) 提供了可行的理論與技術(shù)支持。
[0038] 我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范的方法或Superpave體系的方法是通過(guò)馬歇爾擊實(shí)或旋轉(zhuǎn)壓實(shí)制 件測(cè)得試件的毛體積相對(duì)密度，經(jīng)試驗(yàn)測(cè)得瀝青混合料的最大理論相對(duì)密度（我國(guó)規(guī)范改 性瀝青通過(guò)計(jì)算法確定），然后計(jì)算獲得初擬級(jí)配瀝青混合料試件的礦料間隙率。相對(duì)于這 種必須通過(guò)較為繁瑣的制件等試驗(yàn)才能得知礦料間隙率大小順序的做法，本發(fā)明相關(guān)試驗(yàn) 工作量大為減少，無(wú)需進(jìn)行繁瑣的瀝青混合料制件，而僅需進(jìn)行各級(jí)配粗料簡(jiǎn)單的振實(shí)試 驗(yàn)、細(xì)料的松裝密實(shí)試驗(yàn)及其相對(duì)密度與篩分試驗(yàn)即可，并突出了通過(guò)理論計(jì)算來(lái)預(yù)估不 同級(jí)配瀝青混合料的礦料間隙率大小關(guān)系，使級(jí)配設(shè)計(jì)的原理性更強(qiáng)，效率大為提高。
[0039] 粗集料的振實(shí)試驗(yàn)按照現(xiàn)行集料試驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行；細(xì)料松裝密實(shí)試驗(yàn)采用馬歇爾試 模，無(wú)需擊實(shí)，但要求細(xì)料為干燥狀態(tài)。
【附圖說(shuō)明】
[0040] 圖1模型構(gòu)建流程圖；
[0041] 圖2根據(jù)模型預(yù)測(cè)的礦料間隙率變化趨勢(shì)圖；
[0042] 圖3合成礦料堆體積組成示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0044] 本發(fā)明的模型構(gòu)建流程，如圖1所示，具體步驟如下：
[0045] 步驟1 :基本假設(shè)1)存在一個(gè)適當(dāng)?shù)拇?、?xì)料分界粒徑，大于該分界粒徑的粗集料 統(tǒng)稱(chēng)為粗料，小于該分界粒徑的細(xì)集料和填料統(tǒng)稱(chēng)為細(xì)料。2)設(shè)有粗料和細(xì)料兩個(gè)料堆， 粗料是由各檔粗集料依據(jù)某個(gè)法則（如追求S形級(jí)配曲線或最大密度）確定的質(zhì)量比混合 而成的，細(xì)料是由細(xì)集料和填料按類(lèi)似的法則或工程經(jīng)驗(yàn)確定的質(zhì)量比混合而成的；粗料 中無(wú)或有極少細(xì)料，細(xì)料中無(wú)或有極少小粒徑粗料。3)當(dāng)粗料為主時(shí)，粗料與細(xì)料混合是 粗料顆粒嵌擠形成的骨架間隙被細(xì)料顆粒所填充的過(guò)程，且填充過(guò)程中細(xì)料顆粒不對(duì)粗料 顆粒的嵌擠方式產(chǎn)生干涉作用，當(dāng)粗、細(xì)料的混合比例變化時(shí)，其各自的組成配比不變。4) 在影響壓實(shí)瀝青混合料礦料間隙率的諸多因素，如礦料級(jí)配、瀝青用量、壓實(shí)溫度、壓實(shí)工 藝等之中，當(dāng)壓實(shí)溫度、壓實(shí)工藝等其他條件相同時(shí)，壓實(shí)瀝青混合料的礦料間隙率主要取 決于礦料級(jí)配，且其大小順序與無(wú)瀝青時(shí)礦料的礦料間隙率大小順序一致。合成礦料堆體 積組成如圖3所示，x為細(xì)料的含量，1-x