[发明专利]一种基于组成机理的排水沥青混合料优化设计方法

说明书

一种基于组成机理的排水沥青混合料优化设计方法，包括：(1)设定目标空隙率，进行级配试配；(2)根据所使用高粘沥青种类和公称最大粒径，选定相应的沥青膜厚度，预估沥青用量；(3)检验骨架结构，根据适用于排水沥青混合料的级配骨架理论，依次检验各初选级配的局部骨架和全局骨架，确定级配粗集料部分；(4)检验空隙结构，成型马歇尔试件，根据不同公称最大粒径PAC的有效空隙占比要求，依次检验空隙率、有效空隙占比，确定优选级配；(5)确定最佳油石比，检验沥青裹附；(6)进行性能试验，验证路用性能。本发明将各设计环节与各关键性能相对应，可针对性地进行优化调整，在保证排水沥青混合料设计质量的同时，节省试验时间与耗材。

技术领域

本发明涉及道路工程技术领域，具体涉及一种基于组成机理的排水沥青混合料优化设计方法。

背景技术

排水沥青路面是一种高空隙率的多孔沥青路面，其内部发达的连通孔隙可将雨天降水及时下渗至路面内部并侧向排出，减小路表水膜厚度，避免行驶车辆发生水漂、产生水雾，极大提升雨天行车的安全性与舒适性。但是一方面，排水沥青路面存在有承载能力与排水能力之间矛盾的核心难点，同时还必须考虑造价高昂的问题，应在满足各项功能的同时尽量节约成本，在设计过程中需要综合考虑多方因素。另一方面，排水沥青混合料的组成机理尚不明确、设计多依赖于经验，导致实际应用中路用性能与排水功能无法得到兼顾、耐久性不足等问题。传统配合比设计方法的效率偏低、试验耗材较大、针对性不强，因此需要有一套更加完善的配合比设计方法，从排水沥青混合料的三大组成机理出发，使其能够将各设计环节与各关键性能相对应，可在设计阶段有针对性地对配合比进行优化调整，节省试验时间与耗材，避免盲目反复调整配合比、成型试件与试验。

发明内容

针对以上问题，本发明提出一种基于组成机理的排水沥青混合料优化设计方法，解决当前排水沥青混合料设计多依赖于经验，传统配合比设计方法效率偏低、试验耗材较大、针对性不强的问题，将各设计环节与各关键性能相对应，可针对性地进行配合比优化调整，在保证排水沥青混合料设计质量的同时，节省试验时间与耗材。

本发明提供一种基于组成机理的排水沥青混合料优化设计方法，包括如下步骤：

(1)设定目标空隙率，进行级配试配：参考规范中给出的级配范围以及过往工程的同类级配，根据现有各档集料的筛分数据，在级配范围内试配3组不同2.36mm通过率的矿料级配作为初选级配；

(2)选定沥青膜厚，预估沥青用量：根据所使用高粘沥青种类和公称最大粒径，选定相应的沥青膜厚度，结合集料比表面积预估公式与沥青密度预估沥青用量；

(3)检验骨架结构：根据适用于排水沥青混合料的级配骨架理论，依次检验各初选级配的局部骨架和全局骨架，当级配不符合骨架理论时，调整级配粗集料部分并重新进行计算检验，确定初选级配的粗集料部分；

(4)检验空隙结构：按初选级配分别成型3组马歇尔试件，每组试件不少于4个，根据不同公称最大粒径PAC的有效空隙占比要求，依次检验空隙率、有效空隙占比、马歇尔稳定度，选择空隙结构最佳的一组级配作为优选级配，或当所有初选级配空隙结构均不满足要求时，调整级配细集料部分并重新成型试件检验，确定最终的优选级配；

(5)确定最佳油石比，检验沥青裹附：在优选级配下，以预估沥青用量为中值，上下以0.5％为间隔各取两种沥青用量，分别成型五种沥青用量下的试件，进行飞散与析漏试验，绘图寻找拐点，确定最佳油石比；同时检验最佳油石比下的骨架结构与空隙结构，若当前沥青用量对骨架与空隙有较大影响，应考虑调整沥青用量或更换沥青；

(6)进行性能试验，验证路用性能。

作为本发明进一步改进，所述步骤(1)中，所述目标空隙率对于PAC-10、PAC-13而言通常设定为20％；对于PAC-16、PAC-20而言可提高至22％，由于中粒式的PAC一般被用于双层排水沥青路面的下面层，故高空隙率可以最大化双层排水结构的排水效率。