[發(fā)明專利]一種基于抗剪性能的瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110259043.8
• 申請(qǐng)日: 2011-09-05
• 公開（公告）號(hào): CN102432229A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姜祎;于鳳河;王樹敏;董寶彥;孫長(zhǎng)國(guó);張愛春;龔永斌;王慶君;李利;姚淑琴;于欣;李強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津市國(guó)騰公路咨詢監(jiān)理有限公司;天津國(guó)銳工程實(shí)驗(yàn)檢測(cè)有限公司
• 主分類號(hào): C04B26/26
• 分類號(hào): C04B26/26;E01C7/18
• 代理公司: 天津天麓律師事務(wù)所 12212
• 代理人: 王里歌

(一)技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)方法，尤其是一種基于抗剪性能的瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)方法。

(二)背景技術(shù)：

車轍是瀝青路面主要損壞類型之一，瀝青混合料需要具有良好的抗車轍能力以滿足車輛荷載對(duì)路面結(jié)構(gòu)剪應(yīng)力的影響。《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG?D50-2006)對(duì)于路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)指標(biāo)仍局限于路表回彈彎沉值和各結(jié)構(gòu)層的層底拉應(yīng)力，沒有將剪應(yīng)力作為設(shè)計(jì)指標(biāo)，應(yīng)用于路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，只是在混合料設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)不同的氣候分區(qū)和瀝青類型提出了動(dòng)穩(wěn)定度值，這個(gè)指標(biāo)在一定程度上反應(yīng)了瀝青混合料的抗剪能力，但沒有將混合料的剪切性能同結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)聯(lián)系在一起，不能有效的控制不同路面結(jié)構(gòu)下瀝青層的剪應(yīng)力。

目前國(guó)內(nèi)常用的瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)方法，沒有系統(tǒng)的采用力學(xué)方法評(píng)價(jià)瀝青混合料的抗剪性能，并同具體的路面結(jié)構(gòu)聯(lián)系在一起，提出抗剪設(shè)計(jì)指標(biāo)，以控制瀝青路面在設(shè)計(jì)年限內(nèi)不發(fā)生剪切破壞。在現(xiàn)代交通條件下，尤其是重載交通對(duì)路面產(chǎn)生的影響，考慮不同的路面結(jié)構(gòu)和荷載要求，設(shè)計(jì)滿足具體交通荷載條件的瀝青混合料，是非常必要的，也是減少路面病害，提高瀝青路面使用性能的重要手段。

(三)發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于抗剪性能的瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)方法，它能夠解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，將瀝青混合料的剪切性能同路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)聯(lián)系起來(lái)，提出瀝青路面抗剪設(shè)計(jì)指標(biāo)，控制瀝青混合料的剪切強(qiáng)度滿足路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求，并控制瀝青混合料在設(shè)計(jì)使用年限不發(fā)生剪切破壞。

本發(fā)明的技術(shù)方案：一種基于抗剪性能的瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)方法，其特征在于它包括以下步驟：

(1)確定設(shè)計(jì)的瀝青混合料所在結(jié)構(gòu)層的最大剪應(yīng)力，通過(guò)路面結(jié)構(gòu)力學(xué)分析，得到路面的最大剪應(yīng)力τ_max：確定路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)，采用彈性層狀體系理論，應(yīng)用殼牌軟件BISAR3.0計(jì)算結(jié)構(gòu)層受到的最大剪應(yīng)力；

(2)常規(guī)目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)階段，采用Superpave配合比設(shè)計(jì)方法或馬歇爾配合比設(shè)計(jì)方法進(jìn)行瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)，使各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)滿足規(guī)范即JTG?F40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》的要求；

(3)確定步驟(2)中設(shè)計(jì)的瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度，通過(guò)三軸剪切試驗(yàn)得出瀝青混合料的粘聚力c和內(nèi)摩擦角φ，通過(guò)瀝青混合料所在路面結(jié)構(gòu)層的位置，計(jì)算路面實(shí)際受到的圍壓σ₃，根據(jù)公式得出瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度；式中：τ_f為瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度，單位：kPa；σ₃為圍壓，根據(jù)路面的實(shí)際荷載情況計(jì)算確定，單位：kPa；

(4)確定瀝青混合料的容許剪應(yīng)力：結(jié)構(gòu)層材料的容許剪應(yīng)力是路面承受行車荷載反復(fù)作用達(dá)到臨界破壞狀態(tài)時(shí)的最大疲勞應(yīng)力，這一應(yīng)力較一次荷載作用的剪切強(qiáng)度小，減小的程度同重復(fù)荷載次數(shù)及路面結(jié)構(gòu)層材料的性質(zhì)有關(guān)，這種關(guān)系表示為：式中：τ_R為路面結(jié)構(gòu)層材料的容許剪應(yīng)力，單位：Mpa；τ_SP為由試驗(yàn)確定的結(jié)構(gòu)層材料的剪切強(qiáng)度，單位：Mpa；K_S為抗剪強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)；

(5)抗剪性能的驗(yàn)證：若τ_max?≤τ_R，則瀝青混合料的抗剪性能符合設(shè)計(jì)要求；否則，瀝青混合料的抗剪性能不符合設(shè)計(jì)要求，通過(guò)調(diào)整級(jí)配和膠結(jié)料類型，使最后設(shè)計(jì)的瀝青混合料滿足抗剪要求。

所述步驟(3)中的三軸剪切試驗(yàn)的試驗(yàn)過(guò)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(jù)道路交通情況確定圍壓為0kPa、138kPa和276kPa，加載速度7.5mm/min；當(dāng)軸向壓力出現(xiàn)峰值后，停止試驗(yàn)；試驗(yàn)結(jié)束后，卸去軸向壓力和圍壓，取出試件，對(duì)試件外觀進(jìn)行描述記錄；各級(jí)圍壓的平行試驗(yàn)不少于3個(gè)；

②按公式計(jì)算軸向應(yīng)變?chǔ)?sub>1，式中：ε₁為軸向應(yīng)變，單位：％；Δh為試件壓縮過(guò)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(jì)算校正后的試件截面積Aa，式中：A_a為試件在壓縮過(guò)程中實(shí)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(guò)程中的體積變化，單位：cm³；