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)計過程中 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] 礦料級配設(shè)計是熱拌瀝青混合料配合比設(shè)計的核心內(nèi)容之一，其設(shè)計的合理性與 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)計方法，不管是我國瀝青路面施 工規(guī)范還是美國Superpave體系，礦料級配設(shè)計依據(jù)的技術(shù)指標均是礦料間隙率。由于事 先無法掌握礦料間隙率指標與級配的確定關(guān)系，也無從知曉不同級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配曲線的做法，通過混合料制件來進行級配設(shè)計。具體 過程是，先在級配設(shè)計范圍或控制點范圍內(nèi)，人為擬定3條初試級配曲線，然后制件、測得 試件的毛體積相對密度等參數(shù)，計算空隙率、礦料間隙率（Superpave體系需換算為空隙率 為4%時的礦料間隙率）等體積指標，最后根據(jù)礦料間隙率大小來選擇符合技術(shù)標準要求 的一條級配。
[0003] 這類級配設(shè)計方法存在下述不足：
[0004] 1、人為擬定的初試級配曲線受限于設(shè)計人員的理論和經(jīng)驗水平，不可避免地帶有 一定的盲目性，經(jīng)驗色彩濃，因而存在所擬定的級配曲線均不符合要求的可能，但還無法預(yù) 知，從而會導(dǎo)致后面不必要的試驗工作。
[0005] 2、馬歇爾擊實或Superpave旋轉(zhuǎn)壓實的瀝青混合料制件過程較為繁瑣，試驗工作 量大，礦料間隙率獲知用時較長，設(shè)計效率低，況且Superpave關(guān)于礦料間隙率換算的經(jīng)驗 公式還存在不準確的情況，因此又存在設(shè)計結(jié)果不正確的可能。
[0006] 3、上述兩方面不足，導(dǎo)致的一個可能情況就是，做了大量試驗，耗費了較長時間， 卻仍未能設(shè)計出合格的級配；而即使設(shè)計出了合格的級配，但也無法保證結(jié)果是最優(yōu)的。
[0007] 鑒于礦料間隙率指標在級配設(shè)計中的重要性及其對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)計原理分析得到，往往是一些平均意義上的規(guī)律性認識，用之來 指導(dǎo)級配設(shè)計時就未必總是可靠，甚至起相反的作用，因而其對級配設(shè)計的指導(dǎo)作用還有 明顯的局限性。
[0008] 綜上所述，目前瀝青混合料級配設(shè)計理論有待于進一步發(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，基于無瀝青的礦料，通過建立礦 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)定粗細料分界粒徑，大于該分界粒徑的各檔粗集料統(tǒng)稱為粗料，小于該 分界粒徑的細集料和填料統(tǒng)稱為細料，將整條礦料級配曲線看作由粗料與細料兩部分組 成；
[0013] 步驟2:通過試驗分別獲取粗料和細料的篩分曲線與合成毛體積相對密度，由下 式計算骨架密實型的分界粒徑的細料含量，即臨界通過率X。：
[0014]
[0015]式中，丫。3為粗料的合成毛體積相對密度，無量綱；yfa為細料的合成毛體積相對 密度，無量綱；為粗料骨架間隙率，以小數(shù)計；vfa為細料的間隙率，以小數(shù)計；
[0016] 步驟3:根據(jù)級配設(shè)計時所擬定的各級配曲線的分界粒徑的通過率x與臨界通過 率X。的對比，判斷級配類型，選用對應(yīng)的公式，進行礦料間隙率的計算；
[0017] 步驟4:對計算的礦料間隙率依據(jù)大小進行排序，從而預(yù)測出各級配瀝青混合料 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形級配 曲線，或依據(jù)最大密度法則所確定；所述細料由各檔細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)驗所確定。
[0019] 步驟2中，所述粗料骨架間隙率U安照振實試驗獲得，所述細料的間隙率vfa按照 不施加外力擊實的松裝試驗獲得。
[0020] 步驟2中，所述粗料中無或有極少細料，所述細料中無或有極少小粒徑粗料。
[0021] 步驟3中，當所述級配曲線的分界粒徑的通過率小于所述臨界通過率時，所述級 配為骨架空隙型結(jié)構(gòu)；當所述級配曲線的分界粒徑的通過率大于所述臨界通過率時，所述 級配為懸浮密實型結(jié)構(gòu)；當級配曲線的分界粒徑的通過率等于臨界通過率時，所述級配為 密實型結(jié)構(gòu)。
[0022] 步驟3中，對于所述骨架空隙型礦料模型的礦料間隙率VMAa，通過下式獲得：
[0023]
[0024] 式中，Y。3為粗料的合成毛體積相對密度，由各檔粗集料的毛體積相對密度計算獲 得，無量綱；x為分界粒徑的通過率，以小數(shù)計。
[0025] 步驟3中，所述骨架空隙型礦料模型的礦料間隙率VMAa，通過下式獲得：
[0026]
[0027] 式中，Ysb(x)為合成礦料的毛體積相對密度，與粗細料摻配質(zhì)量比有關(guān)，為變量， 無量綱。
[0028] 步驟3中，所述骨架密實型礦料模型的礦料間隙率VMAa。，通過下式獲得：
[0029] Yma0=vfaVca
[0030] 式中，vfa為細料的間隙率，以小數(shù)計；V為粗料骨架間隙率，以小數(shù)計。
[0031] 步驟3中，所述懸浮密實型礦料的礦料間隙率VMAa，通過下式獲得：
[0032]
[0033] 步驟3中，所述懸浮密實型礦料的礦料間隙率VMAa，通過下式獲得：
[0034]
[0035] 式中，x為分界粒徑的通過率，以小數(shù)計；vfa為細料的間隙率，以小數(shù)計；Y為粗 料的合成毛體積相對密度，無量綱；7&為細料的合成毛體積相對密度，無量綱。
[0036] 本發(fā)明的有益效果為：
[0037] 針對現(xiàn)行規(guī)范層面級配設(shè)計存在的問題，本發(fā)明通過建立無瀝青礦料的礦料間隙 率物理模型和做少量簡單的試驗，來對擬定的不同級配曲線的礦料間隙率進行預(yù)測，并對 其大小予以排序，實現(xiàn)無需通過馬歇爾擊實或旋轉(zhuǎn)壓實即可預(yù)知不同級配礦料間隙率的大 小關(guān)系，進而較早地篩除那些礦料間隙率較小或不合格的級配曲線。目的是在級配曲線的 擬定階段，就可根據(jù)級配通過率信息和礦料密度信息掌握級配的礦料間隙率大小情況，減 少級配設(shè)計的盲目性和試驗工作量，大大縮短設(shè)計周期，提高設(shè)計效率，并為級配優(yōu)化設(shè)計 提供了可行的理論與技術(shù)支持。
[0038] 我國現(xiàn)行規(guī)范的方法或Superpave體系的方法是通過馬歇爾擊實或旋轉(zhuǎn)壓實制 件測得試件的毛體積相對密度，經(jīng)試驗測得瀝青混合料的最大理論相對密度（我國規(guī)范改 性瀝青通過計算法確定），然后計算獲得初擬級配瀝青混合料試件的礦料間隙率。相對于這 種必須通過較為繁瑣的制件等試驗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 工作量大為減少，無需進行繁瑣的瀝青混合料制件，而僅需進行各級配粗料簡單的振實試 驗、細料的松裝密實試驗及其相對密度與篩分試驗即可，并突出了通過理論計算來預(yù)估不 同級配瀝青混合料的礦料間隙率大小關(guān)系，使級配設(shè)計的原理性更強，效率大為提高。
[0039] 粗集料的振實試驗按照現(xiàn)行集料試驗規(guī)程進行；細料松裝密實試驗采用馬歇爾試 模，無需擊實，但要求細料為干燥狀態(tài)。
【附圖說明】
[0040] 圖1模型構(gòu)建流程圖；
[0041] 圖2根據(jù)模型預(yù)測的礦料間隙率變化趨勢圖；
[0042] 圖3合成礦料堆體積組成示意圖。
【具體實施方式】
[0043] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[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)存在一個適當?shù)拇?、細料分界粒徑，大于該分界粒徑的粗集?統(tǒng)稱為粗料，小于該分界粒徑的細集料和填料統(tǒng)稱為細料。2)設(shè)有粗料和細料兩個料堆， 粗料是由各檔粗集料依據(jù)某個法則（如追求S形級配曲線或最大密度）確定的質(zhì)量比混合 而成的，細料是由細集料和填料按類似的法則或工程經(jīng)驗確定的質(zhì)量比混合而成的；粗料 中無或有極少細料，細料中無或有極少小粒徑粗料。3)當粗料為主時，粗料與細料混合是 粗料顆粒嵌擠形成的骨架間隙被細料顆粒所填充的過程，且填充過程中細料顆粒不對粗料 顆粒的嵌擠方式產(chǎn)生干涉作用，當粗、細料的混合比例變化時，其各自的組成配比不變。4) 在影響壓實瀝青混合料礦料間隙率的諸多因素，如礦料級配、瀝青用量、壓實溫度、壓實工 藝等之中，當壓實溫度、壓實工藝等其他條件相同時，壓實瀝青混合料的礦料間隙率主要取 決于礦料級配，且其大小順序與無瀝青時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為細料的含量，1-x