[发明专利]一种抗车辙性能的微表处混合料沥青含量的设计方法

说明书

本发明涉及一种抗车辙性能的微表处混合料沥青含量的设计方法，包括以下步骤：1)确定实验用材料；2)通过拌和试验拟定混合料配方；3)分别通过浸水1h湿轮磨耗试验和负荷轮粘砂试验获取最佳乳化沥青用量范围；4)采用轮辙变形试验确定可能的乳化沥青用量；5)根据最佳乳化沥青用量范围以及可能的乳化沥青用量，获得最佳乳化沥青用量，得到微表处混合料的配合比。与现有技术相比，本发明具有准确可靠、易于实现、易于推广等优点。

技术领域

本发明涉及道路工程养护工程技术领域，尤其是涉及一种抗车辙性能的微表处混合料沥青含量的设计方法。

背景技术

微表处是采用机械设备将聚合物改性乳化沥青、粗细集料、填料、水和添加剂等按照设计配比拌和成稀浆混合料摊铺到原路面上，并很快开放交通的具有高抗滑性能、抗磨耗性能、封水性能和耐久性能的薄层。

现有微表处混合料的设计方法主要是针对整幅罩面工况提出的，路用性能的主要考察因素是耐磨耗性能和表面功能。相应的，设计厚度不超过10mm，不存在产生车辙的机制(厚度与集料最大粒径基本一致)，设计中也一般不考虑抵抗车辙的问题。然而，随着高性能聚合物材料和添加剂材料的发展，微表处除了可用于超薄抗滑表层，修复沥青路面的车辙也成为微表处混合料的重要用途和趋势之一，越来越受到广泛的重视和应用。但是，微表处材料一般级配较细，沥青用量较高，当用于车辙填充时使用层厚增大(一般在20mm～40mm之间)，更容易在行车作用下产生剪切推移和车辙变形。目前的设计方法由于没有特别考虑微表处混合料的抗车辙变形能力，常常使得设计的混合料抗剪切能力不足，无法满足使用需要，过早出现车辙和松散等病害模式。此外，目前对于热拌沥青混合料的设计方法也有一个从基于体积指标的设计方法向基于性能的设计方法过渡的趋势，在设计过程中就对材料的路用性能给予客观的评价和筛选，使得设计出的混合料具有更优良的使用性能和寿命。因此，基于优化的抗车辙性能的微表处混合料设计方法是发展趋势，更是目前的迫切需要。

在微表处混合料配合比设计中，最关键的就是确定最佳沥青用量。《微表处和稀浆封层技术指南》规定确定最佳沥青用量的方法为图解法：将初选的3个左右的混合料配方分别变化不同油石比。将不同沥青用量的浸水1h湿轮磨耗试验(WTAT)和负荷轮粘砂试验(LWT)结果绘制成关系曲线。以1hWTAT达到规范上限值540g/m²的沥青用量作为最小油石比P_bmin，LWT达到规范上限值450g/m²的沥青用量作为最大油石比P_bmax，得出油石比的可选择范围P_bmin～P_bmax。根据经验选择这个范围中的某个值作为最佳沥青用量。

但是，这种方法会带来一些问题。一方面，P_bmin～P_bmax的油石比可选范围太宽泛，只能给出沥青用量的大致范围，得不到准确的沥青用量值，比较随意。更重要的是，在室内实验室，对于初选的3个混合料配方，如果所测的1hWTAT和LWT值本身很小，达不到规范的上限值，那么油石比的可选范围P_bmin和P_bmax就有可能取不到。并且，Robati等人研究发现浸水1hWTAT受外加水量的影响很大，一致性很差；而LWT结果同样受到外加水的影响，但一致性明显比WTAT要好，如图3所示。

国内外很多学者均认识到现有微表处设计方法的不足，尝试对现有的微表处设计方法进行了改进。徐剑等人并提出以油膜厚度不变原则，对WTAT实验结果换算得到容许最小乳化沥青用量的微表处设计方法。Shih-Hsien Sam Yang等人基于比表面积理论来选择最佳沥青用量，推荐使用8μm沥青膜厚度，建议利用1hWTAT和LWT的交点作为可能的沥青用量。Robati等人利用改进的粘聚力试验来确定微表处的最佳含水量。但是，目前的研究更多的是关注材料的体积指标、物理特性和实验方法，很少从使用性能角度对微表处材料进行设计和评价。尤为重要的是，至今为止，并没有任何一种设计方法可以确保、优化微表处混合料的抗车辙性能。

发明内容