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申请/专利权人：河北省交通规划设计研究院有限公司;中建筑港集团有限公司

摘要：一种应用于路表的低冰点超薄磨耗层级配范围确定方法，它涉及一种超薄磨耗层级配范围的确定方法。本发明的目的是要解决现有在低冰点超薄罩面级配设计中，宽泛的级配范围对混合料性能产生较大的影响，导致超薄磨耗层的使用性能差和寿命低的问题。方法：一、选择研究对象；二、确定低冰点填料添加的含量；三、确定五种超薄磨耗层级配沥青混合料的最佳沥青用量；四、提取平均孔径；五、单向渗流试验；六、计算扩散系数；七、重新设计应用于路表的低冰点超薄磨耗层级配；八、对步骤七确定的低冰点超薄磨耗层级配的沥青混合料成型试件，测试性能。使用本发明应用于路表的低冰点超薄磨耗层级配制备的试件满足规范要求。

主权项：1.一种应用于路表的低冰点超薄磨耗层级配范围确定方法，其特征在于一种应用于路表的低冰点超薄磨耗层级配范围确定方法是按以下步骤完成的：一、选择研究对象：根据不同孔隙结构选择SMA-10、AC-10-Ⅰ、AC-10-Ⅱ、OGFC-10和Novachip-B五种超薄磨耗层级配为研究对象；另外选择一种AC-10粗粒径级配占比高的级配作为对比；二、确定低冰点填料添加的含量：对于AC-10-Ⅰ、AC-10-Ⅱ、OGFC-10和Novachip-B四种超薄磨耗层级配，筛孔尺寸在0.075mm以下的部分全部由低冰点填料替换，对于SMA-10超薄磨耗层级配，筛孔尺寸在0.075mm以下的部分质量的50％由低冰点填料替换；三、确定五种超薄磨耗层级配沥青混合料的最佳沥青用量：对于AC-10-Ⅰ，初步选择油石比为5.0％、5.3％、5.6％，添加低冰点填料后分别成型马歇尔试件，双面击实75次，然后分别测试油石比为5.0％、5.3％、5.6％时的毛体积相对密度、马歇尔稳定度和空隙率，再分别作出毛体积相对密度、马歇尔稳定度和空隙率随油石比的变化曲线，取毛体积相对密度随油石比的变化曲线上的最大毛体积相对密度对应的油石比α1，取马歇尔稳定度随油石比的变化曲线上的最大马歇尔稳定度对应的油石比α2，取空隙率随油石比的变化曲线上的中间值空隙率对应的油石比α3，OCAα1为α1+α2+α33；测试空隙率、饱和度、马歇尔稳定度和流值，再分别作出空隙率、饱和度、马歇尔稳定度和流值随油石比的变化曲线，取空隙率随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到空隙率的油石比范围，取饱和度随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到饱和度的油石比范围，取马歇尔稳定度随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到马歇尔稳定度的油石比范围，取流值随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到流值的油石比范围，找到空隙率的油石比范围、饱和度的油石比范围、马歇尔稳定度的油石比范围和流值的油石比范围的共同范围值，共同范围的最小值为OCAαmin，共同范围的最大值为OCAαmax，计算OCAαmin和OCAαmax的平均值OCAα2，OCAα1和OCAα2的平均值为最佳油石比；对于AC-10-Ⅱ，初步选择油石比为5.2％、5.5％、5.8％，添加低冰点填料后分别成型马歇尔试件，双面击实75次，然后分别测试油石比为5.0％、5.3％、5.6％时的毛体积相对密度、马歇尔稳定度和空隙率，再分别作出毛体积相对密度、马歇尔稳定度和空隙率随油石比的变化曲线，取毛体积相对密度随油石比的变化曲线上的最大毛体积相对密度对应的油石比β1，取马歇尔稳定度随油石比的变化曲线上的最大马歇尔稳定度对应的油石比β2，取空隙率随油石比的变化曲线上的中间值空隙率对应的油石比β3，OCAβ1为β1+β2+β33；测试空隙率、饱和度、马歇尔稳定度和流值，再分别作出空隙率、饱和度、马歇尔稳定度和流值随油石比的变化曲线，取空隙率随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到空隙率的油石比范围，取饱和度随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到饱和度的油石比范围，取马歇尔稳定度随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到马歇尔稳定度的油石比范围，取流值随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到流值的油石比范围，找到空隙率的油石比范围、饱和度的油石比范围、马歇尔稳定度的油石比范围和流值的油石比范围的共同范围值，共同范围的最小值为OCAβmin，共同范围的最大值为OCAβmax，计算OCAβmin和OCAβmax的平均值OCAβ2，OCAβ1和OCAβ2的平均值为最佳油石比；对于SMA-10，初步选择油石比为5.5％、6.0％、6.5％，添加低冰点填料后分别成型马歇尔试件，双面击实75次，然后分别测试油石比为5.0％、5.3％、5.6％时的毛体积相对密度、马歇尔稳定度和空隙率，再分别作出毛体积相对密度、马歇尔稳定度和空隙率随油石比的变化曲线，取毛体积相对密度随油石比的变化曲线上的最大毛体积相对密度对应的油石比γ1，取马歇尔稳定度随油石比的变化曲线上的最大马歇尔稳定度对应的油石比γ2，取空隙率随油石比的变化曲线上的中间值空隙率对应的油石比γ3，OCAγ1为γ1+γ2+γ33；测试空隙率、饱和度、马歇尔稳定度和流值，再分别作出空隙率、饱和度、马歇尔稳定度和流值随油石比的变化曲线，取空隙率随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到空隙率的油石比范围，取饱和度随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到饱和度的油石比范围，取马歇尔稳定度随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到马歇尔稳定度的油石比范围，取流值随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到流值的油石比范围，找到空隙率的油石比范围、饱和度的油石比范围、马歇尔稳定度的油石比范围和流值的油石比范围的共同范围值，共同范围的最小值为OCAγmin，共同范围的最大值为OCAγmax，计算OCAγmin和OCAγmax的平均值OCAγ2，OCAγ1和OCAγ2的平均值为最佳油石比；对于Novachip-B，初步选择油石比为4.5％、4.8％、5.1％，添加低冰点填料后分别成型马歇尔试件，双面击实75次，然后分别测试油石比为5.0％、5.3％、5.6％时的毛体积相对密度、马歇尔稳定度和空隙率，再分别作出毛体积相对密度、马歇尔稳定度和空隙率随油石比的变化曲线，取毛体积相对密度随油石比的变化曲线上的最大毛体积相对密度对应的油石比δ1，取马歇尔稳定度随油石比的变化曲线上的最大马歇尔稳定度对应的油石比δ2，取空隙率随油石比的变化曲线上的中间值空隙率对应的油石比δ3，OCAδ1为δ1+δ2+δ33；测试空隙率、饱和度、马歇尔稳定度和流值，再分别作出空隙率、饱和度、马歇尔稳定度和流值随油石比的变化曲线，取空隙率随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到空隙率的油石比范围，取饱和度随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到饱和度的油石比范围，取马歇尔稳定度随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到马歇尔稳定度的油石比范围，取流值随油石比的变化曲线上最小值和最大值对应的油石比，得到流值的油石比范围，找到空隙率的油石比范围、饱和度的油石比范围、马歇尔稳定度的油石比范围和流值的油石比范围的共同范围值，共同范围的最小值为OCAδmin，共同范围的最大值为OCAδmax，计算OCAδmin和OCAδmax的平均值OCAδ2，OCAδ1和OCAδ2的平均值为最佳油石比；对于OGFC-10级配，需要根据析漏实验、飞散实验来综合确定最大沥青用量和最小沥青用量；依据规范《公路沥青路面施工技术规范》JTGF40-2004中规定的设计方法计算初始沥青用量；A＝2+0.02a+0.04b+0.08c+0.14d+0.3e+0.6f+1.6g48.74；Pb＝h×A；式中：A为集料总表面积，单位为mm2；Pb为初始沥青用量百分比；a、b、c、d、e、f和g依次为4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm和0.075mm筛孔通过百分率；h为沥青膜厚度，取值为14μm；通过公式计算Pb为3.5％，因此选择油石比为3.2％、3.5％、3.8％，添加低冰点填料后分别成型马歇尔试件，测试马歇尔试件的析漏损失和飞散损失；再以油石比为横坐标，分别作出析漏损失实验曲线和飞散损失实验曲线，找到析漏损失实验曲线纵坐标0.4％对应的横坐标对应的油石比ε1，找到飞散损失实验曲线纵坐标13.5％对应的横坐标对应的油石比ε2；OGFC-10的最佳石油比为ε1和ε2的平均值；四、提取平均孔径：按照步骤三确定的SMA-10、AC-10-Ⅰ、AC-10-Ⅱ、OGFC-10和Novachip-B五种超薄磨耗层级配的最佳油量比，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTGE20-2011，添加低冰点填料后分别成型马歇尔试件，采用工业CT设备扫描5种成型马歇尔试件的断层图像，通过Avizo软件进行阈值分割、连通孔隙运算、孔隙网格模型建立、球棍模型处理5种成型马歇尔试件的三维试件模型，并提取5种成型马歇尔试件的平均孔径；五、单向渗流试验：对完成工业CT扫描后的5种成型马歇尔试件进行单向渗流试验，获取不同深度和不同周期的低冰点填料有效成分释放浓度，根据低冰点填料有效成分释放浓度计算不同级配低冰点填料有效成分扩散系数，具体是按以下步骤完成的：①、单向渗流试验的装置由储水装置、流量控制装置和蓄水装置三部分组成，流量控制装置与储水装置连通，设置在储水装置下方，通过滚轮控制水流量，使水分由上至下单向渗透；每种成型马歇尔试件取三个平行试件，三个平行试件的侧面包覆PVC，使三个平行试件只漏出上、下表面，再将三个平行试件放入到蓄水装置中，向蓄水装置中加入蒸馏水，储水装置内的水通过流量控制装置流入到马歇尔试件上表面；以7天为一个浸泡周期；②、对于完成浸泡周期的马歇尔试件，去除表面的PVC，使用蒸馏水或去离子水对马歇尔试件的进行清洗，再进行干燥，去除马歇尔试件内部的水；③、选择直径为10mm的钻头，采用干钻钻孔的方式对马歇尔试件进行钻孔，孔均布在马歇尔试件上，分别取距离马歇尔试件上表面1cm、2cm、3cm、4cm的粉末物质，过滤掉松散掉落的碎集料，得到不同深度的测试用粉末物质；④、将测试用粉末物质加入到蒸馏水中，搅拌后静置2h，再每隔5min摇动一次，得到待测溶液；⑤、通过双盐桥甘汞电极和氯电极测试上述待测溶液，根据电位计所测得的电势差求出待测溶液的浓度，完成浓度测试；六、根据步骤五中得到的不同级配低冰点填料有效成分释放浓度采用菲克二定律计算低冰点填料有效成分扩散系数，计算方法如下： 式中：Cx,t为距混凝土上表面x厘米时的低冰点填料有效成分释放浓度；CS为表面低冰点填料有效成分释放浓度；C0为混凝土中初始低冰点填料有效成分释放浓度；D为低冰点填料有效成分表观扩散系数；t暴露时间；七、重新设计应用于路表的低冰点超薄磨耗层级配：①、通过步骤四和步骤六得知，不同级配下沥青混合料平均孔径指标，平均孔径越大，扩散系数越大，低冰点填料有效成分流失越快，越不利于低冰点超薄磨耗层的时融冰雪使用寿命，因此以0.15d和0.29d作为关键筛孔控制沥青混合料平均孔径，d为公称最大粒径，为9.5mm；再将沥青混合料级配分为填充料、干涉料和骨架料；②、按照步骤七①划分的级配，0.15d和0.29d的粒径为1.425mm和2.755mm，取接近的1.18mm和2.36mm两种粒径作为关键筛孔，以4.75～9.5mm作为骨架料，以1.18～2.36mm作为干涉料，以0.075～0.6mm作为填充料；③、选定骨架料与干涉料比值为2.5～4.5:1，C9.5:C4.75＝1:7，C2.36:C1.18＝0.75:1；④、选定骨架料与干涉料和填充料总质量的比为5:1；八、对步骤七确定的低冰点超薄磨耗层级配的沥青混合料按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTGE20-2011成型试件，分别进行高温稳定性实验、低温抗裂性实验、水稳定形实验、抗滑性实验以及有效成分释放性能试验；九、根据步骤八测试得到的性能可知，应用于路表的低冰点超薄磨耗层级配制备的试件满足《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTGE20-2011规范要求。

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