本發(fā)明涉及道路工程領(lǐng)域，特別涉及一種粗粒式應(yīng)力吸收結(jié)構(gòu)層瀝青混合料及其設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

近年來，隨著社會(huì)發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，交通量快速增長，人們對道路的使用要求也越來越高。我國目前修建的高等級(jí)公路中常采用的路面基層形式為半剛性基層，但半剛性基層路面在溫度和荷載的共同作用下容易產(chǎn)生反射裂縫，這是造成半剛性基層瀝青路面產(chǎn)生早期破壞的重要原因之一。另一類容易出現(xiàn)反射裂縫的情形為在舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青面層。水泥混凝土路面經(jīng)過一段時(shí)間的使用，會(huì)出現(xiàn)不同程度的損壞。在水泥混凝土路面上加鋪瀝青混凝土面層(俗稱“白加黑”)，可以提高水泥混凝土路面的使用功能、改善路面的平整度、延長水泥路面的使用壽命。但國內(nèi)外大量的工程實(shí)踐表明，由于舊水泥混凝土路面為板塊結(jié)構(gòu)，隨著道路使用時(shí)間增長，加鋪的瀝青面層在荷載和溫度作用下也容易出現(xiàn)反射裂縫，導(dǎo)致路面壽命縮短等問題。半剛性基層瀝青路面和水泥混凝土路面加鋪瀝青層的反射裂縫和溫縮裂縫問題一直是道路界的一項(xiàng)技術(shù)難題。反射裂縫到道路的破壞不僅僅在于裂縫問題，更重要的是裂縫形成后水分將通過縫隙下滲影響基層和路基的強(qiáng)度，從而影響道路的使用性能和使用壽命。

為此，工程中常采用設(shè)置應(yīng)力吸收層的方式來阻止或減緩反射裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。目前常用的應(yīng)力吸收層有多種，如strata應(yīng)力吸收層、乳化瀝青下封層、高彈性改性瀝青砼應(yīng)力吸收層、sampave應(yīng)力吸收層等。但是目前所用的應(yīng)力吸收層其共同特點(diǎn)是：在路面結(jié)構(gòu)中，應(yīng)力吸收層只作為單純的一層功能層，其作用僅為防止反射性裂縫和防止地表水下滲。并且常采用砂粒式瀝青混合料，其抗車轍能力差，不能作為路面結(jié)構(gòu)層。攤鋪厚度一般為2cm～2.5cm，施工起來比較困難，抗裂效果不理想。而且各種應(yīng)力吸收層在使用過程中都會(huì)出現(xiàn)各種病害，例如設(shè)置常規(guī)應(yīng)力吸收層時(shí)，因施工不良等因素而產(chǎn)生軟弱夾層現(xiàn)象等。同時(shí)工程實(shí)踐表明，如果應(yīng)力吸收層選擇不當(dāng)或設(shè)置不好，反而可能會(huì)加速裂縫的產(chǎn)生。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的首要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種粗粒式應(yīng)力吸收結(jié)構(gòu)層瀝青混合料的設(shè)計(jì)方法。

本發(fā)明的另一目的在于提供通過所述的設(shè)計(jì)方法制作而成的瀝青混合料。

本發(fā)明的又一目的在于提供所述瀝青混合料的應(yīng)用。

本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種粗粒式應(yīng)力吸收結(jié)構(gòu)層瀝青混合料的設(shè)計(jì)方法，包括選擇瀝青混合料的種類、選擇原材料、配合比設(shè)計(jì)及性能檢測，具體包括如下步驟：

(1)選擇瀝青混合料的種類：根據(jù)工程要求選擇粗粒式應(yīng)力吸收結(jié)構(gòu)層瀝青混合料的種類；

(2)選擇原材料：所述原材料包括粗集料、細(xì)集料、礦粉和瀝青，選定所述原材料后，進(jìn)行原材料性能檢測實(shí)驗(yàn)；

(3)配合比設(shè)計(jì)：采用大油石比，然后根據(jù)瀝青混合料的用途按1％的間距確定合理的油石比范圍，再根據(jù)選定的每個(gè)油石比用cavf法(礦料主骨料空隙體積填充法)進(jìn)行礦料級(jí)配的設(shè)計(jì)；

(4)性能檢測：檢測所述粗粒式應(yīng)力吸收結(jié)構(gòu)層瀝青混合料的性能；

(5)步驟(4)中性能指標(biāo)全部滿足要求時(shí)，則完成配合比設(shè)計(jì)，如果性能指標(biāo)不滿足要求(即若有某個(gè)油石比對應(yīng)的瀝青混合料的性能指標(biāo)不滿足要求)，則返回第2步開始，重新設(shè)計(jì)混合料，改變原材料的組成或者改變級(jí)配，重復(fù)步驟(2)、(3)和(4)，直到滿足要求為止，完成所述粗粒式應(yīng)力吸收結(jié)構(gòu)層瀝青混合料的設(shè)計(jì)；

(6)對步驟(4)中性能檢測的結(jié)果進(jìn)行分析，確定所述粗粒式應(yīng)力吸收結(jié)構(gòu)層瀝青混合料的最佳油石比范圍和級(jí)配范圍。

步驟(1)中所述的瀝青混合料根據(jù)工程實(shí)際需求可選擇不同種類的瀝青和不同規(guī)格的石料(粗集料和細(xì)集料)，且該瀝青混合料為大油石比骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)；其中，大油石比為相近礦料級(jí)配普通瀝青混合料油石比(相近礦料級(jí)配普通瀝青混合料油石比約為3.8％～6.2％)的110％～300％，具體根據(jù)設(shè)計(jì)和工程需要而定。

步驟(1)中所述的粗粒式應(yīng)力吸收結(jié)構(gòu)層瀝青混合料所用石料的最大公稱粒徑根據(jù)工程要求通?？蛇x擇13mm、16mm、20mm或25mm等類型。

步驟(2)中所述的粗集料、細(xì)集料和礦粉按照《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》(jtge42-2005)進(jìn)行測試，并滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(jtgf40-2004)要求。

步驟(2)中所述的瀝青優(yōu)選為橡膠瀝青、改性瀝青或高粘度改性瀝青；所述的瀝青按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(jtge20-2011)對瀝青進(jìn)行性能檢測，并滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(jtgf40-2004)要求。

所述的橡膠瀝青優(yōu)選通過如下方法制備得到：向基質(zhì)瀝青中加入橡膠粉進(jìn)行反應(yīng)，得到橡膠瀝青；其中，基質(zhì)瀝青與橡膠粉按質(zhì)量比為82：18配比。

步驟(2)中所述的粗集料為輝綠巖、花崗巖和石灰?guī)r中的一種或幾種；優(yōu)選為輝綠巖。

步驟(2)中所述的細(xì)集料為輝綠巖，花崗巖和石灰?guī)r中的一種或幾種；優(yōu)選為花崗巖。

步驟(2)中所述的原材料還包括纖維等添加劑，添加纖維以防止施工析漏。

步驟(3)中所述的大油石比為相近礦料級(jí)配普通瀝青混合料油石比的110％～300％，具體根據(jù)設(shè)計(jì)和工程需要而定，以提高混合料的拉伸變形能力；優(yōu)選為6.4％～12.4％；更優(yōu)選為9.5％～11.5％。

步驟(3)中所述的礦料級(jí)配的設(shè)計(jì)為粗骨料根據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，細(xì)集料按泰波指數(shù)n＝0.5設(shè)計(jì)。

步驟(3)中所述的油石比的個(gè)數(shù)優(yōu)選為5～9個(gè)，更優(yōu)選為7個(gè)。

步驟(3)中所述的配合比設(shè)計(jì)優(yōu)選通過如下方法實(shí)現(xiàn)：先確定瀝青混合料大油石比的范圍(根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)確定)，然后采用cavf法設(shè)計(jì)出粗細(xì)集料(粗集料和細(xì)集料)的相對比例以確保礦料的骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)，其中粗骨料根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，細(xì)集料按泰波指數(shù)n＝0.5設(shè)計(jì)，可使細(xì)集料緊裝密度最大，空隙率最小，使細(xì)集料整體具有較大的粘聚力和密實(shí)度；再確定出各油石比各自適應(yīng)的不同礦料級(jí)配來進(jìn)行混合料的試驗(yàn)，得出性能最佳的組合，采用此礦料級(jí)配設(shè)計(jì)，方法簡單，能確保瀝青混合料形成骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性、耐疲勞性能、低溫抗裂性能和水穩(wěn)定性等路用性能。

步驟(4)中所述的性能檢測為根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(jtge20-2011)進(jìn)行瀝青混合料的性能檢測。

所述的性能檢測包括馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)、車轍試驗(yàn)、浸水馬歇爾(浸水馬歇爾穩(wěn)定度)試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)、小梁彎曲試驗(yàn)、棱柱體單軸壓縮試驗(yàn)和瀝青混合料的疲勞試驗(yàn)。

步驟(5)中所述的性能指標(biāo)滿足要求為性能指標(biāo)滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(jtgf40-2004)的要求。

一種瀝青混合料，通過上述任一項(xiàng)所述的設(shè)計(jì)方法制作而成。

所述的瀝青混合料為密實(shí)骨架結(jié)構(gòu)，通過采用體積填充法設(shè)計(jì)形成，具體方法如下：用粗骨料先形成嵌擠骨架結(jié)構(gòu)；再將細(xì)集料、礦粉和瀝青及纖維添加劑填充到嵌擠骨架結(jié)構(gòu)(粗骨架)的空隙形成骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)，所述的骨架的驗(yàn)證指標(biāo)為vcamix≤vcadrc(壓實(shí)狀態(tài)下瀝青混合料中粗骨料的空隙率vcamix小于或等于搗實(shí)狀態(tài)下粗骨料的空隙率vcadrc)，此時(shí)瀝青混合料為密實(shí)骨架結(jié)構(gòu)。

所述的瀝青混合料在道路工程領(lǐng)域中的應(yīng)用。

所述的瀝青混合料在路面結(jié)構(gòu)層和/或應(yīng)力吸收層中的應(yīng)用。

所述的路面結(jié)構(gòu)層為舊水泥路面加鋪瀝青層的底面層或半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)的下面層。

所述的路面結(jié)構(gòu)層的攤鋪設(shè)計(jì)厚度優(yōu)選為3～10cm，作為結(jié)構(gòu)層的同時(shí)可起到應(yīng)力吸收層的作用。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：

1、本發(fā)明所述的一種粗粒式應(yīng)力吸收結(jié)構(gòu)層瀝青混合料，由于這種粗粒式應(yīng)力吸收結(jié)構(gòu)層瀝青混合料的高粘特性和骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)，在保證高溫穩(wěn)定性的同時(shí)，在低溫情況下又具有較大的變形能力，使其既具有良好的抵抗車轍變形能力，又具有拉伸變形能力強(qiáng)和抗疲勞耐久性好的特點(diǎn)。因此，這種多功能大油石比瀝青混合料可用于舊水泥路面加鋪瀝青層的底面層，或者作為半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)的下面層，設(shè)計(jì)厚度可達(dá)3～10cm，起到應(yīng)力吸收結(jié)構(gòu)層的作用，同時(shí)具有防水防裂、抗疲勞、防治反射裂縫等多重功能?？朔艘酝傲Ｊ綉?yīng)力吸收層抗車轍變形能力差，設(shè)計(jì)厚度薄(通常2～2.5cm)，難以均勻攤鋪施工的缺點(diǎn)；且粗粒式應(yīng)力吸收層厚度較以往砂粒式應(yīng)力吸收層厚得多，防裂效果也大大提高。

2、本發(fā)明的粗粒式應(yīng)力吸收結(jié)構(gòu)層瀝青混合料有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)既有很強(qiáng)的承載能力，又可以起到防止反射裂縫的作用作為應(yīng)力吸收結(jié)構(gòu)層；(2)具有良好的綜合路用性能和車轍變形抵抗力強(qiáng)、拉伸變形能力強(qiáng)、抗裂效果好、降低路面噪聲等等；(3)在減薄瀝青路面厚度，抵抗重交通和不良?xì)夂虻确矫娑加忻黠@的優(yōu)勢；(4)可收到良好的工程應(yīng)用效果，同時(shí)能夠簡化施工工序，縮短工期，降低工程總體造價(jià)。

3、本發(fā)明選擇瀝青混合料的種類、原材料、配合比設(shè)計(jì)及性能評(píng)價(jià)及驗(yàn)證等，其中這種粗粒式應(yīng)力吸收結(jié)構(gòu)層瀝青混合料采用體積填充法設(shè)計(jì)形成密實(shí)骨架，即粗骨料形成嵌擠骨架結(jié)構(gòu)，細(xì)集料、礦粉和瀝青及纖維添加劑等剛好填充粗骨架的空隙形成骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)，其中骨架驗(yàn)證指標(biāo)為vcamix≤vcadrc，壓實(shí)狀態(tài)下混合料中粗骨料的空隙率vcamix小于等于搗實(shí)狀態(tài)下粗骨料的空隙率vcadrc。同時(shí)這種粗粒式應(yīng)力吸收結(jié)構(gòu)層瀝青混合料必須采用大油石比(通常為相近礦料級(jí)配普通瀝青混合料油石比的110％～300％，具體根據(jù)設(shè)計(jì)和工程需要而定)，以提高混合料的拉伸變形能力，增強(qiáng)應(yīng)力消散的效果，起到“應(yīng)力吸收”和防水防裂的作用。瀝青可選用橡膠瀝青或改性瀝青，也可采用高粘度改性瀝青，必要時(shí)可添加纖維等技術(shù)措施防止施工析漏。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，這種粗粒式應(yīng)力吸收結(jié)構(gòu)層瀝青混合料既有良好的抵抗車轍變形能力，又有拉伸變形能力強(qiáng)和抗疲勞耐久性好的特點(diǎn)。

4、本發(fā)明所述的骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)瀝青混合料具有密實(shí)度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性都較好的特性，所以混合料中所用集料應(yīng)盡量保證其棱角性，減少針片狀石料含量，從而保障骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)，避免形成懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)影響混合料高溫穩(wěn)定性；同時(shí)對礦料級(jí)配設(shè)計(jì)時(shí)，采用cavf法設(shè)計(jì)出粗細(xì)集料的相對比例以確保礦料的骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)，其中粗骨根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)。細(xì)集料按泰波指數(shù)n＝0.5設(shè)計(jì)，可使細(xì)集料緊裝密度最大，空隙率最小，使細(xì)集料整體具有較大的粘聚力和密實(shí)度。

5、本發(fā)明中由配合比設(shè)計(jì)中所確定的大油石比和各自的礦料級(jí)配，按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(jtge20-2011)中的實(shí)驗(yàn)規(guī)范制作試件并且進(jìn)行瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)、車轍試驗(yàn)、浸水馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)、小梁彎曲試驗(yàn)、棱柱體單軸壓縮試驗(yàn)和瀝青混合料的疲勞試驗(yàn)對這種粗粒式應(yīng)力吸收結(jié)構(gòu)層瀝青混合料的路用性能進(jìn)行檢測，最終確定出所述粗粒式應(yīng)力吸收結(jié)構(gòu)層瀝青混合料最佳油石比范圍和級(jí)配范圍。

附圖說明

圖1是本發(fā)明粗粒式應(yīng)力吸收結(jié)構(gòu)層瀝青混合料的工藝流程示意圖。

圖2是在低溫狀態(tài)(-10℃)和常溫狀態(tài)(15℃)下，不同油石比的橡膠瀝青混合料與抗彎拉強(qiáng)度的關(guān)系變化曲線圖。

圖3是在低溫狀態(tài)(-10℃)和常溫狀態(tài)(15℃)下，不同油石比的橡膠瀝青混合料與最大彎拉應(yīng)變的關(guān)系變化曲線圖。

圖4是在低溫狀態(tài)(-10℃)和常溫狀態(tài)(15℃)下，不同油石比的橡膠瀝青混合料與彎曲勁度模量的關(guān)系變化曲線圖。

圖5是不同橡膠瀝青用量下的橡膠瀝青混合料的棱柱體抗壓強(qiáng)度對比圖。

圖6是不同橡膠瀝青用量下的橡膠瀝青混合料的試件破壞時(shí)的壓縮應(yīng)變統(tǒng)計(jì)圖。

圖7是不同橡膠瀝青用量下的橡膠瀝青混合料的壓縮勁度模量統(tǒng)計(jì)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

實(shí)施例1

本實(shí)施例以一種大油石比骨架密實(shí)橡膠瀝青混合料作為應(yīng)力吸收結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)為例，具體步驟如下：

1、根據(jù)工程要求選擇瀝青混合料的種類，即為一種大油石比骨架密實(shí)橡膠瀝青混合料。

2、原材料選擇及性能測試；

橡膠瀝青：是在基質(zhì)瀝青中加入橡膠粉(基質(zhì)瀝青與橡膠粉的質(zhì)量比為82：18)在攪拌容器中進(jìn)行反應(yīng)制得的。其中，橡膠瀝青基本性能如表1所示。

骨架密實(shí)橡膠瀝青混合料的粗集料采用輝綠巖，細(xì)集料采用花崗巖，其中粗集料的級(jí)配范圍為13.2、9.5和4.75mm(方孔粒徑)，表觀相對密度為2.718g/cm³；細(xì)集料的級(jí)配范圍為0.075、0.15、0.3、0.6和1.18mm、2.36mm(方孔粒徑)；表觀相對密度為2.650g/cm³。其中，集料的基本性能檢測如表2所示。

填充料選用礦粉，表觀相對密度為2.831t/m³，其中，礦粉各項(xiàng)指標(biāo)如表3所示。

表1橡膠瀝青基本性能

表2集料的基本性能檢測

表3礦粉各項(xiàng)指標(biāo)

上述瀝青按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(jtge20-2011)對瀝青進(jìn)行性能檢測；集料和礦粉按照《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》(jtge42-2005)進(jìn)行測試。由檢測結(jié)果可看到，橡膠瀝青，粗、細(xì)集料和礦粉的各項(xiàng)指標(biāo)符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(jtgf40-2004)瀝青面層集料技術(shù)要求的規(guī)定。

3、配合比設(shè)計(jì)：采用大油石比(大油石比為相近礦料級(jí)配普通瀝青混合料油石比的110％～300％)，由于所設(shè)計(jì)的是大油石比的橡膠瀝青混合料，若采用單一的礦料級(jí)配不能使每一個(gè)瀝青用量下混合料都能成骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)，從而其性能差異較大。所以采用的配合比設(shè)計(jì)方法為先根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和混合料的用途按1％的間距確定出7個(gè)相對較大的油石比，即6.4％、7.4％、8.4％、9.4％、10.4％、11.4％、12.4％，然后再根據(jù)每一個(gè)油石比用cavf法(礦料主骨料空隙體積填充法)進(jìn)行礦料級(jí)配的設(shè)計(jì)，其中粗骨料根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)。細(xì)集料按泰波指數(shù)n＝0.5設(shè)計(jì)，可使細(xì)集料緊裝密度最大，空隙率最小，使細(xì)集料整體具有較大的粘聚力和密實(shí)度。以確保形成骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)。

cavf法的詳細(xì)的設(shè)計(jì)步驟如下：

(1)根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)主骨料(粗集料)級(jí)配組成和利用泰波公式(1-1)n＝0.5時(shí)設(shè)計(jì)細(xì)集料級(jí)配組成。

p＝(d/d)ⁿ×100(1-1)

式中：p—集料顆粒在篩孔尺寸d上的通過百分率(％)；

d—集料中顆粒的篩孔尺寸，單位為mm；

d—集料的最大粒徑，單位為mm；

n級(jí)配指數(shù)，本方法推薦級(jí)配指數(shù)n＝0.5。

(2)根據(jù)設(shè)計(jì)的主骨料級(jí)配組成，按確定的比例將粗集料混合在一起，按《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》(jtge42-2005)中t0304的試驗(yàn)方法測定粗集料的毛體積密度ρb。本研究所用粗集料的ρb＝2.656g/cm³。

(3)按照《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》(jtge42-2005)中t0309的試驗(yàn)方法測定瀝青混合料用粗集料骨架搗實(shí)狀態(tài)下的堆積密度ρ＝1.607g/cm³，再利用公式(1-2)計(jì)算搗實(shí)狀態(tài)下粗集料骨架間隙率vcadrc。本研究所用粗集料在搗實(shí)狀態(tài)下計(jì)算的粗集料骨架間隙率vcadrc＝39.5％。

vcadrc＝(1-ρ/ρb)×100(1-2)

式中：ρ—瀝青混合料用粗集料骨架搗實(shí)狀態(tài)下的堆積密度，單位為g/cm³；

ρb—粗集料的毛體積密度，單位為g/cm³。

(4)按照《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》(jtge42-2005)中t0304的試驗(yàn)方法分別測定粗集料的表觀相對密度ρa(bǔ)c和毛體積相對密度ρbc、細(xì)集料的表觀相對密度ρa(bǔ)f、橡膠瀝青相對密度ρa(bǔ)。以及礦粉的相對密度ρf。本研究中ρa(bǔ)c＝2.738g/cm³，ρbc＝2.656g/cm³，ρa(bǔ)f＝2.720g/cm³，ρa(bǔ)＝1.032g/cm³，ρf＝2.831g/cm³。

(5)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)初步確定礦粉、瀝青的用量，并根據(jù)不同功能要求，參考密級(jí)配瀝青混凝土混合料馬歇爾試驗(yàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，確定瀝青混合料的設(shè)計(jì)目標(biāo)空隙率vv。本研究取礦粉用量qp為3％，瀝青混合料設(shè)計(jì)目標(biāo)空隙率vv為4.5％，油石比分別為6.4％、7.4％、8.4％、9.4％、10.4％、11.4％和12.4％，從而可得出各油石比對應(yīng)的瀝青用量(瀝青用量＝油石比/(1+油石比))。

(6)聯(lián)立公式(1-3)和公式(1-4)求解粗集料用量qc和細(xì)集料用量qf：

qc+qf+qp＝100(1-3)

qc/(100×ρ)·(vcadrc-vv)＝qf/ρa(bǔ)f+qp/ρf+qa/ρa(bǔ)(1-4)

式中:qc—粗集料用量百分比(％)；

qf—細(xì)集料用量百分比(％)；

qp—礦粉用量百分比(％)；

qa—瀝青用量百分比(％)；

vcadrc—搗實(shí)狀態(tài)下粗集料骨架間隙率(％)；

vv—瀝青混合料設(shè)計(jì)目標(biāo)空隙率(％)；

ρ—粗集料骨架搗實(shí)狀態(tài)下的堆積密度，單位為g/cm³；

ρa(bǔ)f—細(xì)集料的表觀相對密度，單位為g/cm³；

ρf—礦粉的相對密度，單位為g/cm³；

ρa(bǔ)—瀝青的相對密度，單位為g/cm³。

(7)根據(jù)上述礦料級(jí)配組成設(shè)計(jì)方法和礦料密度參數(shù)，最終確定本研究中各油石比所用粗細(xì)集料的比例見表4所示。

表4各油石比粗細(xì)集料比例

結(jié)合以往工程經(jīng)驗(yàn)確定的粗集料的級(jí)配和泰波公式n＝0.5時(shí)的細(xì)集料級(jí)配(見表5)，可以計(jì)算出各油石比的設(shè)計(jì)級(jí)配如表6所示。

表5粗集料、細(xì)集料的級(jí)配組成

表6各油石比礦料級(jí)配組成

4、根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(jtge20-2011)對上述各組分橡膠瀝青混合料進(jìn)行瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)、車轍試驗(yàn)、浸水馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)、小梁彎曲試驗(yàn)、棱柱體單軸壓縮試驗(yàn)等。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表7～11和圖2～7所示。

表7馬歇爾試件的各項(xiàng)體積指標(biāo)

由于設(shè)計(jì)的目標(biāo)是設(shè)計(jì)骨架密實(shí)的瀝青混合料使其具有更優(yōu)良的路用性能，故必須對其進(jìn)行骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)的判定。當(dāng)壓實(shí)狀態(tài)下混合料中粗骨料的空隙率vcamix小于等于搗實(shí)狀態(tài)下粗骨料的空隙率vcadrc時(shí)，混合料即為骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)，壓實(shí)狀態(tài)下混合料中粗骨料的空隙率vcamix按公式(2-1)計(jì)算：

vcamix＝100(γf/ρbc×pca)(2-1)

式中：vcamix—壓實(shí)狀態(tài)下瀝青混合料中粗骨料的空隙率(％)；

γf—瀝青混合料的毛體積相對密度，單位為g/cm³；

ρbc—粗集料的合成毛體積相對密度，單位為g/cm³；

pca—瀝青混合料中粗集料的比例(％)。

經(jīng)過計(jì)算得，本實(shí)施例中各個(gè)油石比(6.4％～12.4％)的vcamix分別為35.5％、35.3％、35.4％、35.1％、34.6％、34.3％和34.4％。每個(gè)油石比瀝青混合料的vcamix均小于vcadrc(39.5％)，故本研究中的橡膠瀝青混合料均為骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)。

表8馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果

表9車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度

從馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果可看出，隨著油石比的增大，試件的馬歇爾穩(wěn)定度值逐漸減小，但是基本所有配合比設(shè)計(jì)的馬歇爾穩(wěn)定度值都大于8kn，滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(jtgf40-2004)中夏季炎熱地區(qū)重載交通下的馬歇爾穩(wěn)定度技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。而流值也在20～40(0.1mm)之間，滿足規(guī)范中的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。橡膠瀝青混合料的車轍試驗(yàn)結(jié)果顯示，即使將油石比增大到12.4％，其動(dòng)穩(wěn)定度仍能保持在2500以上。這說明大油石比骨架密實(shí)型的橡膠瀝青混合料具有良好的高溫穩(wěn)定性。

表10浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

表11凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

從浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果可知，試件的浸水殘留穩(wěn)定度基本都在85％(潮濕地區(qū)改性瀝青混合料浸水殘留穩(wěn)定度的技術(shù)要求)以上，且當(dāng)油石比為11.4％時(shí)，甚至超過100％。即在恒溫水槽中保溫48h后的穩(wěn)定度超過了保溫30min中的穩(wěn)定度，可能是由于試件成型時(shí)所產(chǎn)生的差異所致。從浸水馬歇爾試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果可以認(rèn)為此系列橡膠瀝青混合料的水穩(wěn)定性較好。而且試件的凍融劈裂強(qiáng)度比隨著瀝青用量的增加而增大，基本都在80％以上，當(dāng)油石比增大到12.4％時(shí)，凍融劈裂強(qiáng)度比達(dá)到98.3％。完全符合我國《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(jtgf40-2004)中對潮濕區(qū)改性瀝青混合料水穩(wěn)定性的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

圖2～7為小梁彎曲試驗(yàn)和棱柱體單軸壓縮試驗(yàn)：

從圖2可以看到，對于各個(gè)油石比的橡膠瀝青混合料而言，-10℃的抗彎拉強(qiáng)度較15℃的均有不同程度的提高，基本上都提高了兩倍或兩倍以上。這說明，溫度的降低，提高了小梁抗彎拉強(qiáng)度。

從圖3可以看到，各瀝青用量下的橡膠瀝青混合料15℃彎拉應(yīng)變基本控制在15000～35000με之間，-10℃彎拉應(yīng)變基本控制在3000～5000με之間。雖然-10℃的彎拉應(yīng)變較15℃減少了5～7倍，但是其彎拉應(yīng)變值仍然較大，符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(jtgf40-2004)中改性瀝青混合料在冬嚴(yán)寒區(qū)的低溫彎曲試驗(yàn)破壞應(yīng)變的技術(shù)要求(3000με)。這說明此系列的橡膠瀝青混合料在低溫環(huán)境下仍有較好的變形能力。

從圖4可以看到，低溫狀態(tài)(-10℃)時(shí)，混合料的彎曲勁度模量在1500～3000mpa左右，而常溫狀態(tài)(15℃)時(shí)，混合料的彎曲勁度模量全在300mpa以下。這表明，橡膠瀝青混合料低溫和常溫狀態(tài)下的柔性均較好。而且混合料-10℃和15℃的彎曲勁度模量相差很大，-10℃的彎曲勁度模量的較15℃基本都增大了10～20倍。因此，抵抗低溫開裂和反射裂縫方面，此系列的橡膠瀝青混合料都具有良好的性能。

從圖5可以看到，不同橡膠瀝青用量下，混合料在20℃和15℃的棱柱體抗壓強(qiáng)度相差無幾，但是-10℃的棱柱體抗壓強(qiáng)度則較大，基本是其對應(yīng)油石比在20℃和15℃時(shí)抗壓強(qiáng)度的3倍左右。

從圖6可以看到，橡膠瀝青混合料的破壞壓縮應(yīng)變基本隨溫度的下降而減小。混合料的油石比越大，其破壞壓縮應(yīng)變也越大。但是即使在低溫環(huán)境下，混合料破壞時(shí)的壓縮應(yīng)變也在20000微應(yīng)變左右。與小梁彎曲試驗(yàn)相比，在相同的荷載速率及相同試驗(yàn)溫度條件下，壓縮破壞應(yīng)變要比最大彎拉應(yīng)變高出數(shù)倍。這是由于在拉伸試驗(yàn)時(shí)，瀝青結(jié)合料的黏聚力在其支配作用；而在壓縮試驗(yàn)時(shí)，除了瀝青的變形影響外，礦料本身的強(qiáng)度、礦料的嵌鎖承載能力起到很大的作用，并能產(chǎn)生一定的相對位移。

從圖7可以看到，無論何種溫度環(huán)境下，隨著橡膠瀝青用量的增加，混合料的壓縮勁度模量基本呈減小的趨勢。而且-10℃的壓縮勁度模量是常溫下壓縮勁度模量的5～6倍。

從小梁彎曲試驗(yàn)和棱柱體單軸壓縮試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果可知，各瀝青用量下的橡膠瀝青混合料的彎拉應(yīng)變和破壞壓縮應(yīng)變均隨油石比的增大而增大。15℃彎拉應(yīng)變基本控制在15000～35000με之間，壓縮應(yīng)變基本控制在30000～60000με之間，而-10℃彎拉應(yīng)變基本控制在3000～5000με之間，混合料破壞時(shí)的壓縮應(yīng)變也在20000微應(yīng)變左右。完全符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(jtgf40—2004)中改性瀝青混合料在冬嚴(yán)寒區(qū)的低溫彎曲試驗(yàn)破壞應(yīng)變的技術(shù)要求(3000με)。棱柱體單軸壓縮試驗(yàn)也證實(shí)了在抵抗低溫開裂和反射裂縫方面，此系列的橡膠瀝青混合料都具有良好的性能。

同時(shí)對5種典型的應(yīng)力吸收層進(jìn)行試驗(yàn)，測量它們各自的最大彎拉應(yīng)變及斷裂能等，評(píng)價(jià)它們的低溫性能。試驗(yàn)依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(jtge20-2011)瀝青混合料彎曲試驗(yàn)規(guī)范，用utm-25進(jìn)行-10℃小梁彎曲試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表12所示。所述5種典型的應(yīng)力吸收層結(jié)構(gòu)均各自采用最佳膠結(jié)料用量，最佳集料用量等，對它們各自的組成簡述如下：

其中橡膠瀝青應(yīng)力吸收層是按本試驗(yàn)組分6(油石比為11.4％)進(jìn)行配制。乳化瀝青下封層是由乳化瀝青及集料組成，乳化瀝青用量為1.5kg/m²左右，集料規(guī)格為2.36～4.75mm，用量為6m³/(1000m²)左右。土工格柵應(yīng)力吸收層是由乳化瀝青、土工格柵及集料組成，乳化瀝青用量約為0.8kg/m²左右，集料規(guī)格為2.36～4.75mm，用量為10kg/m²左右。聚酯玻纖布應(yīng)力吸收層是由sbs改性瀝青和聚酯玻纖布組成，瀝青用量大約為1.0kg/m²左右。strata應(yīng)力吸收層是由聚合物改性膠結(jié)料和集料組成，膠結(jié)料pg等級(jí)為pg82-28，瀝青用量大約占混合料的8％～10％，集料最大公稱粒徑為4.75mm。

表12不同類型應(yīng)力吸收層低溫小梁試驗(yàn)結(jié)果

通過表12可以看出最大彎拉應(yīng)變和斷裂能，除strata應(yīng)力吸收層較優(yōu)于橡膠瀝青應(yīng)力吸收層外，橡膠瀝青應(yīng)力吸收層均大于其他應(yīng)力吸收層，顯然橡膠瀝青應(yīng)力吸收層的低溫性能除strata應(yīng)力吸收層外均明顯優(yōu)于其他應(yīng)力吸收層。并且最大彎拉應(yīng)變達(dá)到4992.81με，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(jtgf40-2004)中改性瀝青混合料在冬嚴(yán)寒區(qū)的低溫彎曲試驗(yàn)破壞應(yīng)變的技術(shù)要求(3000με)。

綜合上述試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果分析，對在各方面都具有良好性能的組分6(油石比為11.4％)的橡膠瀝青混合料進(jìn)行疲勞試驗(yàn)以分析其疲勞性能，并與其他類型的密斷級(jí)配的瀝青混合料疲勞試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比分析，其他類型瀝青混合料的級(jí)配見表13，最終對比結(jié)果如表14所示。

表13其他類型瀝青混合料的級(jí)配組成

表14橡膠瀝青混合料疲勞性能試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

從表14可以明顯地看出，當(dāng)應(yīng)變水平為200和400微應(yīng)變時(shí)，除sbs改性瀝青混合料的加載循環(huán)次數(shù)稍高于組分6(油石比為11.4％)外，其他混合料的疲勞壽命均低于組分6(油石比為11.4％)，當(dāng)應(yīng)變水平為600微應(yīng)變時(shí)，組分6(油石比為11.4％)的疲勞壽命最高，其他瀝青混合料的疲勞壽命均低于組分6(油石比為11.4％)的疲勞壽命，說明此系列的橡膠瀝青混合料具有良好的抗疲勞性能。

根據(jù)上述各項(xiàng)試驗(yàn)的技術(shù)指標(biāo)，在保證橡膠瀝青混合料作為應(yīng)力吸收層基本滿足極限應(yīng)變的前提下，同時(shí)瀝青混合料作為結(jié)構(gòu)層時(shí)所需具有的抗車轍性能和水穩(wěn)定性的要求，以防止出現(xiàn)車轍或剝落等破壞的可能性。綜合考慮本試驗(yàn)結(jié)果，故推薦采用的最佳瀝青用量范圍為：油石比在9.5％～11.5％之間。此時(shí)混合料有效瀝青膜厚度為22～24μm，礦料間隙率為21％左右，空隙率為1％左右，滿足作為應(yīng)力吸收層的各種指標(biāo)。

綜合上述這種多功能大油石比骨架密實(shí)橡膠瀝青混合料的擁有良好的綜合路用性能，可用于舊水泥路面加鋪瀝青層的底面層，或者作為半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)的下面層，設(shè)計(jì)厚度可達(dá)3～10cm，起到應(yīng)力吸收結(jié)構(gòu)層的作用，同時(shí)具有防水防裂、抗疲勞、防治反射裂縫等多重功能。省去了單獨(dú)設(shè)置應(yīng)力吸收層的步驟，簡化了施工工藝、縮短工期；為工程施工帶來方便；也節(jié)省了工程造價(jià)，在實(shí)際運(yùn)用中收到良好的工程應(yīng)用效果。

上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。