本发明公开了一种确定改性沥青混合料合理压实温度的方法,属于道路工程领域。本方法包括以下步骤:采用冲击贯入试验模拟压实剪切速率对处于初压阶段密实度的混合料进行变温度的当量剪切强度试验;依据等贯入深度—温度关系,由已知基质沥青混合料的合理压实温度范围推算改性沥青混合料合理压实温度。本发明的方法操作迅速,试验条件控制简单,试验周期大为缩短,具有应用推广价值。
1.一种确定改性沥青混合料合理压实温度的方法,其特征在于:包括以下步骤:A.采用冲击贯入试验模拟压实剪切速率对处于初压阶段密实度的混合料进行变温度的当量剪切强度试验;B.依据等贯入深度—温度关系,由已知基质沥青混合料的合理压实温度范围推算未知改性沥青混合料合理压实温度;其中,所述步骤A中进一步包括以下步骤:(1)、选择一种基质沥青,由等粘度—温度法确定其合理压实温度范围;(2)、在集料级配和沥青用量完全相同的情况下,用上述步骤(1)中基质沥青与压实温度未知的改性沥青分别拌制沥青混合料;(3)、用静压成型法将上述两种拌合后沥青混合料分别成型为密实度一致的试件,脱去试模上压头;(4)、上述试件在室温下以15°C为间隔逐级向下控温,基质沥青混合料最低至80°C,改性沥青混合料最低至90°C;(5)、在达到步骤(4)规定的相应各个温度级别时进行冲击贯入试验,记录一定贯入次数时的贯入深度;所述步骤(B)中,比较基质沥青混合料的贯入深度—温度曲线与改性沥青的贯入深度—温度曲线,直接由贯入深度—温度图或对数据进行线性回归后根据回归关系,推算改性沥青混合料的压实温度范围。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述步骤(2)中,基质沥青混合料在150°C~170°C试验室拌合,改性沥青混合料在170°C~190°C试验室拌合。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述步骤(2)中采用逐级粒径回配的方式配制集料;同时基质和改性沥青混合料的沥青用量相同。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于:所述沥青用量为
4.5~5.5%。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述步骤(3)中静压成型法为:将拌合后沥青混合料迅速均匀装入内径100mm试模内,每个
2.3kg,每组3个;装入试模的混合料重量要完全相同;称量后的混合料静压成型,试件压实高度为150mm。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述步骤(4)控温方式为试验室温度下自然降温,温度监测位置为试件中心。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述步骤(5)中采用冲击贯入装置进行冲击贯入试验;该装置中穿心锤的重量为4kg,下落高度为28cm;受冲击底板、限位环、贯入杆和导杆的总重量为10kg;贯入杆为直径20mm平头贯入杆。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述步骤(5)中当试件中心温度达到设定级别时,将试件移入贯入装置下部,平头贯入杆置于试件表面中心处,开始冲击贯入试验,记录每个试验温度下20次冲击贯入后的贯入深度数据;每个温度级别下进行3个试件一组的平行试验。技术领域
本发明涉及一种确定压实温度的方法,尤其涉及一种确定改性沥青混合料合理压实温度的方法,属于道路工程领域。
背景技术
改性沥青混合料的合理压实温度难以通过沥青直接确定。而采用变温度成型后的温度—毛体积密度/空隙率关系直接确定时存在三个技术缺陷:1采用不同成型方法的不同混合料目标密实度/空隙率不同,假定密实度/空隙率标准难以确定;2剪切速率对某些沥青的粘度变化是敏感的,当成型试验中沥青膜受剪速率与实际施工不同时,直接确定的压实温度可能并不适宜于施工状态;3当采用间断级配(如OGFC和SMA)、成型功过大或成型温度较高时,最终密实度结果对温度变化不敏感。因此目前改性沥青混合料的合理压实温度多采用经验值。本发明的解决方案是基于变温度冲击贯入试验取得沥青混合料特定温度下的当量抗剪强度,同时引入类比法,由已知基质沥青混合料合理压实温度域推广到未知的改性沥青合理压实温度域。这两种方法的结合可以避开由变温度成型直接确定合理压实温度的三个技术缺陷。冲击贯入试验方法的设计思路:1表征抗剪强度指标的贯入试验可以模拟沥青混合料碾压剪切速率,且该试验方法在试验过程固定了颗粒摩擦阻力因素,弱化了集料对剪切过程的影响;2试件成型方式能模拟混合料关键压实阶段(初压)密实度和温度衰减状态;3贯入次数使得15°C温差下的贯入深度差异显著且尽量缩短试验操作时间。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷,提供一种确定改性沥青混合料合理压实温度的试验方法,具有经济实用,可操作性强的技术特点。为达到上述目的,本发明采用以下技术方案实施:一种确定改性沥青混合料合理压实温度的方法,包括以下步骤:A.采用冲击贯入试验模拟压实剪切速率对处于初压阶段密实度的沥青混合料进行变温度的当量剪切强度试验;B.依据等贯入深度—温度关系,由已知基质沥青混合料的合理压实温度范围推算未知改性沥青混合料合理压实温度。其中,所述步骤A中包括以下步骤:(1)、选择一种常用基质沥青(如:70号基质石油沥青、90号基质石油沥青),按《公路沥青路面施工技术规范》(JTGxa0F40-2004)中表5.2.2-1的规定,由等粘度—温度法确定其合理压实温度范围;(2)、在集料级配和沥青用量完全相同的情况下,用上述步骤(1)中基质沥青与压实温度未知的改性沥青分别拌制沥青混合料;(3)、用静压成型法将上述拌合后的两种沥青混合料分别成型为密实度一致的试件,然后脱去试模上压头;(4)、上述试件在室温下以15°C为间隔逐级向下控温,基质沥青混合料最低至80°C,改性沥青混合料最低至90°C;(5)、在达到步骤(4)规定的相应各个温度级别时进行冲击贯入试验,记录一定贯入次数时的贯入深度。其中,所述步骤(2)中,基质沥青混合料在150°C~170°C试验室拌合,改性沥青混合料在170°C~190°C试验室拌合;为保证贯入试验尽量反映混合料中沥青粘度随温度变化对混合料抗剪强度的影响,宜采用连续密集配,通常为AC-13或AC-16。为保证混合料级配的相同,降低试验误差,集料应由同一种料源筛分后逐级粒径回配。基质和改性沥青混合料的沥青用量相同,沥青用量为4.5~5.5%。其中,所述步骤(3)中静压成型法为:将拌合后沥青混合料迅速均匀装入内径ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="200"/>试模内,每个2.3kg,每组3个;装入试模的混合料重量要完全相同;称量后静压成型,成型试件高度为150mm。上述参数使得成型试件的密实度模拟摊铺机后混合料,且完全一致。其中,所述步骤(4)的控温方式为试验室温度下自然降温,温度监测位置为试件中心。上述方法能模拟混合料压实过程中的降温过程。其中,所述步骤(5)中,采用冲击贯入装置进行冲击贯入试验;该装置中穿心锤的重量为4kg,下落高度为28cm;受冲击底板、限位环、贯入杆和导杆的总重量为10kg;贯入杆为直径20mm平头贯入杆。上述参数保证冲击贯入试验能模拟混合料初压阶段的压实剪切速率。其中,所述步骤(5)中,当试件中心温度达到设定级别时,将试件移入贯入设备下部,平头贯入杆置于试件表面中心处,开始贯入试验,记录每个试验温度下20次冲击贯入后的贯入深度数据;每个温度级别下进行3个试件一组的平行试验。上述方法能保证在15°C温差下贯入深度值差异显著,试验操作时间较短,且试验误差控制在可接受的范围内。其中,所述步骤(B)中,比较基质沥青混合料的贯入深度—温度曲线与改性沥青的贯入深度—温度曲线,直接由贯入深度—温度图或对数据进行线性回归后根据回归关系,推算改性沥青混合料的压实温度范围。本发明采用上述技术方案,具有以下优点:本发明的方法是基于变温度冲击贯入试验取得沥青混合料特定温度下的当量抗剪强度,同时引入类比法,由已知基质沥青混合料合理压实温度域推广到未知的改性沥青合理压实温度域。这两种方法的结合可以避开由变温度成型直接确定合理压实温度的三个技术缺陷。采用本发明的贯入试验方法进行平行试验时,平均变异系数不超过0.05。本发明的方法操作迅速,试验条件控制简单,试验周期大为缩短,具有应用推广价值。
附图说明
图1是本发明涉及试件准备的方法示例;图2是本发明涉及贯入试验的装置及试模示意图;图3是本发明由已知基质沥青混合料压实温度推算改性沥青混合料压实温度范围的示意图附图标记说明:(a)初装试件;(b)静压成型;(c)监测试件中心温度;(d)冲击贯入试验装置;(e)试验用试模;(1)带刻度导杆;(2)支架;(3)限位环;(4)4kg穿心锤;(5)受冲击底板;(6)ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="172"/>平头贯入杆;(7)装入试件的试模;(8)穿心锤下落高度为280mm;(9)内径100mm钢制试模;(10)外径略小于100mm的钢制上压头;(11)外径略小于100mm的钢制试模底板;(12)试件高度为150mm;(A)基质沥青混合料贯入深度-温度关系曲线;(B)改性沥青混合料贯入深度-温度关系曲线;(C)通过沥青按等粘度-温度方法确定的已知压实温度范围。
具体实施方式
本方法的原理为根据类比原则由已知沥青混合料的合理压实温度推算未知沥青混合料的合理压实温度,其实质为等抗剪能力—温度关系。本方法概括为两步:首先,用冲击贯入试验取得沥青混合料不同温度下的贯入指标以表征其特定温度下的抗剪能力,冲击贯入试验采用如图2所示的装置进行。其次,以压实温度已知的基质沥青混合料作为被比较对象,依据等贯入指标—温度原则,由已知基质沥青混合料压实温度范围推算未知的改性沥青混合料的压实温度范围。本发明的核心要点:将能够模拟沥青混合料初压阶段密实度状态和压实剪切速率的冲击贯入试验与类比法结合使用。下面结合实施例对本发明作进一步说明,应该理解的是,这些实施例仅用于例证的目的,决不限制本发明的保护范围。实施例11、采用一种90号基质石油沥青,按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGxa0E-20-2011)中T0625-2011方法,测得135°C和175°C高温粘度分别为0.301Pa.s和0.109Pa.s,并绘制粘温曲线;按《公路沥青路面施工技术规范》(JTGxa0F40-2004)中表5.2.2-1的规定,由0.28±0.3Pa.s在粘温曲线上查得合理压实温度范围为134~138°C;2、在《公路沥青路面施工技术规范》(JTGxa0F40-2004)表5.3.2-2中级配范围内确定一种连续密集配AC-13沥青混合料级配如表1,按经验选择沥青用量为5.2%。表1AC-13级配范围ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>3、采用逐级粒径回配的方式配制集料,基质沥青混合料在160°C试验室拌合,改性沥青混合料在180°C试验室拌合;4、试件的准备方法如附图1所示,分为以下三步:(a)初装试件;(b)静压成型;(c)监测中心温度;(a)将上述拌合后的两种混合料迅速均匀装入如附图2所示的贯入试验用试模内,该试模的内径ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="216"/>并精确称量装入混合料的重量,每个2.3kg,每组3个;装入试模的混合料重量要完全相同。(b)用静压成型法,将混合料压至高度为150mm,脱去试模上压头;(c)试件中心插入温度计,在室温下自然冷却;5、当试件中心温度降低到设定级别温度(基质沥青混合料为155~80°C,15°C为间隔;改性沥青混合料为170~95°C,15°C为间隔)时,将试模移入贯入设备下部,平头贯入杆置于试件表面中心处,开始贯入试验。试验用冲击锤的重量为4kg;下落高度为28cm;受冲击底板、限位环、贯入杆和导杆的总重量为10kg;贯入杆为直径20mm平头贯入杆。记录每个试验温度下20次贯入次对应的深度;每个温度级别下进行3个试件一组的平行试验,试验记录如表2。其每个温度下平行试验的平均变异系数为0.042。表2变温度贯入试验记录(例1)ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>注:斜杠前为基质沥青混合料试验数据,斜杠后为改性沥青混合料试验数据6、在表2中每级试验温度下由贯入深度平均值绘制贯入深度—试验温度曲线,如附图3所示,根据已知基质沥青混合料压实温度范围所对应的贯入深度,按附图3中的路径,由曲线回归公式推算改性沥青压实温度范围如表3。表3贯入深度-试验温度回归公式及合理压实温度范围(例1)ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>实施例21、采用一种70号基质石油沥青,按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGxa0E-20-2011)中T0625-2011方法,测得135°C和175°C高温粘度分别为0.367Pa.s和0.0775Pa.s并绘制粘温曲线;按《公路沥青路面施工技术规范》(JTGxa0F40-2004)中表5.2.2-1的规定,由0.28±0.3Pa.s在粘温曲线上查得合理压实温度范围为140~144°C;2、在《公路沥青路面施工技术规范》(JTGxa0F40-2004)表5.3.2-2中级配范围内确定一种连续密集配AC-16沥青混合料级配如表4,按经验选择沥青用量为5.0%。表4AC-16级配范围ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>3、其余试验步骤与实施例1完全相同。通过变温度贯入试验得到每个试验温度下20次冲击贯入后的贯入深度;每个温度级别下进行3个试件一组的平行试验,试验记录如表5。其每个温度下平行试验的平均变异系数为0.048。表5变温度贯入试验记录(例2)ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>注:斜杠前为基质沥青混合料试验数据,斜杠后为改性沥青混合料试验数据4、在每级温度下由一组试验结果的算术平均值绘制贯入深度试验温度曲线,根据已知基质沥青混合料压实温度范围所对应的贯入深度,按附图3中的路径,由曲线回归公式推算改性沥青压实温度范围如表6。表6贯入深度-试验温度回归公式及合理压实温度范围(例2)ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>以上这些实施例仅是范例性的,并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是,在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换,但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。