一種微表處混合料配合比的優化設計方法
2023-06-08 19:15:56 4
一種微表處混合料配合比的優化設計方法
【專利摘要】本發明公開了一種微表處混合料配合比的優化設計方法，包括以下步驟：1）確定最佳礦料級配，同時在礦料級配中增加7mm篩孔；2）提出微表處混合料的初步配方；3）確定微表處混合料的最佳油石比；4）檢驗微表處混合料物理和力學指標；5）檢驗微表處混合料路用性能；6）確定微表處混合料施工配合比。本發明採用集料的堆積密度法，從而得到具有密實骨架結構的微表處混合料，綜合考慮微表處混合料前期和後期的路用性能，得到很好的高溫穩定性和抗滑性能、較高的耐磨耗性能的微表處混合料。本發明提供的設計方法，試驗數據準確可靠，借鑑熱拌瀝青混合料部分試驗方法和技術指標，易於實現，具有非常良好的推廣價值。
【專利說明】一種微表處混合料配合比的優化設計方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於公路浙青路面養護工程【技術領域】，具體涉及一種微表處混合料配合比的優化設計方法。
【背景技術】
[0002]截至2012年底，我國公路網總裡程達到410萬公裡，其中高速公路9.6萬公裡，一個幹支銜接、布局合理、四通八達的全國公路網已初步形成。在已建成(或在建)的高速公路中，浙青路面以其良好的性能倍受青睞，得到了廣泛的應用。但是，方便快捷的運輸方式，使得交通量迅猛增長，並大大超出了原設計交通量，而且車輛重載、超載嚴重，使一些高速公路在建成通車I?3年甚至更短的時間內就出現了車轍、開裂、泛油、坑槽等嚴重的早期病害。因此，雖然浙青路面的設計壽命為15年，但多數浙青路面在運營後短的2?3年，長的8?10年就需要進行大面積的維修和改造。如果浙青路面在沒有破壞前就採取必要的預防性預養護措施，可使路面的使用壽命延長，使養護後的路面有抗滑、耐磨耗及防水等優點。
[0003]在諸多養護技術中，微表處養護技術以其養生和固化期較短，在使用壽命內能保持良好的抗滑性能(高的摩擦係數)，可以填補車轍(尤其是較深的車轍)以及改善路面的行駛功能，具有較高的經濟效益和環保效益等特點，受到了廣大公路部門的青睞。
[0004]目前，微表處己經在我國很多公路養護工程中得到應用。作為一種有效的路面養護技術，微表處混合料的設計方法、性能評價和施工工藝也在逐漸完善，形成了一套的理論體系。但在實際工程應用中仍然存在一些問題，例如微表處混合料在使用過程中抗鬆散性能不足，容易造成石子脫落；新填充車轍的微表處又產生新的車轍；車內噪聲過大；抗裂性能較差；有些路段在開放交通不久後就出現泛油、剝落、車轍等病害。造成這些病害的原因，有施工方面的，更重要的是因為微表處混合料的配合比設計方法系統性不足，尤其是在需要填補車轍的微表處混合料中，必須考慮微表處混合料的抗車轍能力。因此，微表處混合料有必要進行系統的考慮微表處混合料路用性能的配合比優化設計。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於提供一種微表處混合料配合比的優化設計方法，該方法是在進行礦料級配優化的基礎上，考慮路用性能，用於系統地進行微表處混合料配合比設計，有利於更加科學地設計微表處混合料的配合比，從而獲得路用性能優良的微表處混合料。
[0006]為達到上述目的，本發明所在用的技術方案是包括以下步驟:
[0007]包括以下步驟:
[0008]I)按照「堆積密度越大越密實」的原則確定最佳礦料級配，同時在礦料級配中增加7mm篩孔；
[0009]2)初選乳化浙青、填料、水和外加劑用量，根據施工性能試驗，檢驗乳化浙青與石料的配伍性，並結合微表處混合料的技術要求，提出稀漿混合料的初步配方；
[0010]3)通過初期性能試驗,確定微表處混合料的最佳油石比；[0011]4)檢驗微表處混合料物理和力學指標；
[0012]5)檢驗微表處混合料路用性能；
[0013]6)確定微表處混合料施工配合比。
[0014]所述步驟I)中，確定最佳礦料級配以及在礦料級配中增加7_篩孔的具體方法如下:
[0015]1.1)根據微表處礦料級配範圍，找出相鄰篩孔尺寸差值間隔最大的兩個篩孔，分別為篩孔尺寸為4.75mm以及篩孔尺寸為9.5mm的兩個篩孔；
[0016]1.2)增加一個篩孔尺寸為7mm的篩孔，在不改變篩孔尺寸為4.75mm的篩孔的通過率但改變篩孔尺寸為7_的篩孔通過率的條件下測試其骨架特性；然後對混合料進行馬歇爾試驗，確定增加的這個篩孔的通過率；
[0017]1.3)通過正交試驗選出四個關鍵篩孔，這四個關鍵篩孔的尺寸分別為:7mm、4.75mm、2.36mm 和 0.075mm ；
[0018]1.4)對不同級配進行堆積密度試驗；
[0019]1.5)選擇通過量最大的級配方案作為最佳礦料級配。
[0020]所述步驟2)中的施工性能試驗為拌和試驗、破乳時間試驗、粘聚力試驗。
[0021]所述步驟2)中提出稀漿混合料的初步配方的方法具體如下:
[0022]根據當地氣候條件及以往經驗，選取3?5個油石比進行拌和試驗，根據拌和試驗的數據、破乳時間試驗數據以及粘聚力試驗數據初步擬定微表處混合料的配方。
[0023]所述步驟3)中，確定微表處混合料的最佳油石比的具體方法如下:
[0024]對3?5個不同油石比的微表處混合料做溼輪磨耗試驗和負荷車輪粘砂試驗，綜合原路面狀況、當地氣候及交通因素，確定微表處混合料最佳油石比。
[0025]所述步驟4)中的物理和力學指標為空隙率、毛體積密度、穩定度及流值；其中，採用輪輾法成型浙青混合料試件，並且採用分二層來成型試件，待第一層破乳後再成型第二層的方法，然後在成型的車轍板上鑽取芯樣，測芯樣的物理指標。
[0026]所述二次成型車轍板試件的具體方法為:
[0027]首先用輪碾法製作稀漿混合料試件，輪碾法適用於長300mmX寬300mmX厚50mm板塊狀試件的成型；按照二次成型車轍板的方法成型車轍板，首先在試模中鋪一張裁好的紙，使試模的底面及側面均被紙隔離；將拌和好的稀漿混合料用小鏟沿著試模按順序先填補四個角，再裝入試模的中間部分，中部裝入的料要略多於四周的，將試件放置Ih後在車轍試樣成型機上碾壓12個往返；將試模內第一次成型好的表面打毛，再按上述方法將新拌和好的稀漿混合料裝入試模中進行第二次成型，將試件放置Ih後碾壓12個往返；壓實成型後，將盛有壓實試件的試模，在60°C的烘箱中烘乾，不少於48h，然後將試模冷卻至室溫時脫模。
[0028]在路用性能檢驗試驗中，所用到的浙青混合料試件均採用二次成型車轍板方法成型的浙青混合料試件。
[0029]對不同配合比的微表處浙青混合料進行馬歇爾試驗，測定微表處混合料試件的空隙率、毛體積密度、穩定度及流值的大小。
[0030]所述步驟5)中的路用性能試驗為車轍試驗、滲水試驗、摩擦擺值試驗；對不同級配組合的微表處浙青混合料進行車轍試驗、滲水試驗以及摩擦擺值試驗，分別測定微表處混合料的動穩定度、滲水係數以及擺值。
[0031]與現有技術相比，本發明具有以下有益效果:
[0032]本發明採用集料的堆積密度法，從而得到具有密實骨架結構的微表處混合料，綜合考慮微表處混合料前期和後期的路用性能，得到很好的高溫穩定性和抗滑性能、較高的耐磨耗性能的微表處混合料。本發明提供的設計方法，試驗數據準確可靠，借鑑熱拌浙青混合料部分試驗方法和技術指標，易於實現，具有非常良好的推廣價值。
[0033]進一步的，本發明的設計方法不僅通過大量的室內試驗進行了有效驗證，同時已經在實體工程上得到了良好的應用。室內試驗和實體工程均驗證了本發明試驗方法的合理性、可靠性與實用性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0034]圖1為MS-3型微表處級配圖；
[0035]圖2為本發明增加7mm篩孔的MS-3型微表處級配圖；
[0036]圖3為本發明實施例堆積密度試驗結果圖；
[0037]圖4-1為本發明實施例芯樣毛體積密度試驗結果圖；
[0038]圖4-2為本發明實施例芯樣空隙率試驗結果圖；
[0039]圖4-3為本發明實施例芯樣穩定度試驗結果圖；
[0040]圖4-4為本發明實施例芯樣流值試驗結果圖；
[0041]圖5-1為本發明實施例動穩定度試驗結果圖；
[0042]圖5-2為本發明實施例滲水係數試驗結果圖；
[0043]圖5-3為本發明實施例抗滑性試驗結果圖。
【具體實施方式】
[0044]下面結合實施例以及附圖，以MS-3型微表處為例對本發明微表處混合料礦料級配優化設計方法的過程進行具體說明。
[0045]1、按照「堆積密度越大越密實」的原則確定最佳礦料級配。
[0046]1.1常規的規範級配
[0047]國際稀漿封層協會(ISSA)和微表處與稀漿封層施工技術指南所推薦的MS-3型微表處礦料級配範圍和級配中值如表1-1所示，其級配曲線如圖1所示。
[0048]表1-1微表處MS-3型級配範圍要求
[0049]
【權利要求】
1.一種微表處混合料配合比的優化設計方法，其特徵在於，包括以下步驟: O按照「堆積密度越大越密實」的原則確定礦料級配，同時在礦料級配中增加7_篩孔； 2)初選乳化浙青、填料、水和外加劑用量，根據施工性能試驗，檢驗乳化浙青與石料的配伍性，並結合微表處混合料的技術要求，提出稀漿混合料的初步配方； 3)通過初期性能試驗，確定微表處混合料的最佳油石比； 4)檢驗微表處混合料物理和力學指標； 5)檢驗微表處混合料路用性能； 6)確定微表處混合料施工配合比。
2.根據權利要求1所述的微表處混合料配合比的優化設計方法，其特徵在於:所述步驟I)中，確定最佳礦料級配以及在礦料級配中增加7_篩孔的具體方法如下: 1.1)根據微表處礦料級配範圍，找出相鄰篩孔尺寸差值間隔最大的兩個篩孔，分別為篩孔尺寸為4.75mm以及篩孔尺寸為9.5mm的兩個篩孔； 1.2)增加一個篩孔尺寸為7mm的篩孔，在不改變篩孔尺寸為4.75mm的篩孔的通過率但改變篩孔尺寸為7_的篩孔通過率的條件下測試其骨架特性；然後對混合料進行馬歇爾試驗，確定增加的這個篩孔的通過率； 1.3)通過正交試驗選出四個關鍵篩孔，這四個關鍵篩孔的尺寸分別為:7mm、4.75mm、2.36mm 和 0.075mm ；` 1.4)對不同級配進行堆積密度試驗； 1.5)選擇堆積密度最大的級配方案作為最佳礦料級配。
3.根據權利要求1所述的微表處混合料配合比的優化設計方法，其特徵在於:所述步驟2)中的施工性能試驗為拌和試驗、破乳時間試驗、粘聚力試驗。
4.根據權利要求1或2所述的微表處混合料配合比的優化設計方法，其特徵在於:所述步驟2)中提出稀漿混合料的初步配方的方法具體如下: 根據當地氣候條件及以往經驗，選取3~5個油石比進行拌和試驗，根據拌和試驗的數據、破乳時間試驗數據以及粘聚力試驗數據初步擬定微表處混合料的配方。
5.根據權利要求1所述的微表處混合料配合比的優化設計方法，其特徵在於:所述步驟3)中，確定微表處混合料的最佳油石比的具體方法如下: 對3~5個不同油石比的微表處混合料做溼輪磨耗試驗和負荷車輪粘砂試驗，綜合原路面狀況、當地氣候及交通因素，確定微表處混合料最佳油石比。
6.根據權利要求1所述的微表處混合料配合比的優化設計方法，其特徵在於:所述步驟4)中的物理和力學指標為空隙率、毛體積密度、穩定度及流值；其中，採用輪輾法成型浙青混合料試件，並且採用分二層來成型試件，待第一層破乳後再成型第二層的方法，然後在成型的車轍板上鑽取芯樣，測芯樣的物理和力學指標。
7.根據權利要求6所述的微表處混合料配合比的優化設計方法，其特徵在於:所述二次成型車轍板試件的具體方法為: 首先用輪碾法製作稀漿混合料試件，輪碾法適用於長300mmX寬300mmX厚50mm板塊狀試件的成型；按照二次成型車轍板的方法成型車轍板，首先在試模中鋪一張裁好的紙，使試模的底面及側面均被紙隔離；將拌和好的稀漿混合料用小鏟沿著試模按順序先填補四個角，再裝入試模的中間部分，中部裝入的料要略多於四周的，將試件放置Ih後在車轍試樣成型機上碾壓12個往返；將試模內第一次成型好的表面打毛，再按上述方法將新拌和好的稀漿混合料裝入試模中進行第二次成型，將試件放置Ih後碾壓12個往返；壓實成型後，將盛有壓實試件的試模，在60°C的烘箱中烘乾，不少於48h，然後將試模冷卻至室溫時脫模。
8.根據權利要求7所述的微表處混合料配合比的優化設計方法，其特徵在於:在路用性能檢驗試驗中，所用到的浙青混合料試件均採用二次成型車轍板方法成型的浙青混合料試件。
9.根據權利要求8所述的微表處混合料配合比的優化設計方法，其特徵在於:對不同配合比的微表處浙青混合料進行馬歇爾試驗，測定微表處混合料試件的空隙率、毛體積密度、穩定度及流值的大小。
10.根據權利要求1或8所述的微表處混合料配合比的優化設計方法，其特徵在於:所述步驟5)中的路用性能試驗為車轍試驗、滲水試驗、摩擦擺值試驗；對不同級配組合的微表處浙青混合料進行車轍試驗、滲水試驗以及摩擦擺值試驗，分別測定微表處混合料的動穩定度、滲水係數以及擺值 。
【文檔編號】E01C7/18GK103485255SQ201310426166
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月17日 優先權日:2013年9月17日
【發明者】姚愛玲, 何志勇, 支喜蘭, 張久鵬, 何幀貞, 李曉明, 魏峰濤, 李飛 申請人:長安大學