现代高密实沥青混凝土配制方法及其配合比

摘要

通过对沥青混凝土客观规律的认识，本发明使沥青混凝土学这样一门热敏感材料试验科学开始转变为沥青混凝土“数字技术”科学，使沥青混凝土的很多实验结果通过计算即可先知，减少科技人员劳动，节约试验时间，便于施工控制和质量管理。本发明在不改变现有沥青混凝土施工工艺的情况下，通过对沥青混凝土组成材料配合比例的优化——包括材料重量比例和材料颗粒直径比例的优化，运用发明人发现的现代混凝土学口袋理论，配制出一种降低成本，节约能源，易于施工，便于管理，超长耐久的高性能高密实沥青混凝土。本发明的配制方法简单易学，可操作性强，适应性高，实用性强；计算结果准确可靠，配制沥青混凝土结果先知可控可调，质量均衡，具有很高经济性。

主权项

1. 一种全新的现代高密实沥青混凝土配制方法，其特征在于运用发明人发现的沥青混凝土规律，并按照下列步骤1——步骤8顺序对沥青混凝土进行配制：步骤1. 根据道路所处环境(寒区、温区、热区)、年最低月平均气温、路面设计标准确定沥青混凝土中使用沥青品种；步骤2. 根据现代高密实沥青混凝土填充定则，选择与现代沥青混凝土填充定则相适应的优化的集料颗粒直径范围：粗集料(包括最粗集料、次粗集料、较粗集料)、细集料(包括粗砂、中砂、细砂、特细砂)、矿粉，并确定它们的表观密度；现代高密实沥青混凝土填充定则：沥青混凝土集料中，同颗粒直径集料堆积空隙率取值范围为24％—56％，并且只有大一级集料颗粒直径是小一级材料颗粒直径的2.41倍以上时，小一级集料才能够完全填充到大一级集料形成的空隙中；大一级集料颗粒直径是小一级集料颗粒直径的2.41倍以上是指：沥青混凝土中，颗粒直径相邻两级集料颗粒直径之比大于2.41；即Φn-1/Φn≥2.41，n为任意正整数；大比例集料填充定则：在大比例集料沥青混凝土中，同颗粒直径集料空隙率取值范围24％—34％；并且只有大一级集料颗粒直径是小一级集料颗粒直径6.46倍以上15.6(6.46×2.41)倍以下时，小一级集料才能够填充到大一级集料形成的空隙中并且空隙最小；中比例集料填充定则：在中比例集料沥青混凝土中，同颗粒直径集料空隙率取值范围35％—45％；并且只有大一级集料颗粒直径是小一级集料颗粒直径4.3倍以上10.46(4.37×2.41)倍以下时，小一级集料才能填充到大一级集料的空隙中并且空隙最小；小比例集料填充定则：在小比例集料沥青混凝土中，同颗粒直径集料空隙率取值范围46％—56％；并且只有大一级集料颗粒直径是小一级集料颗粒直径的2.4倍以上5.81(2.41×2.41)倍以下时，小一级集料才能填充到大一级集料的空隙中并且空隙最小；以上适合沥青混凝土配合比设计的集料填充定则发明人称作现代高密实沥青混凝土填充定则；大比例集料填充定则、中比例集料填充定则、小比例集料填充定则可以组合运用；如粗集料间、细集料间运用小比例集料填充定则进行组合，粗集料、细集料、超细集料间运用大比例集料填充定则或者中比例集料填充定则，使集料间比例更合理，粗细集料用量更多，沥青混凝土更经济；——当然，细集料间、细集料与矿粉间也是可以组合运用大比例集料填充定则、中比例集料填充定则、小比例集料填充定则，使沥青混凝土成本进一步降低；步骤3. 确定沥青混凝土集料适用空隙率：(1). 做实验确定计算集料用量选用空隙率：根据集料颗粒直径比例确定采用振动台震动法还是松堆法，做实验确定集料的实际空隙率；在实验基础上增加或者减少适当的空隙率(一般为0—3％)，确定计算集料用量使用空隙率；(2). 根据高密实沥青混凝土配制成功后空隙率2倍确定多级集料均匀拌合压实后的拟留空隙率；步骤4. 确定混凝土组成材料的用量：(1). 运用混凝土最大堆集密度原理，确定配制近单位体积(接近一立方米)沥青混凝土各级集料的用量：在合理重量比例和合理颗粒直径比例情况下，混凝土颗粒直径细一级集料完全填充满或者不完全填充满颗粒直径粗一级集料形成的空隙，使混凝土具有合理空隙率；最大堆集密度原理用公式表达为：D1＝PD1(B-eD1)…………………………………1…1D2＝eD1PD2(1-eD2)……………………………1…2D3＝eD1eD2PD3(1-eD3)………………………1…3D4＝eD1eD2eD3PD4(1-eD4)…………………1…4D5＝eD1eD2eD3eD4PD5(1-eD5)…………………1…5Dn＝eD1eD2eD3……eDn-1PDn(1-eDn)…………1…61—n级集料拌匀压实后的空隙率：e＝eD1eD2eD3……eDn…………………………1…7沥青混凝土集料拟留空隙率是高密实沥青混凝土摊铺碾压后配制空隙率2倍：e拟＝2e砼…………………………………1…8根据高密实沥青混凝土集料拟留空隙率与1—n级集料拌匀压实后的空隙率差，从颗粒直径最细一级开始，通过调整集料用量使集料空隙率等于集料拟留空隙率：D调＝(e拟-e)P调…………………………1…9(2)运用胶集比分配定则和颗粒包裹理论确定沥青用量：胶集比分配定则：沥青混凝土中，起“口袋”作用的产生最大抗压强度的沥青胶凝物和产生抗弯拉强度的起“口袋”填充物“粮食”作用的沥青集料，有大致1∶1的分配比例，这个比例在一定范围内向偏大于胶凝物的比例波动；用公式表达为：C胶≥C集………………………………………1…10所以，沥青混凝土中沥青的总用量：C≥2C胶≥2C集………………………………1…11考虑到沥青混凝土成本应该最低化，沥青用量：VC＝2V胶＝2V集…………………………………1…12颗粒包裹理论：沥青胶结物按照其颗粒直径厚度展开面积，大于或者等于被胶结物(全部集料)的(最大)总表面积的一半；用公式表达为：C胶＝∑A1-n/(6*105)………………………………1…13根据胶集比分配定则和颗粒包裹理论，近单位立方沥青混凝土中，沥青用量：VC≥1000e………………………………………1…14VC≥2Ve砼……………………………………1…15C＝VC PC………………………………………1…16AC胶≥∑A1-n/2……………………………………1…17其中，n＝1；2；3；……；n；n为任意正整数；VC胶＝AC胶/(3*105)…………………………………1…18VC＝VC胶+VC集…………………………………1…19单位立方高密实沥青混凝土中，沥青用量一般在沥青表观密度的0.05倍至0.22倍之间；最优用量在沥青表观密度的0.06倍至0.1倍之间；显然，在沥青混凝土具有最优空隙率3％—5％时，高密实沥青混凝土的沥青最优用量为60—110kg；步骤5. 计算沥青混凝土压实后体积、沥青混凝土容重：沥青混凝土体积为沥青混凝土组成材料表观体积、空气空隙体积之和：V砼＝VD1+VD2+VD3+…+VDn+0.5Ve+VC……1…20沥青混凝土容重：r＝(D1+D2+D3+D4+D5+……+Dn+C)/V砼………1…21式1…1——式1…21中：D1，D2，D3，……，Dn表示颗粒直径由粗到细的1至n级集料及集料重量(重量单位：kg)，并且任意颗粒直径ΦDn-1/ΦDn≮2.41；e，空隙率；eDn，第n级集料Dn的空隙率；e拟，沥青混凝土集料拟留空隙率；砼，高密实沥青混凝土；P，表观密度，单位kg/M3；B，沥青混凝土工作性调整系数，B≤1；胶，起口袋作用的沥青胶凝物；集，起“口袋”填充物作用的沥青集料；调，需要调整的最小一级或者两级集料；∑A1-n，沥青混凝土中所有集料最大总表面积(所有集料表面积之和)，单位M2；C，沥青及沥青重量，单位kg；AC，沥青混凝土中沥青按照其颗粒直径厚度展开总面积，单位M2；V，沥青混凝土组成材料表观密度下体积，单位M3；VDn，集料Dn表观体积；r，沥青混凝土容重.单位kg/M3；步骤6. 根据步骤4和步骤5，确定沥青混凝土近单位体积理论配合比或沥青混凝土单位体积理论配合比；步骤7. 做试件验证沥青混凝土配合比设计；通过对沥青混凝土混合料强度、高温稳定性、水稳定性、抗滑性能的检验，验证沥青混凝土配合比；步骤8. 施工合格的高密实沥青混凝土；通过对沥青混凝土组成材料比例加热拌合运输摊铺碾压，对高密实沥青混凝土进行施工、检验；在混凝土中加入合适表观体积的纤维，可以得到抗弯拉、抗冲击、抗剪、抗疲劳等性能得到极大提高的纤维混凝土；按照以上步骤1——步骤8，可以配制任何颗粒直径级别、空隙率可调可控先知及粗糙程度可以随意调整控制的、任何种类的(包括密级和开级)沥青混凝土，各项试验指标优良；对高密实沥青混凝土，可以配制出AC-5I、AC-10I、AC-13I、AC-16I、AC-20I、AC-25I、AC-30I及AK-13I、AK-161沥青混凝土。