[發明專利]一種基于抗剪性能的瀝青混合料配合比設計方法

有效

• 申請號: 201110259043.8
• 申請日: 2011-09-05
• 公開（公告）號: CN102432229A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 姜祎;于鳳河;王樹敏;董寶彥;孫長國;張愛春;龔永斌;王慶君;李利;姚淑琴;于欣;李強
• 申請（專利權）人: 天津市國騰公路咨詢監理有限公司;天津國銳工程實驗檢測有限公司
• 主分類號: C04B26/26
• 分類號: C04B26/26;E01C7/18
• 代理公司: 天津天麓律師事務所 12212
• 代理人: 王里歌

1.一種基于抗剪性能的瀝青混合料配合比設計方法，其特征在于它包括以下步驟：

(1)確定設計的瀝青混合料所在結構層的最大剪應力，通過路面結構力學分析，得到路面的最大剪應力τ_max：確定路面結構的設計參數，采用彈性層狀體系理論，應用殼牌軟件BISAR3.0計算結構層受到的最大剪應力；

(2)常規目標配合比設計階段，采用Superpave配合比設計方法或馬歇爾配合比設計方法進行瀝青混合料配合比設計，使各項物理力學指標滿足規范即JTG?F40-2004《公路瀝青路面施工技術規范》的要求；

(3)確定步驟(2)中設計的瀝青混合料的抗剪強度，通過三軸剪切試驗得出瀝青混合料的粘聚力c和內摩擦角φ，通過瀝青混合料所在路面結構層的位置，計算路面實際受到的圍壓σ₃，根據公式得出瀝青混合料的抗剪強度；式中：τ_f為瀝青混合料的抗剪強度，單位：kPa；σ₃為圍壓，根據路面的實際荷載情況計算確定，單位：kPa；

(4)確定瀝青混合料的容許剪應力：結構層材料的容許剪應力是路面承受行車荷載反復作用達到臨界破壞狀態時的最大疲勞應力，這一應力較一次荷載作用的剪切強度小，減小的程度同重復荷載次數及路面結構層材料的性質有關，這種關系表示為：式中：τ_R為路面結構層材料的容許剪應力，單位：Mpa；τ_SP為由試驗確定的結構層材料的剪切強度，單位：Mpa；K_S為抗剪強度結構系數；

(5)抗剪性能的驗證：若τ_max≤τ_R，則瀝青混合料的抗剪性能符合設計要求；否則，瀝青混合料的抗剪性能不符合設計要求，通過調整級配和膠結料類型，使最后設計的瀝青混合料滿足抗剪要求。

2.根據權利要求1所述一種基于抗剪性能的瀝青混合料配合比設計方法，其特征在于所述步驟(3)中的三軸剪切試驗的試驗過程為：①成型試件，試件尺寸為直徑為100mm，高為150mm的圓柱體，根據道路交通情況確定圍壓為0kPa、138kPa和276kPa，加載速度7.5mm/min；當軸向壓力出現峰值后，停止試驗；試驗結束后，卸去軸向壓力和圍壓，取出試件，對試件外觀進行描述記錄；各級圍壓的平行試驗不少于3個；

②按公式計算軸向應變ε₁，式中：ε₁為軸向應變，單位：％；Δh為試件壓縮過程中垂直變形，單位：cm；h₀為試件初始高度，單位：cm；

③按公式計算校正后的試件截面積Aa，式中：A_a為試件在壓縮過程中實際截面積，單位：cm³；V₀為試件初始體積，單位：cm³；ΔV為試件在壓縮過程中的體積變化，單位：cm³；

④按公式計算最大主應力σ1，式中：σ₁為最大主應力，單位：kPa；σ₃為側應力，即圍壓，單位：kPa；P為施加的軸向荷載，單位：N；

根據軸向應變-最大主應力曲線圖，將其中最大主應力σ₁的最大值作為試件剪切破壞極限值；

⑤每個圍壓需要進行至少3個平行試驗，取各個試件剪切破壞極限值的平均值作為每個圍壓下混合料的剪切破壞極限值σ_1max；根據公式S=ΣσV×ΣσL-nΣ(σV×σL)(ΣσL)2-nΣσL2,]]>I=ΣσL×Σ(σVσL)-ΣσVΣσL2(ΣσL)2-nΣσL2,]]>c=I2S]]>及計算確定抗剪強度參數C、φ；式中：σ_V為位于直線上某一點的垂直壓力，單位：MPa；σ_L為位于直線上某一點的側壓力，單位：MPa；

在標準荷載作用下，計算已知路面結構的σ₃和σ₁，根據三軸試驗莫爾包絡線示意圖的幾何關系，計算瀝青混合料的剪切強度τ_f，當時，瀝青混合料在一次荷載作用下不會發生剪切破壞；

3.根據權利要求1所述一種基于抗剪性能的瀝青混合料配合比設計方法，其特征在于所述步驟(4)表征結構層材料的抗剪強度因疲勞而降低的抗拉強度結構系數，是根據荷載應力與達到疲勞臨界狀態的荷載作用次數之間的關系的疲勞方程得到的；采用60℃的試驗溫度，10Hz的加載頻率，選取不同混合料類型進行控制應力式疲勞試驗，回歸出瀝青混合料的疲勞方程為：N_f＝171.106×(τ/τ₀)^-3.165，式中：τ為疲勞試驗實際施加的最大剪應力，單位：Mpa；τ₀為極限剪應力，單位：Mpa；N_f為疲勞壽命，單位：次；

室內的疲勞剪切試驗結果與道路上的實際情況有很大區別，需要對室內試驗的結果進行修正和調整，修正時考慮的影響因素如下表：

修正時考慮的影響因素

??影響因素??修正系數??間歇時間的影響??7??裂縫傳播速率的影響??40??輪載橫向分布的影響??0.57??不利季節天數的影響??60

通過和N_f＝171.106×(τ/τ₀)^-3.165推導出：K_S＝0.011N_f^0.316；考慮瀝青混合料的級配和公路等級后得出：K_S＝0.011A_a·N_f^0.316/A_c；式中：A_a為瀝青混合料級配系數，細、中粒式瀝青混凝土為1.0，粗粒式瀝青混凝土為1.1；A_c為公路等級系數，高速公路、一級公路為1.0，二級公路為1.1，三、四級公路為1.2。