[发明专利]一种基于路用性能的AC-20改性沥青混合料设计方法

摘要

本发明属于道路工程技术领域，特别是涉及一种基于路用性能的AC‑20改性沥青混合料设计方法。根据东北地区的气候、交通和材料特点，通过大量的路用性能试验，应用分形理论建立沥青混合料路用性能预测模型和级配检验预测模型；参考现行规范中的要求，提出东北地区沥青路面满足路用性能要求的沥青混合料集料级配分形维数和粗、细集料分形维数的范围；在所提出的范围内选择相应的分形维数作为设计参数，通过分形维数推导矿料各筛孔的通过率，通过建立的路用性能预测模型进行沥青混合料路用性能检验，利用级配检验预测模型进行级配骨架检验，最后对满足预测性能要求的沥青混合料进行试验验证，进而得到满足性能要求的良好级配。

主权项

1.一种基于路用性能的AC-20改性沥青混合料设计方法，其特征在于，该设计方法的过程如下：/n(1)通过对AC-20改性沥青混合料进行高温、低温和水稳定性试验研究，利用分形理论建立沥青混合料及其集料内部空隙的分形结构模型，提出表征混合料及其集料空隙分形特征的参数，建立AC-20改性沥青混合料路用性能预测模型和级配检验预测模型；/n(2)在满足路用性能要求的沥青混合料集料级配分形维数和粗集料、细集料分形维数的范围内，选择相应的分形维数作为设计参数，通过分形维数推导矿料各筛孔的通过率，通过建立的路用性能预测模型进行沥青混合料路用性能检验，利用级配检验预测模型进行级配骨架检验，最后对满足预测性能要求的沥青混合料进行试验验证，进而得到满足性能要求的良好级配；/n所述的基于路用性能的AC-20改性沥青混合料设计方法，具体包括如下步骤：/n(1)选取分形维数/nAC-20改性沥青混合料级配满足路用性能要求的分形维数D、D_C和D_f的范围为：/n高温稳定性的分形维数D＝2.4535～2.5835，D_C＝2.3988～2.6229，D_f＝2.3127～2.5468；/n低温抗裂性的分形维数D＝2.3388～2.5835，D_C＝2.3048～2.5171，D_f＝2.3734～2.5870；/n水稳定性的分形维数D＝2.4171～2.5993，D_C＝2.4080～2.6102，D_f＝2.3420～2.5669；/n综合性能的分形维数D＝2.4535～2.5835，D_C＝2.4080～2.5171，D_f＝2.3734～2.5468；/n(2)计算矿料通过率/n由选取的分形维数值，代入式(1-1)和式(1-2)：/n当r∈(PCS,NMPS)时，/n当r∈(0.075，PCS)时，/n /n式中，PCS为粗细集料的分界点尺寸，mm；NMPS为公称最大粒径尺寸，mm；r为集料颗粒粒径尺寸大小，用筛孔尺寸大小表示，mm；r_min为集料颗粒最小粒径尺寸，mm；D为集料颗粒粒径分布的分形维数，即为集料级配分形维数；Dc为集料颗粒粒径在NMPS～PCS范围内级配分形维数，即为粗集料分形维数；D_f为集料颗粒粒径在PCS～0.075mm范围内级配分形维数，即为细集料分形维数；P₀为公称最大粒径NMPS处的通过率；P(PCS)为粗细集料分界点尺寸通过率；P(r)为集料颗粒粒径r处的通过率；/n(3)预测路用性能/n经过方案比选，采用的AC-20改性沥青混合料路用性能预测模型如下：/n高温稳定性的预测模型，DS＝3206.5+16056.8D-2605.5D_c-14025.4D_f，回归系数0.9370；/n低温抗裂性的预测模型，ε_B＝-524.3-2779.6D+2999.9Dc+1210.9D_f，回归系数0.9446；/n水稳定性的预测模型，DSR＝-1.2919+0.3012D+0.3414D_c+0.2462D_f，回归系数0.9417；/n其中，DS为动稳定度，ε_B为破坏应变，DSR为动稳定度比；/n依据所建立的路用性能预测模型对AC-20改性沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性能进行预测；预测模型中，通过分形维数D、D_c、D_f计算各指标预测值；如果不满足路用性能要求，在推荐范围内重新选取分形维数，直到预测结果均满足路用性能要求为止；/n(4)级配检验/n按所建立的分形体积参数与分形维数之间的相关预测模型进行级配检验，预测模型如下：/n粗集料分形体积空隙率V_co＝-1.5783-0.4599D_c+1.2698D_f，回归参数R²＝0.9439；/n细集料在粗集料中的分形体积V_f＝-1.0892+0.6795D_c-0.1456D_f，回归参数R²＝0.9741；/nV_co≥V_f，1.1394D_c-1.4154D_f≤0.4891；/n将满足路用性能要求的级配的粗、细集料分形维数代入粗集料分形空隙率V_co和细集料在粗集料中的分形体积V_f预测模型进行预测和检验；当粗集料的分形空隙率V_co大于细集料在粗集料中的分形体积V_f时，粗集料能够形成有效的骨架；如未形成骨架，调节分形维数，直至形成骨架；/n(5)试验检验/n对满足上述步骤的级配，进行沥青混合料的高温稳定性、低温性能和水稳定性路用性能检验；如均满足要求，则设计的级配为合格；如不满足要求，按前述方法步骤重新设计级配，直至满足要求为止。/n