[发明专利]一种沥青稳定再生集料层的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及建筑垃圾再利用技术领域，具体公开了一种沥青稳定再生集料层的设计方法。

技术背景

建筑垃圾是指建(构)筑物建设与拆除、路面建设与翻修、混凝土生产和工程施工等其它状况下产生的固体废弃物。土木工程建设与拆除会产生大量建筑垃圾，我国正处于建设高峰期，每年产生的建筑垃圾达6亿吨，其中废弃的水泥混凝土占60％以上。

再生集料(Recycled Concrete Aggregate,RCA)是指建筑垃圾中的废弃水泥混凝土经分拣、剔筋、破碎、分级后形成的粒径小于40mm的骨料，包括再生粗集料(4.75mm≤粒径＜40mm)和再生细集料(粒径﹤4.75mm)。自二次世界大战结束后，欧美等发达国家相继开展了建筑垃圾路用的研究，主要用于路面基层、路肩和路基，在少数情况下用于面层，美国有超过20个州在公路建设中采用再生骨料。中国各级政府部门鼓励建筑垃圾的资源化利用，全国人大于1995年11月通过了《城市固体垃圾处理》，要求“产生的部门必须交纳垃圾处理费”，但由于各种原因，我国目前仍有巨量的建筑垃圾被直接运往城市郊区露天堆放或简单的填埋，不仅占用了大量的土地，而且会造成严重的环境污染。另一方面，我国大规模的公路建设需要耗用大量石料，路面混合料中90％以上是集料，普遍选用玄武岩、花岗岩、石灰岩等优质集料。随着修筑公路过程中大量使用，高质量集料已被消耗殆尽，使得路面集料供需矛盾日益突出，价格越来越高。因此，利用再生骨料替代天然集料进行路面建设，不仅能缓解天然集料紧缺的情况，同时也有助于解决建筑垃圾的处理问题，可以起到一箭双雕的作用。具有良好的经济效益与社会效益，是目前处理城市化过程中代谢的大量建筑垃圾最为有效的途径。

沥青稳定碎石是我国沥青路面常用的混合料，被广泛应用于沥青路面下面层或柔性基层。传统上，沥青稳定碎石由沥青、天然碎石和矿粉按比例混合而成。采用再生集料部分或全部替代沥青稳定碎石中的天然集料，设计出性能优良的沥青稳定再生集料，不仅能大规模再利用建筑垃圾，而且还能大幅提高建筑垃圾的附加价值。现阶段我国尚没有沥青稳定再生集料的设计方法，在常规的使用方法中往往是按照现行《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的方法进行。与天然沥青稳定碎石相比，再生集料表面存在微裂缝与空隙，吸水率大且粘附性差，又增加了对沥青的吸附量；其次，再生集料含有具备一定活性的硅酸盐，这些活性物质与沥青能发生一定的化学反应；最后，再生集料表面比天然碎石更粗糙、且有很多孔隙，混合料拌和过程中，沥青更易渗透进再生集料表面及内部空隙，进而提高界面强度。以上因素导致沥青稳定再生集料与传统的沥青稳定碎石在粘附性、力学特性、路用性能等方面存在较大差异，如果按照上述方法进行设计，会存在以下问题：(1)沥青路面的材料与结构设计相互脱节，材料的设计没有体现结构组合的性能水平；(2)在确定铺装结构组合后，也没有根据各结构层的性能要求有针对性、有侧重地选择原材料并进行混合料的优化设计，并根据交通量、使用环境等进行有针对性的路用性能检验。由此会导致了沥青路面易产生车辙病害，且耐久性不足。

因此，针对建筑垃圾再生集料本身的技术性质，设计出合理的沥青稳定再生集料的设计方法是正确使用建筑垃圾再生有效途径，有利于建筑垃圾再生集料在公路建设中的推广使用，是消纳城市建筑垃圾的有效途径，并能大幅提高建筑垃圾的附加价值。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种沥青稳定再生集料层的设计方法。该方法步骤简单，针对建筑垃圾再生集料的技术性质展开合理设计，投入成本低且使用操作简便、使用效果好，能有效解决现有的沥青稳定再生集料设计方法不能实现路面结构与材料一体化控制车辙的缺陷。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

一种沥青稳定再生集料层的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，按照《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2006)的设计方法，确定路面结构的各结构层材料与厚度，所述路面结构的结构层包含N个沥青面层，N为自然数；所述N个沥青面层中至少包含上面层和沥青稳定再生集料层；N个沥青面层分别用序号i表示，i＝1，2，...，N，上面层的序号为1，其下各沥青面层的序号依次为2、3…N，设定沥青稳定再生集料层的序号为r，r＞1。

步骤二，根据N个沥青面层的材料与厚度，计算N个沥青面层对应的最大剪应力τ_i，i＝1，2，...，N。

N个沥青面层对应的最大剪应力τ_i的计算，包括以下子步骤：