一種適用於不同溫差地區的改性瀝青混合料設計方法與流程
2023-10-20 02:04:02 3
本發明屬於道路工程
技術領域：
，涉及瀝青混合料，尤其涉及一種適用於不同溫差地區改性瀝青混合料的設計方法。
背景技術：
：瀝青路面由於具有良好的平整度、舒適性、低噪音、行車舒適、耐磨、易於維護等優點，廣泛應用於我國高等級公路。然而，瀝青路面極易產生高溫車轍、低溫裂縫等病害，對此至今沒有有效的解決辦法。瀝青路面的低溫、高溫破壞主要與環境溫度、交通荷載以及路面材料與結構有關。我國幅員遼闊，氣候多變，不同地區間差異很大。在東北、新疆、陝西西北部等北方地區，冬夏溫差大，晝夜溫差大，部分地區冬夏溫差可達70℃，冬季晝夜溫差可達20～30℃。夏季瀝青路面易因高溫失穩而產生車轍病害，冬季低溫易引起路面收縮開裂。而在海南、廣東等南方地區，冬夏溫差小，晝夜溫差小，全年普遍高溫，年平均溫度在20℃以上，瀝青路面病害主要以高溫車轍為主，極少出現低溫裂縫。在道路工程研究中，環境溫度是難以控制的因素。對於由路面溫度引起的病害，國內外學者大多採用提高瀝青混合料在特殊環境下路用性能的方法解決，如提出改性瀝青、添加纖維、優化級配等，這些「被動」措施可以緩解部分地區的溫度病害問題，但對於高溫差地區，緩解效果卻不明顯。武漢理工大學胡曙光、丁慶軍等人研製了一種相變瀝青路面材料的製備方法，用於提高瀝青路面高溫穩定性。瀝青路面的高溫穩定性與低溫抗裂性相互矛盾，該相變瀝青路面材料提高了路面高溫穩定性，卻無法保證其低溫抗裂性。在低溫環境下，路面極易開裂破壞。現在對於高溫穩定性與低溫抗裂性的評價大多採用不同材料，不同級配間的定性比較，而缺少定量評價指標。而針對我國不同溫差地區路面溫度病害的差異，沒有與其相對應的瀝青混合料的設計方法。另外，現有瀝青混合料普遍存在著高溫穩定性與低溫抗裂性相矛盾的問題，因此，有必要提供一種新的設計方法，來設計適用於不同溫差地區的改性瀝青混合料。技術實現要素：本發明的目的在於提供一種使用於不同溫差地區的改性瀝青混合料設計方法，旨在解決我國不同地區路面溫度病害存在差異，瀝青混合料高溫穩定性與低溫抗裂性相矛盾的問題。為解決上述問題，本發明提供了如下的技術方案:一種適用於不同溫差地區的改性瀝青混合料設計方法，具體步驟如下：(1)確定溫度變化範圍；(2)根據工程要求選擇瀝青混合料的種類；(3)原材料的選擇及測試：a.複合定形相變材料的製備及測試：①.相變材料及載體的選擇結合瀝青混合料的及實際路面溫度確定相變材料的溫度變化範圍，在滿足較高的相變潛熱條件下合理選擇相變材料，並根據所選相變材料確定相對應的載體。②.定形相變材料的製備將①中所選材料採用真空浸漬法，通過封裝工藝製備成定形相變材料。③.定形相變材料的性能測試將②製得的樣品通過綜合熱分析物熱特性，確定相變潛熱、相變溫度等性能。b.改性瀝青的篩選：根據地區路面低溫抗裂性的要求，選擇經濟合適的改性瀝青並對其技術性指標進行測試。c.基質瀝青、粗集料、細集料及礦粉的選擇：選擇工程中常用的材料，並對其技術性質進行測試。(4)礦料的級配設計；根據所選瀝青混合料種類，查找相關工程級配設計範圍和各組成材料篩分試驗資料，通過計算得到符合要求的各組成材料用量，其中用定形相變材料按最佳摻配比代替部分細集料。(5)油石比的確定；通過馬歇爾試驗確定瀝青混合料的油石比。(6)製備改性瀝青混合料；(7)降溫、路用性能檢驗；根據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(jtge20-2011)檢測改性瀝青混合料的性能，進行浸水馬歇爾實驗、車轍實驗、低溫彎曲實驗，並分析其降溫性能與路用性能，確定降溫區間。(8)測定「熱變點」和「冷變點」；通過不同溫度下的車轍實驗和低溫彎曲實驗，分別建立車轍動穩定度與溫度的曲線關係和應變能密度臨界值與溫度的曲線關係，找到改性瀝青混合料路用性能突變的「熱變點」和「冷變點」。其中，「熱變點」和「冷變點」分別指的是一個高溫抗變形和低溫抗變形的臨界溫度，當路面超過或低於這個溫度時，改性瀝青混合料的動穩定度或應變能密度臨界值發生急劇下降，其各項路用性能將隨之急劇降低。(9)將「冷變點」與地區最低溫度比較，若「冷變點」低於最低溫度，則進行下一步；否則，重複步驟(2)～(8)；(10)將(3)中測得的定形相變材料的相變溫度與「熱變點」比較，若低於「熱變點」，則進行下一步；否則，重複步驟(2)～(9)；(11)根據步驟(7)得到改性瀝青混合料的降溫區間，與地區年最高氣溫之差為路面最高氣溫變化區間，若該區間最高溫度低於「熱變點」，則選用該改性瀝青混合料；否則，重複步驟(2)～(10)。本發明提供的一種適用於不同溫差地區的改性瀝青混合料設計方法，可以有效解決我國不同同地區路面溫度病害的差異性問題，為評價高溫穩定性與低溫抗裂性提供定量指標，並開發出既能改善高溫下路用性能又能增強其低溫抗裂性的改性瀝青混合料。本發明的廣泛應用將顯著提升瀝青路面的設計水平與使用壽命，對提高公路建設質量和服役水平具有重要的工程實踐價值。具體實施方式為了使本發明的技術方案更加清楚明白，下面結合具體實例對本發明作進一步地具體詳細描述，但本發明的實施方式不限於此。具體按照以下步驟進行：1.確定溫度變化範圍確定高溫上限為50℃，低溫下限為-10℃，即溫度研究範圍為-10℃～50℃。2.選擇瀝青混合料的種類採用ac-16瀝青混合料。3.原材料的選擇及測試(1)定形相變材料的製備及測試本實例選用peg4000作為相變材料，膨脹珍珠巖為載體，採用真空浸漬法，通過封裝工藝製備定形相變材料，通過綜合熱分析得到定形相變材料的相變溫度50.3℃，相變潛熱為153j/g。(2)改性瀝青的篩選因低溫下限為-10℃，要求改性瀝青低溫抗裂性要較好且經濟實惠，因此，選用硅藻土作為改性劑，其含量為瀝青質量的2％，具體技術性質試驗結果見表1。表1：硅藻土改性瀝青技術性質(3)基質瀝青、粗集料、細集料及礦粉的選擇採用國產70#瀝青，石灰巖碎石、機制砂、石灰巖礦粉，其技術性質試驗成果見表2～表5表2：基質瀝青的技術性質表3：粗集料的技術性質表4：細集料的技術性質表觀密度(g/cm3)堅固性(％)含泥量(％)砂當量(％)亞甲藍值(g/kg)稜角性(s)2.7226.8775.09.933.2表5：礦粉的技術性質表觀密度(g/cm3)含水量(％)親水係數加熱安定性2.6770.30.85加熱前後沒有明顯變化4.礦料的級配設計集料的合成級配見表6，各規格集料的用量比例見表7表6：集料的合成級配表7:各規格集料的用量比例集料尺寸(mm)9.5～194.75～9.52.36～4.75機制砂定形相變材料礦粉百分比(％)28251622545.油石比的確定通過修正馬歇爾實驗，確定最佳油石比為5.3％。6.製備改性瀝青混合料採用國產70#基質瀝青作為原材料進行瀝青改性，以硅藻土為改性劑，選用合適的相容劑和其它助劑，添加peg4000定形相變材料，製備改性瀝青混合料。7.降溫性能、路用性能檢驗用浸水馬歇爾試驗測試混合料的水穩定性，車轍試驗測試混合料的高溫穩穩定性，低溫彎曲試驗測試混合料的低溫抗裂性能，其中車轍試驗和低溫彎曲試驗以溫度為變量進行多組實驗，分析其降溫性能和路用性能。測試得到其殘留穩定度為100.4％，降溫區間是4～6℃，不同溫度下的車轍試驗和低溫彎曲試驗的結果見表8～表9。表8：不同溫度下的車轍試驗結果溫度(℃)45505557606570動穩定度(次/mm)120001000080004000200015001000表9:不同溫度下低溫彎曲試驗結果溫度(℃)0-5-8-10-12-15-20應變能密度臨界值(kj/m3)30272522201058.測定「熱變點」和「冷變點」分別建立車轍動穩定度與溫度的曲線關係和應變能密度臨界值與溫度的曲線關係，找到改性瀝青混合料路用性能突變的「熱變點」和「冷變點」，分別是55℃和-12℃。9.「冷變點」是-12℃，小於低溫下限-10℃，滿足要求，進行下一步。10.「熱變點」是55℃，高於定形相變材料的相變溫度50.3℃，符合要求，進行下一步。(11)根據步驟7得到改性瀝青混合料的降溫區間是5℃～10℃，與地區年最高氣溫之差所得路面最高氣溫變化區間是40℃～45℃，該區間最高溫度低於「熱變點」，可以選用該改性瀝青混合料。以上內容是結合具體的實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，本發明不限於該實施例，對於本發明所屬
技術領域：
的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應屬於本發明所的保護範圍。當前第1頁12