阅读说明：本技术 一种抗车辙的排水性超薄罩面沥青混合料及其制备方法 (Anti-rutting drainage ultrathin overlay asphalt mixture and preparation method thereof ) 是由 黄文柯 崔文天 吴旷怀 蔡旭 于 2020-03-23 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种抗车辙的排水性超薄罩面沥青混合料及其制备方法,属于道路养护技术领域。本发明提供的排水性超薄罩面沥青混合料的制备方法,包括如下步骤：准备集料、沥青和填料；将集料划分为粗集料和细集料,确定粗集料、细集料、填料和沥青的密度,采用体积法确定粗细集料占级配比例、空隙率和沥青质量百分含量；根据粗细集料的质量比和福勒级数,完成排水性超薄罩面沥青混合料的级配设计,并加入筛网的关键筛孔；确定排水性超薄罩面沥青混合料的最佳沥青质量百分含量。发明提供的制备方法制备获得的沥青混合料空隙率较大,粗骨料间接触点多,骨架空间网络结构稳定性好,骨架间嵌挤力强,具有很好的排水性能和抗车辙能力。(The invention relates to an anti-rutting drainage ultrathin overlay asphalt mixture and a preparation method thereof, belonging to the technical field of road maintenance. The preparation method of the drainage ultrathin overlay asphalt mixture provided by the invention comprises the following steps: preparing aggregate, asphalt and filler; dividing aggregates into coarse aggregates and fine aggregates, determining the densities of the coarse aggregates, the fine aggregates, the filler and the asphalt, and determining the proportion of the coarse aggregates to the coarse aggregates, the proportion of the fine aggregates to the fine aggregates, the void ratio of the coarse aggregates to the fine aggregates and the mass percentage of the asphalt by a volume method; finishing the grading design of the drainage ultrathin overlay asphalt mixture according to the mass ratio of coarse aggregates to fine aggregates and the Fowler series, and adding the key sieve pores of the sieve; and determining the optimal asphalt mass percentage content of the drainage ultrathin overlay asphalt mixture. The asphalt mixture prepared by the preparation method provided by the invention has the advantages of large void ratio, more indirect contacts of coarse aggregate, good stability of a framework space network structure, strong embedding and squeezing force among frameworks, and good drainage performance and anti-rutting capability.)

一种抗车辙的排水性超薄罩面沥青混合料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种抗车辙的排水性超薄罩面沥青混合料及其制备方法，属于道路养护技术领域。

背景技术

随着经济的不断发展和城镇化进程的日趋加深，交通荷载也在逐年增加，所以人们对公路的性能要求也越来越高。在阴雨天气，道路事故的发生率远大于晴天，且连环追尾、水漂等恶性事故频发，事故高发的主要原因是由于道路大量积水，路面摩擦系数明显降低，刹车距离大幅延长。因此，采用结构空隙率大，路面排水效果明显的排水性超薄罩面作为沥青路面的上面层是合理的。

排水性超薄罩面沥青混合料由于自身存在较大连通空隙，易受到水的损害产生剥落、松散等破坏，又因为其位于路面结构最上层，在夏季时直接与强烈阳光接触后，温度迅速增加，混合料的模量和抗剪强度迅速降低。如果排水性超薄罩面沥青混合料的抗车辙能力不足，在行车荷载的反复作用下路面就容易产生诸如波浪、推移、车辙等病害，影响行驶舒适性和路面的抗滑性能，对行车安全性造成威胁。如果超薄罩面沥青混合料的抗车辙能力较好，则可以承担行车荷载的作用，有效减少下面层沥青混合料出现的车辙等病害，而且由于超薄罩面沥青混合料具有良好的平整度和抗滑性能，路面的行车舒适性和安全性得到提高。

因此，针对排水性超薄罩面沥青混合料抗车辙能力的提高进行深入研究具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种抗车辙的排水性超薄罩面沥青混合料的制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种排水性超薄罩面沥青混合料的制备方法，包括如下步骤：

(1)准备原材料：集料、沥青和填料；

(2)将集料划分为粗集料和细集料，确定粗集料、细集料、填料和沥青的密度，采用体积法确定粗细集料占级配比例、所述排水性超薄罩面沥青混合料的空隙率和所述沥青质量百分含量；

(3)根据粗细集料的质量比例和福勒级数，完成排水性超薄罩面沥青混合料的级配设计，并加入筛网的关键筛孔；

(4)确定排水性超薄罩面沥青混合料的最佳沥青质量百分含量，即可获得所述的排水性超薄罩面沥青混合料。

本发明提供的所述制备方法，采用体积法进行沥青混合料的优化级配设计，能够提高粗集料间的嵌挤力和骨架空间网络结构的稳定性，制备的的排水性超薄罩面沥青混合料具有较强的抵抗永久变形的能力。

作为本发明所述制备方法的优选实施方式，步骤(1)中，所述集料为辉绿岩，所示沥青为高黏沥青(壳牌沥青有限公司提供)，所述填料为碱性石灰岩矿粉(清除矿粉中杂质)；所述辉绿岩包括粒径为3-5mm、5-10mm的碎石和粒径为0-3mm石屑。

作为本发明所述制备方法的优选实施方式，步骤(2)中，所述粗集料的毛体积密度为2.90g/cm³，捣实状态下的堆积密度为1.72g/cm³；所述细集料表观相对密度为2.93g/cm³；所述沥青相对密度为1.023g/cm³、所述填料的相对密度为2.864g/cm³。

作为本发明所述制备方法的优选实施方式，步骤(2)中，所述排水性超薄罩面沥青混合料的空隙率18％-23％，所述沥青质量百分含量为3.9％～5.1％。

粗细集料的划分根据规范(JTG E42-2005《公路工程集料试验规程》)做出划分，粒径≥2.36mm的集料为粗集料，小于2.36mm的集料为细集料。粗细集料的占级配比例根据所选择的级配不同而变化，当满足所述排水性超薄罩面沥青混合料的空隙率为18％-23％，所述沥青质量百分含量3.9％-5.1％，即可得到所述粗细集料的占级配比例。

作为本发明所述制备方法的优选实施方式，步骤(2)中，所述采用体积法确定粗细集料比例，具体通过式①和式②获得粗细集料的质量百分含量：

①q_c+q_f+q_p＝100；

③VCA_DRC＝(1-ρ/ρ_b)х100

其中，q_c、q_f、q_p、q_a分别是粗集料、细集料、矿粉以及沥青的质量百分含量，VCA_DRC是粗集料孔隙率(％)，根据式③获得VCA_DRC，Vv是设计空隙率(％)，ρ是粗集料捣实状态下的堆积密度(g/cm³)；ρ_b是粗集料合成毛体积密度；ρ_af是细集料的表观相对密度(g/cm³)；ρ_a是沥青相对密度(g/cm³)；ρ_f是矿粉的相对密度(g/cm³)。

作为本发明所述制备方法的优选实施方式，步骤(3)中，福勒级数设计具体如下式：

其中，P是筛孔尺寸d的集料通过百分率(％)；d是筛孔尺寸(mm)；D是集料的最大粒径(mm)；n是指数，0.3≤n≤0.5。

作为本发明所述制备方法的优选实施方式，步骤(3)中，所述排水性超薄罩面沥青混合料的级配如下：

筛孔/mm	13.2	9.5	8	6.7	4.75	2.36	1.18	0.6	0.3	0.15	0.075
												通过率/％	100	94.8	86.2	72.7	20.9	15.4	13.4	10.7	7.6	6.1	5

。

作为本发明所述制备方法的优选实施方式，步骤(3)中，所述筛网的筛孔孔径为13.2mm、9.5mm、8.0mm、6.7mm、4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm或0.075mm。

作为本发明所述制备方法的优选实施方式，步骤(3)中，所述加入筛网的关键筛孔具体操作为:在孔径为4.75mm-9.5mm筛孔之间加入孔径为6.7mm和8mm的两个关键筛孔。

作为本发明所述制备方法的优选实施方式，步骤(4)中，采用析漏飞散综合实验法确定排水性超薄罩面沥青混合料的最佳沥青质量百分含量；所述排水性超薄罩面沥青混合料的最佳沥青质量百分含量4.5％。

采用高温车辙试验、低温小梁弯曲、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验和构造深度试验作为常规路用性能试验。

本发明的另一目的是提供所述制备方法制备得到的排水性超薄罩面沥青混合料。

本发明所述的排水性超薄罩面沥青混合料，提高了沥青混合料的高温稳定性和抗车辙能力。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明提供的一种排水性超薄罩面沥青混合料的制备方法，其制备获得的沥青混合料空隙率较大，粗骨料间接触点多，骨架空间网络结构稳定性好，骨架间嵌挤力强，具有很好的排水性能和抗车辙能力，路面不易出现裂缝、车辙、坑槽等病害，提高行车舒适性和安全性；

(2)采用本发明所述的制备方法制备获得的排水性超薄罩面沥青混合料，能够有效提高排水性超薄罩面沥青混合料的高温稳定性和抗车辙能力；

(3)采用本发明所述的制备方法制备获得的排水性超薄罩面沥青混合料，其高温稳定性能、低温抗裂性能、抗水损害能力和抗滑性能均满足规范要求，又因为其具有较好的排水性能和抗车辙能力，路面不易出现裂缝、车辙、坑槽等病害，将本发明所述的排水性超薄罩面沥青混合料应用于路面，可以提高行车舒适性和安全性。

附图说明

图1为本发明提供的一种抗车辙的排水性超薄罩面沥青混合料的制备工艺流程图。

具体实施方式

为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

本实施例为本发明提供的一种抗车辙的排水性超薄罩面沥青混合料的制备方法，包括如下步骤：

(1)准备原材料：集料(10mm辉绿岩碎石)、高黏沥青(壳牌沥青有限公司提供)、碱性石灰岩矿粉(清除矿粉中杂质)；

(2)将集料划分为粗集料和细集料，确定粗集料、细集料、填料和沥青的密度(粗集料的毛体积密度为2.90g/cm³，捣实状态下的堆积密度为1.72g/cm³；细集料表观相对密度为2.93g/cm³；高黏沥青相对密度为1.023g/cm³、碱性石灰岩矿粉的相对密度为2.864g/cm³)，采用体积法确定粗细集料的质量比例，具体通过式①和式②获得粗细集料的质量百分含量：

①q_c+q_f+q_p＝100；

③VCA_DRC＝(1-ρ/ρ_b)х100；

其中，q_c、q_f、q_p、q_a分别是粗集料、细集料、矿粉以及沥青的质量百分含量，VCA_DRC是粗集料孔隙率(％)，Vv是设计空隙率(％)，ρ是粗集料捣实状态下的堆积密度(g/cm³)；ρ_b是粗集料合成毛体积密度；ρ_af是细集料的表观相对密度(g/cm³)；ρ_a是沥青相对密度(g/cm³)；ρ_f是矿粉的相对密度(g/cm³)；所述排水性超薄罩面沥青混合料的空隙率和所述沥青质量百分含量；取矿粉的用量q_p为5％，目标空隙率Vv为20％，沥青用量q_a为5％，根据式①和②得到粗集料质量百分含量q_c为84.6％，细集料质量百分含量q_f为10.4％，根据式③可知VCA_DRC是40.7％；

(3)根据粗细集料的比例和福勒级数，完成排水性超薄罩面沥青混合料的级配设计，并加入筛网的关键筛孔；福勒级数设计具体如下式：其中，P是筛孔尺寸d的集料通过百分率(％)；d是筛孔尺寸(mm)；D是集料的最大粒径(mm)；n是指数；P和d如下表1所述，D＝10mm，n＝0.5；

所述排水性超薄罩面沥青混合料的级配如下表1所示：

表1排水性超薄罩面沥青混合料的级配

筛孔/mm	13.2	9.5	8	6.7	4.75	2.36	1.18	0.6	0.3	0.15	0.075
												通过率/％	100	94.8	86.2	72.7	20.9	15.4	13.4	10.7	7.6	6.1	5

(4)确定排水性超薄罩面沥青混合料的最佳沥青质量百分含量，即可获得所述的排水性超薄罩面沥青混合料；选用析漏飞散综合试验法确定超薄罩面沥青混合料的最佳沥青用量，拌和5组沥青用量为3.9％、4.2％、4.5％、4.8％和5.1％的沥青混合料，利用马歇尔击实仪成型试件，击实次数是双面25次，将成型试件放入洛杉矶磨耗机内以33r/min的转速转300圈，损失的质量和试件原质量的比值作为飞散损失，不同沥青混合料的飞散与析漏试验结果如表2所示，沥青混合料最佳沥青用量体积参数表如表3所示。

表2沥青混合料最佳沥青用量范围表

当沥青用量在4.4％-4.6％区间范围内时，析漏损失与飞散损失的变化速率相差较大，又因为此时沥青混合料的析漏损失与飞散损失均满足规范要求，所以沥青用量是4.5％是沥青混合料的最佳沥青用量。

表3沥青混合料体积参数

实验例1

本实验例根据实施例1所述的抗车辙的排水性超薄罩面沥青混合料的制备方法，采用最佳沥青用量获得排水性超薄罩面沥青混合料，通过车辙动稳定度试验、低温小梁弯曲试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验和构造深度试验验证排水性超薄罩面沥青混合料的路用性能。

1、车辙动稳定度试验

根据沥青及沥青混合料试验规程(JTGF20-2011)T0719的要求，在60±1℃，0.7±0.05MPa的条件下进行三组车辙试验(三组车辙试验均为同一批次制备的沥青混合料，为重复性试验)，试验结果见表4。

表4车辙动稳定度试验结果

由表4的试验结果显示，本发明实施例1的排水性超薄罩面沥青混合料满足规范要求且高温稳定性能较好。

2、低温小梁弯曲试验

根据沥青及沥青混合料试验规程(JTGF20-2011)T0715的要求在温度为-10℃、加载速率为50mm/min的条件下进行低温弯曲试验(以下4组试件为同一批次制备的沥青混合料，为重复性试验)，试验结果见表5。

表5低温小梁弯曲试验结果

由表5的结果显示，本发明实施例1的排水性超薄罩面沥青混合料的低温弯曲破坏应变大于2500，满足规范要求。

3、水稳定性试验

根据设计最佳沥青用量及级配进行浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验来检验沥青混合料的水稳定性能，以下4组试件为同一批次制备的沥青混合料，为重复性试验，试验结果分别见表6、表7。

表6浸水马歇尔试验结果

表7冻融劈裂试验结果

由表6和7的试验结果显示，本发明实施例1的排水性超薄罩面沥青混合料的抗水损害能力、低温抗裂性能满足规范要求。

4、构造深度试验

采用铺沙法测定沥青混合料的表面构造深度，以下3组试件为同一批次制备的沥青混合料，为重复性试验，试验结果见表8。

表8构造深度试验结果

通过实验例1的排水性超薄罩面沥青混合料的路用性能试验验证，表明本方制备的抗车辙的排水性超薄罩面沥青混合料的高温稳定性能、低温抗裂性能、抗水损害能力和抗滑性能均满足规范要求，又因为其具有较好的排水性能和抗车辙能力，路面不易出现裂缝、车辙、坑槽等病害，将本发明所述的排水性超薄罩面沥青混合料应用于路面，可以提高行车舒适性和安全性。

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。