[发明专利]一种基于性能需求的组装式沥青混合料配合比确定方法

说明书

本发明涉及一种基于性能需求的组装式沥青混合料配合比确定方法，属于道路工程建设技术领域，解决了现有技术中经验因素主导的配合比确定方法中沥青混合料性能不可控的问题。该组装式沥青混合料配合比确定方法包括步骤一：基于性能需求确定设计的目标参数；步骤二：设计沥青胶砂；步骤三：设计并组装混合料试件；步骤四：检验混合料试件的性能，确定混合料的最终配合比。本发明的配合比确定方法实现了沥青混合料设计的科学化和性能定制化。

技术领域

本发明涉及道路工程建设技术领域，尤其涉及一种基于性能需求的组装式沥青混合料配合比确定方法。

背景技术

沥青混合料由矿料与沥青结合料按照一定的比例混合组成，这种比例的确定需要通过专业的设计手段，并通过试验来检验其是否满足工程需要，设计与试验的过程即沥青混合料的配合比设计，最终结果是确定矿料的掺配比例、合成级配及满足工程需要的沥青用量。配合比设计对沥青混合料质量具有关键影响，因此，不管是国内还是国外，公路工程领域对这一项工作都十分重视，并耗费大量的精力与经费开展研究与试验工作。

目前，国内外具有代表性的沥青混合料配合比设计方法有马歇尔法(Marshall)、美国公路战略研究计划(SHRP)Superpave设计法、美国工程兵团旋转压实仪GTM(GyratoryTesting Machine)设计法。其中，马歇尔设计法是我国应用最多、最广泛的一种配合比设计方法，Superpave设计法与GTM设计法在国内也有大量应用。三种方法有相似之处，但也有明显不同。

在设计步骤上，三种方法的第一步都是根据工程需要选择合适的原材料，包括沥青和石料；然后测定原材料的技术指标，如石料的密度、单档级配等；第三步根据设计级配类型和原材料实际情况，计算确定混合料的矿料级配，其中Superpave方法确定三种初试级配，马歇尔与GTM方法均只确定一种级配；然后根据经验确定初试沥青用量，成型试件，其中马歇尔方法采用重力击实成型，Superpave与GTM均采用旋转压实的方式成型试件。之后的步骤，在确定沥青用量及最终配合比方面，三种方法明显不同。

马歇尔方法首先成型不同沥青用量的试件，测试并计算其各项体积参数(密度、空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度)与马歇尔稳定度和流值，综合确定最佳沥青用量，然后再通过各项混合料试验，验证采用最佳沥青用量的混合料是否满足性能需求，均满足则确定了最终配合比，不满足则需要继续调整级配或沥青用量。Superpave方法针对三种不同级配分别估算其沥青用量，然后根据确定旋转压实次数下混合料的压实性能及混合料的体积特性(空隙率、矿料间隙率等)，综合确定一种矿料级配作为设计矿料级配，然后采用设计矿料级配进行不同沥青用量的混合料旋转压实试验，再次评价混合料的体积特性与压实特性，综合确定最佳沥青用量；最后根据交通量等级的不同，进行不同水平的混合料性能验证试验，交通量越大，进行的混合料试验项目越多。GTM方法一般在设计压强下采用确定的矿料级配进行三个不同沥青用量的旋转压实试验，根据平衡状态时沥青用量与旋转稳定值GSI、旋转剪切系数GSF的关系曲线，按照GSI≤1.05且GSF≥1.3的技术要求确定沥青用量范围，并综合考虑气候环境条件及交通量情况，确定最终采用的沥青用量。GTM方法中没有混合料的性能验证试验，但国内目前的做法是，在GTM确定配合比后，按照马歇尔方法对混合料进行各项性能的检验。

显然，以上三种沥青混合料配合比设计方法各有不同，但仍然可归纳为相同的三个步骤，第一步是确定矿料级配，第二步确定沥青用量，第三步进行混合料性能检验。根据目前的应用情况，这三种方法都可以设计出质量优良的沥青混合料。但这些方法在进行沥青混合料配合比设计时仍存在如下不足之处：

(1)设计过程缺乏对混合料性能指标的针对性，仅限于混合料性能满足规范或特定需求，因此，所设计的混合料与路面实际使用效果关联性不强，室内性能满足要求而使用中仍可能出问题。

(2)对沥青混合料各组成成分没有明确的功能划分，对混合料的性能无法预判，设计过程存在一定盲目性与滞后性，往往需要反复调整才能获得满足要求的混合料，造成试验工作量大。