ATB-30沥青混合料的设计方法

摘要

本发明公开了一种ATB-30沥青混合料的设计方法，采用垂直振动法设计，包括原材料选择及测试、矿料级配的设计、最佳油石比的确定和性能的检验等步骤，经试验验证表明，该方法所设计的沥青混合料，路用性能好、沥青用量少且操作简便，并可节约沥青8%~10%。

主权项

一种ATB‑30沥青混合料的设计方法，其特征在于，该方法采用垂直振动法设计，具体按照以下步骤进行：1)原材料选择及测试从工程实际使用的材料中取代表性样品，对其技术指标进行测试；2)矿料级配的设计根据工程级配设计范围和各组成材料筛分试验资料，计算符合要求级配范围的各组成材料用量比例；3)最佳油石比的确定A、试件的制作根据工程经验预估油石比P_a，并采用垂直振动法分别制作油石比为P_a、P_a±(0.3～0.5)、P_a±(0.6～1.0)的5组试件；试件成型步骤如下：(1)用蘸有适量黄油的棉纱擦拭内径150mm×高度230mm的试模内侧及垫块，并置于100℃烘箱中加热1h；(2)根据粘度曲线确定沥青混合料的拌和温度、压实温度，并按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20‑2011)规定将沥青加热至混合料拌合温度；(3)根据工程经验预估压实后沥青混合料密度ρ_f，则一个试件质量为M＝ρ_f×π×7.5²×9.53；根据各规格集料比例和试件质量M，预估一个试件所需的各规格集料的用量M_k(k＝1，2，3，4，5)，其中，M₁、M₂、M₃、M₄和M₅分别代表19～37.5mm、9.5～19mm、4.75～9.5mm、机制砂和矿粉的质量；(4)称取一份各规格集料的用量为M_k×(1.1～1.2)，k＝1，2，3，4；并将其拌合均匀；称取一份矿粉的用量为M₅×(1.1～1.2)；分别置于规定拌和温度的烘箱中加热4～5h；(5)从烘箱中取出步骤(4)中的混合料置于预热至规定拌和温度的沥青混合料拌和锅内，并拌和；(6)从烘箱中取出加热好的沥青，称取所需的沥青质量m_i，加入步骤(5)中的沥青混合料拌和锅内，开动拌和锅拌和90s；其中，$m_i=(1.1~1.2)\times \underset{k=1}{\overset{5}{\Sigma }}{M}_k\left[\begin{array}{cc}2.7+0.3& (i-1)\end{array}\right]\%,$i是指第i组油石比，i＝1，2，3，4，5；(7)从烘箱中取出已加热好的矿粉，加入步骤(6)中沥青混合料拌和锅内，再次开动拌和锅拌和90s；(8)从沥青混合料拌和锅中取出已拌和好的沥青混合料，并称取1个试件所需混合料用量，放入预热至100℃的金属盘中；(9)从烘箱中取出预热至100℃的试模和垫块，并用蘸有适量黄油的棉纱擦拭试模内侧、垫块及振动锤底面，将垫块装入试模内并垫入一张吸油性小的圆形纸片，要求垫块底部平整，然后将沥青混合料分成等量的两份，将混合料分两层均匀装入试模中，各层沥青混合料周边插捣15～20次、中间10～15次，插捣后将沥青混合料表面整平成凸圆弧面；(10)插入温度计至装好的沥青混合料中心附近，测定沥青混合料温度是否符合《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20‑2011)要求的压实温度；(11)待混合料达到要求的压实温度后，在装好的混合料顶面垫一张吸油性小的圆纸，然后将试模连同垫块固定到振动压实仪上，放下振动锤使其与沥青混合料接触，开启振动压实仪振动压实100±5s；振动压实仪参数配置为：振动频率：37±2Hz、名义振幅：1.4±0.2mm、上车系统重量：1.2±0.2kN、下车系统重量：1.8±0.2kN；(12)振动压实结束后，将试模连同垫块从振动压实仪上取下，取掉试件顶面的圆形纸片，量取试件高度，试件标准高度为95.3±2.5mm，如不符合标准高度要求时，试件作废，并按公式①调整试件混合料质量，并按步骤(8)～(12)重新制备试件直到高度符合标准要求为止；(13)将装有成型试件的试模连同垫块冷却至室温，脱出试件，并取掉试件底面的圆形纸片；(14)重复步骤(7)～(13)，制作6个试件；(15)按步骤(6)～(14)，制作第i组油石比的试件；B、试件物理力学指标的测试测试不同油石比的试件物理力学指标，包括：毛体积密度ρ_f、马歇尔稳定度MS和流值FL，计算其空隙率VV、矿料间隙率VMA、沥青饱和度VFA；C、油石比与物理力学指标关系图的绘制根据试件的物理力学指标测试结果，以油石比为横坐标，以毛体积密度、空隙率、饱和度、稳定度、流值为纵坐标，将试验结果绘制成油石比与各项指标的关系曲线；D、最佳油石比的确定(1)OAC₁的确定根据油石比与各项指标的关系曲线图，取密度最大值、稳定度最大值、规定空隙率范围的中值、规定饱和度范围的中值所对应的油石比为a₁、a₂、a₃、a₄，按以下公式②求取平均值作为最佳油石比初始值OAC₁：OAC₁＝(a₁+a₂+a₃+a₄)/4  ②(2)OAC₂的确定根据垂直振动法设计技术标准，以各项指标均符合技术标准要求的油石比范围OAC_min～OAC_max中值，按以下公式③求取作为最佳油石比初始值OAC₂：OAC₂＝(OAC_min+OAC_max)/2  ③ATB‑30沥青混合料的垂直振动设计技术标准为：试件尺寸：Φ101mm×h95.3mm，VV＝2.5％～4.0％，VFA＝65％～75％，VMA≥10.5％，MS≥22kN，FL通过实测得到；(3)最佳油石比OAC的确定取OAC₁与OAC₂的平均值，按以下公式④求取作为沥青混合料的最佳油石比OAC：OAC＝(OAC₁+OAC₂)/2  ④4)性能的检验对上述确定的配合比按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20‑2011)要求进行高温稳定性能、低温抗裂性能和水稳定性能的检验。