一种高黏橡胶骨架空隙型沥青混合料生产配合比修正方法
阅读说明：本技术 一种高黏橡胶骨架空隙型沥青混合料生产配合比修正方法 (Method for correcting production mix proportion of high-viscosity rubber framework gap type asphalt mixture ) 是由 李勇 王磊 刘凯 韩玉雷 于 2021-02-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高黏橡胶骨架空隙型沥青混合料生产配合比修正方法,包括如下步骤：S1、设计配合比计算；S2、高温体积调整；S3、油石比初调整；S4、确定橡胶掺量；S5、确定油石比；S6、检验油石比；S7、性能检验。本发明所述的方法在修正沥青混合料生产配合比时,考虑到生产环境的高温对橡胶的溶胀、溶解的影响,在使用橡胶颗粒替换集料时,使用溶胀、溶解后的橡胶替换等体积集料,减小了因橡胶体积的改变对混合料结构产生的影响,且采用了新的指标,确定最佳油石比,针对高黏橡胶颗粒骨架空隙型沥青混合料的结构特性,考虑水和变化的温度双重作用下对结构的影响,检验油石比,提高路面使用性能和使用寿命。(The invention discloses a method for correcting the production mix proportion of a high-viscosity rubber framework gap type asphalt mixture, which comprises the following steps: s1, calculating a design mixing ratio; s2, adjusting the high-temperature volume; s3, primarily adjusting the oilstone ratio; s4, determining the rubber mixing amount; s5, determining the oilstone ratio; s6, checking the oilstone ratio; and S7, performance test. According to the method, when the production mix proportion of the asphalt mixture is corrected, the influence of high temperature of a production environment on swelling and dissolution of rubber is considered, when the rubber particles are used for replacing aggregates, the swollen and dissolved rubber is used for replacing the equal-volume aggregates, the influence on the mixture structure caused by the change of the rubber volume is reduced, a new index is adopted, the optimal oilstone ratio is determined, the influence on the structure under the dual action of water and changed temperature is considered for the structural characteristics of the high-viscosity rubber particle framework gap type asphalt mixture, the oilstone ratio is checked, the pavement service performance is improved, and the service life is prolonged.)
技术领域
本发明涉及交通土建技术领域，具体涉及一种高黏橡胶骨架空隙型沥青混合料生产配合比修正方法。
背景技术
目前，现有的高黏橡胶颗粒骨架空隙型沥青混合料生产配合比修正方法存在以下不足之处：
(1)现有的修正方法没有考虑在生产中，全程高温对于高黏橡胶颗粒骨架空隙型沥青混合料的影响，高温会导致橡胶的溶胀、溶解，从而体积发生变化，从而破坏了混合料的力学稳定性，造成一系列的路面病害；
(2)现有的修正方法没有对于高黏橡胶骨架空隙型沥青混合料的油石比进行精准调整，由于橡胶对沥青的吸收作用，导致混合料油石比过低，集料无法粘结形成一个整体，对路用性能产生影响；
(3)现有的修正方法没有对于高黏橡胶骨架空隙型沥青混合料的油石比进行检验，没有考虑高黏橡胶骨架空隙型沥青混合料容易在含水的环境中剥落、掉粒，耐久性差，且在外界温度变化的情况下，更容易出现病害；
(4)现有的高黏橡胶颗粒骨架空隙型沥青混合料设计方法中成型马歇尔试件时，采用单阶段击实成型，但橡胶在高温下弹性较大，不易击实。
随着高黏橡胶骨架空隙型沥青混合料的运用越来越广泛，设计一种高黏橡胶骨架空隙型沥青混合料生产配合比修正方法显得尤为重要。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种高黏橡胶骨架空隙型沥青混合料生产配合比修正方法，在修正沥青混合料生产配合比时，考虑到生产环境的高温对橡胶的溶胀、溶解的影响，减小了因橡胶体积的改变对混合料结构产生的影响，从橡胶吸收溶胀的角度出发，对油石比进行了调整，采用了新的评价指标，确定最佳油石比，考虑水和变化的温度双重作用下，对油石比进行检验从而避免脱落、掉粒、飞散及路面坑槽的发生，提高路面使用性能和使用寿命。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种高黏橡胶骨架空隙型沥青混合料生产配合比修正方法，包括如下步骤：
S1、设计配合比计算；
S2、高温体积调整；
S3、油石比初调整；
S4、确定橡胶掺量；
S5、确定油石比；
S6、检验油石比；
S7、性能检验。
优选的，所述步骤S1中，设计配合比计算为，以级配上、下限作为控制线，级配中值作为标准选取多个初始级配，初估油石比，双面击实50～75次成型马歇尔试件Ⅰ，测试试件空隙率，选取初始级配制作的马歇尔试件Ⅰ中，空隙率最接近目标空隙率的马歇尔试件Ⅰ的级配和油石比为初步级配和初步油石比；
选取多组不同橡胶颗粒掺量，在初步级配上与集料进行替换，使得溶胀后的橡胶颗粒的粒径范围与被替换的集料的粒径范围相同，溶胀后的橡胶颗粒的体积与被替换的集料体积相同，根据计算公式(1.1)和(1.2)，使用橡胶颗粒和部分集料进行等体积替换，再确定溶胀前的橡胶颗粒的粒径；
db*[1+d(Pa,x)]＝da (1.1)
Vb*[1+V(Pa,x)]＝Va (1.2)
其中，db为掺入的橡胶颗粒溶胀前的粒径；d(Pa,x)为当油石比为Pa，橡胶掺量为x时的粒径溶胀率；da为被替换的集料粒径；Vb为掺入的橡胶颗粒溶胀前的体积；V(Pa,x)为当油石比为Pa，橡胶掺量为x时的体积溶胀率；Va为被替换的集料体积。
优选的，所述步骤S2中，高温体积调整为生产时受高温影响，橡胶颗粒溶胀后会随着时间发生溶解，根据计算公式(2.1)和(2.2)，从而对橡胶进行调整；
其中，VS为在生产温度为T(℃)，拌和时间为t(min)的条件下，橡胶的溶解率；x1为调整前在各级配范围的橡胶掺量；x2为调整后在各级配范围的橡胶掺量。
优选的，所述步骤S3中，油石比初调整为，橡胶在沥青中会溶胀和溶解，由于在高温条件下橡胶吸收了沥青中的油分，导致橡胶的体积增大，此时，有一部分的沥青被橡胶所吸收，沥青被吸收的体积和由于溶胀导致橡胶的体积变化相同，根据计算公式(3.1)，从而向混合料中加入等体积的沥青来弥补；
其中，ρa为沥青的密度；ρs为石料的密度，ΔOAC为油石比调整量。
优选的，所述步骤S4中，确定橡胶掺量为确定橡胶掺量为，对经过上述S2、S3调整后的不同橡胶掺量和对应的集料级配，采用初步油石比，使用双阶段击实法成型马歇尔试件Ⅵ，选取制作的马歇尔试件Ⅵ中，空隙率最接近目标空隙率的马歇尔试件Ⅵ的级配和油石比为最佳级配和初始油石比，其对应的橡胶掺量为最佳橡胶掺量。
优选的，所述步骤S5中，确定油石比包括如下步骤：
S5-1、选取最佳级配，最佳橡胶掺量，选取初始油石比OAC，OAC±0.3％，采用双阶段击实法，成型马歇尔试件Ⅲ，对马歇尔试件Ⅲ进行肯塔堡飞散试验和谢伦堡沥青析漏试验，并得出飞散损失-油石比曲线和析漏损失-油石比曲线；
S5-2、在飞散损失-油石比曲线中标出20％飞散损失的水平线,在析漏损失-油石比曲线中标出0.3％析漏损失的水平线；
S5-3、两条水平线与曲线交点对应的油石比即为最小油石比OACmin和最大油石比OACmax，OACmax与OACmin之间再等距取5个油石比，选取最佳级配，最佳橡胶掺量，使用双阶段击实法制作马歇尔试件Ⅳ，分别测试马歇尔试件Ⅳ的马歇尔稳定度和空隙率，在马歇尔稳定度-油石比，空隙率-油石比的曲线中，选取拐点，可找到拐点的位置，使用拐点两边相邻的油石比的中值，作为拐点对应的油石比；
S5-3-1、在马歇尔稳定度-油石比和空隙率-油石比的曲线若均存在拐点，拐点对应的油石比为第一油石比OAC1、第二油石比OAC2，利用公式(4.1)计算第一油石比系数k1和第一油石比系数k2，再利用公式(4.2)，由k1、k1计算油石比系数k；
S5-3-2、在马歇尔稳定度-油石比和空隙率-油石比的曲线若只存在一个拐点，取拐点对应的油石比为第一油石比OAC1，利用公式(4.1)计算第一油石比系数k1，直接取系数k2＝0.5，再利用公式(4.2)，由k1、k2计算系数k；
S5-3-3、在马歇尔稳定度-油石比和动马歇尔稳定度-油石比的曲线若均不存在拐点，取第一油石比系数和第一油石比系数均为0.5，k1＝k2＝0.5，再利用公式(4.2)，由k1、k2计算系数k；
S5-4、根据下列计算公式计算，得出最佳油石比：
OAC＝OACmin+k*(OACmax-OACmin) (4.3)
其中，km为第一、第二油石比系数；OACm为第一、第二油石比；k为油石比系数；OACmin为最小油石比；OACmax为最大油石比；OAC为最佳油石比。
优选的，所述步骤S6中，检验油石比为，使用步骤S4得到的最佳橡胶颗粒掺量、最佳级配，步骤S5得到的最佳油石比，采用双阶段击实法，制备两组马歇尔试件Ⅴ；
第一组马歇尔试件Ⅴ放入水槽中以15-20℃恒温保存12h,再以55-60℃恒温保存12h,反复两次，再对马歇尔试件Ⅴ进行肯塔堡飞散试验，得到飞散损失s1；第二组马歇尔试件Ⅴ直接进行肯塔堡飞散试验，得到飞散损失s2,计算两者之比并命名为W；
若W的范围在95％-100％之间，则说明此配合比符合要求，可不进行调整；
若W＜95％，可对试验材料的油石比进行调整，回到步骤S1，初始油石比增大0.3％，重新设计。
优选的，所述步骤S7中，性能检验为，对设计的混合料进行车辙试验和冻融劈裂试验，各项试验指标需满足规范要求，若不符合要求，返回步骤S1重新设计。
规范要求如表Ⅰ所示：
表Ⅰ性能检验指标与技术要求
优选的，所述双阶段击实法为马歇尔试件双面击实各25次，当试件温度降至70-80℃时，进行二次击实，双面各25次。
(三)有益效果
本发明实施例提供了一种高黏橡胶骨架空隙型沥青混合料生产配合比修正方法，与现有技术相比，本发明的有益技术效果如下：
1、本发明考虑了生产情况下高温导致的橡胶的溶胀、溶解，从而导致橡胶的体积变化，使用溶胀、溶解后的橡胶去替代等体积的集料，保证了骨架型混合料的石-石结构，有着良好的结构稳定性。
2、本发明考虑了高黏橡胶颗粒骨架空隙型沥青混合料中的橡胶对沥青的吸收作用，调整了油石比，从而使集料能粘结形成一个整体，保证了混合料的路用性能。
3、本发明考虑了水和变化的温度双重作用下，对高黏橡胶颗粒骨架空隙型沥青混合料造成的影响，对油石比进行检验，从而保证设计出的高黏橡胶颗粒骨架空隙型沥青混合料在现实条件下不容易出现剥落等现象，保证了路面的耐久性。
4、本发明使用两阶段击实法成型马歇尔试件，冷却后的橡胶弹性减小，更容易成型马歇尔试件，且不会击次数过多导致时间结构破坏，便于生产配合比修正。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种高黏橡胶骨架空隙型沥青混合料生产配合比修正方法的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1为本发明中沥青混合料的飞散损失-油石比曲线与析漏损失-油石比曲线关系图；
图2为本发明中沥青混合料的马歇尔稳定度-油石比关系图；
图3为本发明中沥青混合料的空隙率-油石比关系图。
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。
一种高黏橡胶骨架空隙型沥青混合料生产配合比修正方法，包括如下步骤：
S1、设计配合比计算；
S2、高温体积调整；
S3、油石比初调整；
S4、确定橡胶掺量；
S5、确定油石比；
S6、检验油石比；
S7、性能检验。
本实施例的步骤S1中，设计配合比计算数据具体如下：
以级配上、下限作为控制线，级配中值作为标准选取多个初始级配，初估油石比为7％，双面击实50次成型马歇尔试件Ⅰ，测试试件空隙率，选取初始级配制作的马歇尔试件Ⅰ中，各种集料和矿粉的筛分测试结果如表1所示，初选混合料的配合比如表2所示，三种初始级配的设计组成如表3所示，初始级配的体积分析结果如表4所示橡胶粒径溶胀率如表5所示、橡胶体积溶胀率如表6所示，不同橡胶掺量下三种级配的设计组成如表7所示；
表1
表1各种集料和矿粉的筛分测试结果
表2
表2初选混合料的配合比
表3
表3三种初始级配的设计组成
表4
表4初始级配的体积分析结果
由上述的表格1-4可得，由于级配2的空隙率最接近目标空隙率20％，故选择级配2为初步级配，7％为初步油石比。
掺入的橡胶粒径为0.6-1.18mm，被替换的集料范围为0.6-1.18mm和1.18-2.36mm。
表5
表5-橡胶粒径溶胀率；
表6
表6-橡胶体积溶胀率
表7
表7掺入橡胶后三种级配的设计组成
由上述试验数据的表格5-7可得，制备橡胶沥青时，掺入掺量为1％的橡胶时，在级配2的基础上掺入橡胶颗粒，由表5得，溶胀后的橡胶粒径由0.6mm-1.18mm变化至(0.6*1.16)mm-(1.18*1.16)mm，71.9％溶胀后的橡胶仍然属于0.6mm-1.18mm，28.1％溶胀后的橡胶属于1.18mm-2.36mm；在橡胶总掺量为1％的前提下，橡胶溶胀后，相当于0.719％的橡胶在0.6mm-1.18mm内，0.281％的橡胶在1.18mm-2.36mm内；
由表6得，体积溶胀率为0.56，0.6mm-1.18mm区间内替换1.123％的集料；在1.18mm-2.36mm内，替换0.438％的集料，得到级配4。
掺入掺量为2％的橡胶时，在级配2的基础上掺入橡胶颗粒，由表3得，溶胀后的橡胶粒径由0.6mm-1.18mm变化至(0.6*1.14)mm-(1.18*1.14)mm，75.0％溶胀后的橡胶仍然属于0.6mm-1.18mm，25.0％溶胀后的橡胶属于1.18mm-2.36mm；在橡胶总掺量为2％的前提下，橡胶溶胀后，相当于1.500％的橡胶在0.48，0.6mm-1.18mm内，0.500％的橡胶在1.18mm-2.36mm内；
由表5得，体积溶胀率为计算得在0.6mm-1.18mm区间内替换2.223％的集料；在1.18mm-2.36mm内，替换0.740％的集料，得到级配5。
掺入掺量为3％的橡胶时，在级配2的基础上掺入橡胶颗粒，由表3得，溶胀后的橡胶粒径由0.6mm-1.18mm变化至(0.6*1.08)mm-(1.18*1.08)mm，84.9％溶胀后的橡胶仍然属于0.6mm-1.18mm，15.1％溶胀后的橡胶属于1.18mm-2.36mm；在橡胶总掺量为3％的前提下，橡胶溶胀后，相当于2.548％的橡胶在0.6mm-1.18mm内，0.452％的橡胶在1.18mm-2.36mm内；
由表4得，体积溶胀率为0.26，计算得在0.6mm-1.18mm区间内替换3.210％的集料；在1.18mm-2.36mm内，替换0.570％的集料，得到级配6。
本实施例的步骤S2中，高温体积调整计算数据具体如下
制备温度为180℃，制备时间为2min；
溶解率为0.13；
调整橡胶掺量，在橡胶总掺量为1％的前提下，调整级配4的橡胶掺量，在0.6mm-1.18mm内，掺入0.719％/0.87＝0.826％的橡胶，在1.18mm-2.36mm内，掺入0.281％/0.87＝0.323％的橡胶，总掺量为1.149％；
在橡胶总掺量为2％的前提下，调整级配5的橡胶掺量，在0.6mm-1.18mm内，掺入1.500％/0.87＝1.724％的橡胶，在1.18mm-2.36mm内，掺入0.500％/0.87＝0.575％的橡胶，总掺量为2.299％；
在橡胶总掺量为3％的前提下，调整级配6的橡胶掺量，在0.6mm-1.18mm内，掺入2.547％/0.87＝2.928％的橡胶，在1.18mm-2.36mm内，掺入0.452％/0.87＝0.520％的橡胶，总掺量为3.449％。
本实施例的步骤S3中，油石比初调整计算数据具体如下，进行高温体积调整和油石比初调整两次调整，不同橡胶掺量下的级配设计组成和油石比如表8所示，不同橡胶掺量下混合料的体积分析结果如表9所示；
表8
表8高温体积调整和油石比初调整后不同橡胶掺量下的级配设计组成和油石比集料的密度为2.6，沥青的密度为1.2。
体积溶胀率为0.56，溶解率为0.13，调整级配4的油石比，被橡胶吸收的沥青体积占混合料总体积比为0.56％，油石比调整为7+(2.6/1.2*0.56)＝8.21％，综合上一步S3对橡胶掺量的调整，得到级配7；
体积溶胀率为0.48，溶解率为0.13，调整级配5的油石比，被橡胶吸收的沥青体积占混合料总体积比为0.48％，油石比调整为7+(2.6/1.2*0.48*2)＝10.08％。综合上一步S3对橡胶掺量的调整，得到级配8；
体积溶胀率为0.26，溶解率为0.13，调整级配6的油石比，被橡胶吸收的沥青体积占混合料总体积比为0.3％，油石比调整为7+(2.6/1.2*0.26*3)＝8.69％。综合上一步S3对橡胶掺量的调整，得到级配9。
本实施例的S4中，确定橡胶掺量具体步骤如下，对经过上述步骤2、步骤3调整后的不同橡胶掺量和对应的集料级配，采用初步油石比，使用双阶段击实法成型马歇尔试件Ⅵ，选取制作的马歇尔试件Ⅵ中，空隙率最接近目标空隙率的马歇尔试件Ⅵ的级配和油石比为最佳级配和初始油石比，橡胶掺量、油石比调整后试件的体积分析结果如表9所示：
表9
表9不同橡胶掺量下混合料的体积分析结果
由于级配7的空隙率最接近目标空隙率，选择级配7对应的橡胶掺量为最佳橡胶掺量，级配7对应的油石比为初始油石比，级配7为最佳级配。
本实施例的步骤S5中，油石比确定具体步骤如下：
选取橡胶掺量为1.149％，油石比分别为7.91％、8.21％、8.51％，采用双阶段击实法，制作马歇尔试件Ⅲ，进行肯塔堡飞散试验和谢伦堡沥青析漏试验，并得出飞散损失-油石比曲线和析漏损失-油石比曲线，在飞散损失-油石比曲线中标出20％飞散损失的水平线,在析漏损失-油石比曲线中标出0.3％析漏损失的水平线，结果图1所示；
参照附图1的飞散损失-油石比曲线与析漏损失-油石比曲线关系图，可得最小油石比OACmin＝7.91％，最大油石比OACmax＝8.4，OACmax与OACmin之间再等距取5个油石比，分别为6.7％、6.825％、6.95％、7.075％、7.2％，使用双阶段击实制作马歇尔试件Ⅳ，测试空隙率和马歇尔稳定度，空隙率-油石比关系图如下图2所示，马歇尔稳定度-油石比关系如图3所示；
在马歇尔稳定度-油石比，空隙率-油石比的曲线中，选取拐点，可找到拐点的位置，使用拐点两边相邻的油石比的中值，作为拐点对应的油石比，可得拐点的X轴坐标分别为OAC1、OAC2，且OAC1＝8.2125％，OAC2＝8.2125％；
根据下列计算公式，
OAC＝OACmin+0.625*(OACmax-OACmin)＝8.2125％
可得，最佳油石比OAC＝8.2125％。
本实施例的步骤S6中，油石比检验，由于骨架空隙型材料空隙率较大，水容易进入到材料内部，造成水损，橡胶颗粒在混合料中不作为骨架材料，只作为填充材料，相比较石料，橡胶受温度的影响更大，在温度和水的双重作用下，橡胶更容易剥落，从而对混合料的结构造成不利影响；
计算数据具体如下：油石比检验表如表10所示，
表10
表10油石比检验表
使用步骤S4得到的最佳橡胶颗粒掺量、最佳级配，步骤S5得到的最佳油石比，采用双阶段击实法，制备两组马歇尔试件Ⅴ，第一组马歇尔试件Ⅴ放入水槽中以15-20℃恒温保存12h,再以55-60℃恒温保存12h,反复两次，再对马歇尔试件Ⅲ进行肯塔堡飞散试验，得到飞散损失＝11.6％；第二组马歇尔试件Ⅴ直接进行肯塔堡飞散试验，得到飞散损失＝11.4,计算两者之比W＝98.3％＞95％，符合要求。
本实施例的步骤S7中，性能检验，对设计的混合料进行车辙试验(操作方法根据国标(公路工程沥青及沥青混合料试验规程)JTG E20-2011)和冻融劈裂试验(操作方法根据国标(公路工程沥青及沥青混合料试验规程)JTG E20-2011)，各项试验指标满足要求(满足国标(公路沥青路面施工技术规范)JTG F40-2001)。
计算数据具体如下：设计结果及性能验证指标表如表11所示；
表11
表11设计结果及性能验证指标表
本实施例中，所述双阶段击实法为马歇尔试件双面击实各25次，当试件温度降至70-80℃时，进行二次击实，双面各25次。
综上，本实施例提供的高黏橡胶骨架空隙型沥青混合料生产配合比修正方法，在修正沥青混合料生产配合比时，考虑到生产环境的高温对橡胶的溶胀、溶解的影响，在使用橡胶颗粒替换集料时，使用溶胀、溶解后的橡胶替换等体积集料，减小了因橡胶体积的改变对混合料结构产生的影响，且采用了新的评价指标，确定最佳油石比，针对高黏橡胶颗粒骨架空隙型沥青混合料的结构特性，考虑水和变化的温度双重作用下对结构的影响，检验油石比，从而避免脱落、掉粒、飞散及路面坑槽的发生，提高路面使用性能和使用寿命。
本发明的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本发明的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围内。
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