[发明专利]一种基于集料形态的碎石封层响应面优化设计方法

说明书

本发明提供了一种基于集料形态的碎石封层响应面优化设计方法。先对不同形态的集料进行分类和规定设计范围，然后制备不同类型集料含量的碎石封层试件并对其碾压磨耗，记录不同磨耗次数下碎石封层试件的集料保持率，根据此集料保持率初步设计考虑集料形态的碎石封层响应面优化方法，最后采用design expert中Fit summary模块中的模型推荐选用建议拟合模型求取拟合模型公式，根据拟合模型公式求得不同形态集料的最佳配比设计结果；本发明通过调节碎石封层中不同形态集料的含量，改善碎石封层中集料间的嵌挤状况，充分发挥沥青胶结料的裹附效能，保证碎石封层具有较高的集料保持率。

技术领域

本发明属于道路工程领域，具体涉及路面处置的结构组合设计。

背景技术

碎石封层作为一种传统预防性养护技术，因其施工快速、经济方便，广泛应用于路表整形、路面抗滑与轻度破损修复。但是，受车辆重复荷载和极端温度应力作用，碎石封层轮迹带处的集料松散易磨、嵌固松弛，车轮碾压常伴碎石飞溅；同时，剥落区域极易诱发松散、裂缝等路面病害，甚至引发成片大面积集料脱落，严重影响道路服役寿命。因此，优化碎石封层混料的组成设计、挖掘影响碎石封层集料剥落的核心要素以及构建碎石封层高集料保持率的制备流程，是现阶段提升碎石封层耐久性与服役水平的关键环节。

目前，主要通过优化碎石封层中沥青胶结料的撒布量，以及采用树脂、橡胶、聚合物等改性手段提升沥青胶结料的粘附性，在一定程度上提高碎石封层的抗剥落性能。但是，一方面，受制于碎石封层集料粒径大、集料棱角性明显以及集料嵌入组合多样的问题，对于一些集料形态不佳的集料覆盖区域，例如片状、针状组合棱角状的集料覆盖区域，使胶结料难以有效裹俯集料棱角处，致使集料间的胶结料分布极不均匀，导致高强粘结性能的沥青胶结料无法充分发挥粘结效果；另一方面，集料作为碎石封层的主要结构部分，其分布形式和嵌入状态，与碎石封层的结构稳定性密接相关，然而目前国内外现行规范中，对于碎石封层的集料形态控制标准尚不统一，美国ASTM规范规定碎石封层中的针片状集料含量不高于10％，片状指数小于25％，而中国各地规范规定针片状集料的最大含量为10％～18％不等，上述规范的差异性为碎石封层的设计评价带来严重困扰。因此，如何在碎石封层混料组合设计中考虑不同集料形态因素，明确不同形态集料对碎石封层集料保持率的影响，是优化碎石封层混料组合设计与构建高集料保持率碎石封层的重要基础。

发明内容

本发明的目的是提供一种考虑集料形态的碎石封层响应面优化设计方法，以解决在碎石封层组合设计中不同形态集料对碎石封层集料保持率产生影响的问题，实现高集料保持率的碎石封层优化设计。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于集料形态的碎石封层响应面优化设计方法，包括以下步骤：

步骤1：对不同形态集料进行分类；

步骤2：规定不同形态集料的含量设计范围；

步骤3：确定上述不同形态集料的最佳洒布量和沥青的最佳洒布量，制备不同形态集料含量的碎石封层试件，分别记录不同磨耗次数下的不同形态集料含量的碎石封层试件的集料保持率；

步骤4：根据步骤2所规定不同形态集料的含量设计范围和步骤3所得不同形态集料含量的碎石封层试件的集料保持率，实现考虑集料形态的碎石封层响应面优化方案的初步设计；

步骤5：选择拟合模型，计算不同磨耗次数下的模型数据，判断模型数据是否符合拟合模型建议值，若不符合，调整不同磨耗次数的不同形态集料含量的碎石封层试件的集料保持率，直至模型数据符合模型拟合建议值，最终得到修正后的拟合模型公式，若符合，则直接得到修正后的拟合模型公式；

步骤6：构建不同形态集料的集料形态与集料保持率的三维响应面模型，根据上述修正后的拟合模型公式计算得到不同形态集料的最佳配比设计结果。