CN108645735A - 一种沥青混合料均匀性的评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种沥青混合料均匀性的评价方法。所述方法包括：选择沥青混合料的集配和油石比，称量集料和沥青，并打成标准马歇尔试件，室温下养护后脱模；以级配中最大粒径为边长画出网格；用切割机切出以网格划分好的立方体单元，并去掉非标准体单元的部分；清洗好每一个沥青混合料的立方体单元，并在烘箱中烘干；用表干法和回弹仪分别测出每一个沥青混合料的立方体单元的表观相对密度和回弹强度特征值；将每一个沥青混合料的立方体单元的表观相对密度和回弹强度特征值与标准马歇尔试件的平均密度和平均刚度进行比较，建立三个评价指标评价沥青混合料均匀性。本发明过程简单，易操作，容易推广使用，具有非常广阔的应用前景。

Description

一种沥青混合料均匀性的评价方法

技术领域

本发明属于道路工程领域，具体涉及一种沥青混合料均匀性的评价方法。

背景技术

沥青混合料的均匀性对沥青路面的影响是巨大的，粗细集料、矿粉和沥青的不均匀分布会直接影响到沥青路面的使用寿命。由于沥青混合料的不均匀分布，导致成型后的沥青路面各处的弹性模量和密度分布差异性很大，不仅在摊铺的时候容易造成离析，而且在车辆荷载的作用下，容易造成水损害，包括松散、剥落、坑槽或唧浆。

在已有的研究成果中，沥青混合料的均匀性采用测沥青混合料试件的静距、测沥青混合料试件各处的受力情况，以及采用CT扫描技术和伪三维重构技术，画出沥青混合料试件内部的分布情况，最后通过直观的观察来评价沥青混合料分布的均匀性。

沥青混合料是一种多相材料，粗细集料、矿粉具有不同的密度，集料和沥青具有不同的相，集料是固相，沥青在高温下呈液相。在已有的研究成果中，没有很好地分析多组分混合料物质均匀性的定义，也没有建立评价沥青混合料均匀性的指标，因此，对沥青混合料均匀性的评价有失偏颇。

发明内容

本发明的目的在于提供一种沥青混合料均匀性的评价方法，实验过程简单，易操作，容易推广使用，具有非常广阔的应用前景。

本发明技术方案：

一种沥青混合料均匀性的评价方法，所述方法包括以下步骤：

1)选择沥青混合料的集配和油石比，称量集料和沥青，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTG E20-2011)》上的要求拌好混合料，并打成标准马歇尔试件(φ101.6×63.5mm)，室温下养护后脱模；

2)以级配中最大粒径为边长画出网格；

3)用切割机切出以网格划分好的立方体单元，并去掉非标准体单元的部分；

4)清洗好每一个沥青混合料的立方体单元，并在烘箱中烘干；

5)用表干法和回弹仪分别测出每一个沥青混合料的立方体单元的表观相对密度和回弹强度特征值；

6)将每一个沥青混合料的立方体单元的表观相对密度和回弹强度特征值与标准马歇尔试件的平均密度和平均刚度进行比较，建立三个评价指标评价沥青混合料均匀性。

优选地，所述步骤1)室温为15-25℃，养护8-24h后脱模。

优选地，所述步骤)烘干条件为烘干的温度为40-50℃，烘干时间为4-8h。

优选地，所述评价方法包括以下计算公式：

体单元(Body unit)：

式中：V_bui—第i个体单元体积(cm³)；

l_mpsi—第i个体单元边长(cm)。

体单元弹性模量(Body unit modulus of elasticity)：

式中：E_bui—第i个体单元弹性模量(Mpa)；

F_i—第i个体单元上回弹特征值；

α—第i个体单元角度修正系数，0-0.176；

β—接触面修正系数，取值范围为0.05-0.1。

体单元密度(Body unit density)：

采用表干法测出每个体单元的烘干质量(m_a)、水中质量(m_w)、表干质量(m_f)，采用式(3)计算出每个体单元的毛体积相对密度。

式中：γ_bi——第i个体单元毛体积相对密度；

m_ai——第i个体单元烘干质量(g)；

m_wi——第i个体单元水中质量(g)；

m_fi——第i个体单元表干质量(g)。

试件平均弹性模量(Specimen average elastic modulus)：

式中：E_osd——试件平均弹性模量(Mpa)；

n——试件被划分成的体单元个数。

试件整体毛体积相对密度(Overall specimen density)：

式中：γ_osd——试件整体毛体积相对密度；

n——试件被划分成的体单元个数。

进一步优选地，包括以下三个评价指标：

1)刚度均匀性评价(Stiffness uniformity)：

E_su＝[1-(maxE_bui-minE_bui)/E_osd]×100 (6)

式中：E_su——沥青混合料刚度均匀性评价得分；

maxE_bui——最大体单元弹性模量(Mpa)；

minE_bui——最小体单元弹性模量(Mpa)；

E_osd——试件平均弹性模量(Mpa)；

n——试件被划分成的体单元个数。

刚度均匀性E_su的值间与(0,100)之间，值越大说明沥青混合料的刚度均匀性越好。

2)质量分布均匀性评价(Mass distribution uniformity)：

γ_mdu＝[1-(maxγ_bi-minγ_bi)/γ_osd]×100 (7)

式中：γ_mdu——沥青混合料质量分布均匀性评价得分；

maxγ_bi——最大体单元毛体积相对密度；

minγ_bi——最小体单元毛体积相对密度；

γ_osd——试件整体毛体积相对密度；

n——试件被划分成的体单元个数。

同理，质量分布均匀性γ_mdu的值间与(0,100)之间，值越大说明沥青混合料的质量分布均匀性越好。

3)组成成分均匀性评价(Composition uniformity)：

关于沥青混合料组成成分均匀性的评价，按照规范《标准物质常用术语和定义(JJF 1005-2005)》中的叙述，沥青混合料单元体中必须包含所有的组成成分，才是组成成分均匀。

更进一步优选地，均匀性评价等级划分结果如下：

1)对于沥青混合料，刚度均匀性和质量分布均匀性各自大于等于80％，才认为该沥青混合料的刚度和质量分布均匀性是合格的，只要有一个指标不合格，就认为该沥青混合料不均匀。

2)对于刚度和质量分布均匀性是合格的沥青混合料，取两个评价指标的平均值作为该沥青混合料最终的均匀性评价得分，评价得分在[80,85),均匀性一般；评价得分在[85,90),均匀性良好；评价得分在[90，100),均匀性优秀。

本发明有益效果如下：

1、在本发明中，沥青混合料包含粗集料、细集料、矿粉和沥青四种组成成分，并采取了以沥青混合料最大粒径为边长，划分出沥青混合料的体单元。这样就保证了每个体单元中一定能包含粗集料、细集料、矿粉和沥青四种组成成分，因此，每个沥青混合料体单元组成成分一定是均匀的，那么这个沥青混合料试件的组成成分也一定是均匀的。

2、根据组成成分均匀性的评价，沥青混合料的组成成分一定是均匀的，那么一种沥青混合料均匀性的评价就看刚度均匀性评价和质量分布均匀性评价两个评价指标。本发明根据施工现场经验，建立刚度均匀性评价和质量分布均匀性评价指标的等级。

3、针对沥青混合料这种多组分的材料，根据规范JJF 1005-2005和材料力学给出了明确的均匀性定义。解决了当前沥青混合料均匀性评价定义不清晰的问题。

4、给出了沥青混合料均匀性评价的具体指标，清晰地定义了沥青混合料的均匀性，明确地给出评价指标体系，定量地给出了评价结果(计算公式)，包括组分成分均匀、质量分布均匀、刚度均匀。并给出了明确的均匀性评价公式，计算均匀性得分。

5、本文发明的沥青混合料均匀性评价方法，实验过程简单，易操作，容易推广使用，具有非常广阔的应用前景。

6、从技术手段看，相比数字图像采集技术，本方法比较容易实现，操作简便，而且成本很低，但评价的结果很全面。

附图说明

图1为实施例1沥青混合料拌料图

图2为实施例1沥青混合料试件划分网格图

图3为实施例1手持式回弹测试仪图

图4为实施例1沥青混合料试件各层单元块测试模量图

图5为实施例1沥青混合料试件各层单元块测试密度图

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本次试验选用沥青混合料采用AC-13级配，使用过程如图1-3所示，级配如表1所示，沥青采用普通石油沥青，

表1 AC-13级配

沥青用量为4.3％，集料采用石灰岩，回弹模量测试在20℃下进行。各层单元块的回弹模量和密度如图4-5所示。

结论：

该沥青混合料刚度均匀性和质量分布均匀性评价得分均大于90分，综合得分为91.258，因此，该沥青混合料的均匀性等级为优，评价得分如表2所示。

表2为一种沥青混合料试件的评价得分表

由表2可知：该沥青混合料的平均弹性模量和平均密度分布为第一层和第二层偏小，第三层和第四层偏大，该现象符合沥青混合料路面经过碾压后的一般规律。此外，从回弹强度特征值评价和密度评价来看，中间两层较稳定，而表层和地层的变异性较大，但综合评价得分超过90分。因此，该沥青混合料的均匀性评价等级为优。

Claims (6)

1.一种沥青混合料均匀性的评价方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

1)选择沥青混合料的集配和油石比，称量集料和沥青，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTG E20-2011)》上的要求拌好混合料，并打成标准马歇尔试件(φ101.6×63.5mm)，室温下养护后脱模；

2)以级配中最大粒径为边长画出网格；

3)用切割机切出以网格划分好的立方体单元，并去掉非标准体单元的部分；

4)清洗好每一个沥青混合料的立方体单元，并在烘箱中烘干；

5)用表干法和回弹仪分别测出每一个沥青混合料的立方体单元的表观相对密度和回弹强度特征值，；

6)将每一个沥青混合料的立方体单元的表观相对密度和回弹强度特征值计算出标准马歇尔试件的平均密度和平均刚度，以体单元的大小来控制单元体内部的组成成分；

7)建立质量分布均匀性、刚度均匀和组成成分均匀三个评价指标评价沥青混合料均匀性。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1)室温为15-25℃，养护8-24h后脱模。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤)烘干条件为烘干的温度为40-50℃，烘干时间为4-8h。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述评价方法包括以下计算公式：体单元(Body unit)：

式中：V_bui—第i个体单元体积(cm³)；

l_mpsi—第i个体单元边长(cm)。

体单元弹性模量(Body unit modulus of elasticity)：

式中：E_bui—第i个体单元弹性模量(Mpa)；

F_i—第i个体单元上回弹特征值；

α—第i个体单元角度修正系数，0-0.176；

β—接触面修正系数，取值范围为0.05-0.1。

体单元密度(Body unit density)：

采用表干法测出每个体单元的烘干质量(m_a)、水中质量(m_w)、表干质量(m_f)，采用式(3)计算出每个体单元的毛体积相对密度。

式中：γ_bi——第i个体单元毛体积相对密度；

m_ai——第i个体单元烘干质量(g)；

m_wi——第i个体单元水中质量(g)；

m_fi——第i个体单元表干质量(g)。

试件平均弹性模量(Specimen average elastic modulus)：

式中：E_osd——试件平均弹性模量(Mpa)；

n——试件被划分成的体单元个数。

试件整体毛体积相对密度(Overall specimen density)：

式中：γ_osd——试件整体毛体积相对密度；

n——试件被划分成的体单元个数。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，包括以下三个评价指标：

1)刚度均匀性评价(Stiffness uniformity)：

E_su＝[1-(maxE_bui-minE_bui)/E_osd]×100 (6)

式中：E_su——沥青混合料刚度均匀性评价得分；

maxE_bui——最大体单元弹性模量(Mpa)；

minE_bui——最小体单元弹性模量(Mpa)；

E_osd——试件平均弹性模量(Mpa)；

n——试件被划分成的体单元个数。

刚度均匀性E_su的值间与(0,100)之间，值越大说明沥青混合料的刚度均匀性越好。

2)质量分布均匀性评价(Mass distribution uniformity)：

γ_mdu＝[1-(maxγ_bi-minγ_bi)/γ_osd]×100 (7)

式中：γ_mdu——沥青混合料质量分布均匀性评价得分；

maxγ_bi——最大体单元毛体积相对密度；

minγ_bi——最小体单元毛体积相对密度；

γ_osd——试件整体毛体积相对密度；

n——试件被划分成的体单元个数。

同理，质量分布均匀性γ_mdu的值间与(0,100)之间，值越大说明沥青混合料的质量分布均匀性越好。

3)组成成分均匀性评价(Composition uniformity)：

关于沥青混合料组成成分均匀性的评价，按照规范《标准物质常用术语和定义(JJF1005-2005)》中的叙述，沥青混合料单元体中必须包含所有的组成成分，才是组成成分均匀。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，均匀性评价等级划分结果如下：

1)对于沥青混合料，刚度均匀性和质量分布均匀性各自大于等于80％，才认为该沥青混合料的刚度和质量分布均匀性是合格的，只要有一个指标不合格，就认为该沥青混合料不均匀。

2)对于刚度和质量分布均匀性是合格的沥青混合料，取两个评价指标的平均值作为该沥青混合料最终的均匀性评价得分，评价得分在[80,85),均匀性一般；评价得分在[85,90),均匀性良好；评价得分在[90，100),均匀性优秀。