本发明涉及一种基于改进funk模型的热再生沥青混合料配合比设计方法,属于沥青混合料回收料回收再利用。
背景技术:
1、为了有效解决沥青混合料回收料(rap)处置问题,研究者通过一系列处理,包括翻挖、回收、破碎和筛分,制备了不同粒径的rap集料。接着,按照一定比例,将rap集料与新沥青和新集料进行混合,制备出热再生沥青混合料。
2、与新集料相比,rap集料表面含有老化沥青胶体,即rap沥青。因此,在热拌过程中,rap沥青将与新沥青发生部分共混,进而发挥沥青粘结剂的作用。为了进一步描述rap沥青与新沥青的共混状态,研究者提出了新-旧沥青共混度指标(dob);当dob为0时,rap沥青与新沥青不发生共混,即rap沥青引发“黑石效应”;当dob为1时,rap沥青与新沥青完全共混,即rap沥青完全发挥沥青粘结剂的作用。然而,现有沥青混合料配合比设计方法要么假定rap沥青引发“黑石效应”,要么假定rap沥青完全发挥沥青粘结剂作用。也就是说,采用现有方法开展热再生沥青混合料配合比设计要么造成混合料沥青含量过大,要么造成混合料沥青含量过低。这一趋势将随着rap集料掺量增加而愈加显著,最终都将导致沥青混合料各项性能降低。因此,提出一种考虑dob的热再生沥青混合料配合比设计方法,不仅对大掺量rap集料的适用工况提供了技术方案,同时对节省新沥青用量,提升rap集料掺量,以及提升rap利用率奠定了现实依据。但遗憾的是,但目前还没有关于这方面的报道。
技术实现思路
1、(一)要解决的技术问题
2、为了解决现有技术的上述问题,本发明提供一种热再生沥青混合料配合比设计方法。
3、(二)技术方案
4、为了达到上述目的,本发明采用的主要技术方案包括:
5、一种基于改进funk模型的热再生沥青混合料配合比设计方法,包括以下步骤:
6、s1、测得不同挡位rap(沥青混合料回收料)集料和新集料的累计筛余百分率;
7、s2、基于改进funk模型,计算矿质混合料目标级配曲线;所述改进funk模型如下公式:
8、
9、其中,d为矿质混合料中不同集料的粒径,ptar(d)为矿质混合料中不同粒径集料的目标累计筛余百分率,dmax为矿质混合料中最大集料粒径,dmin为矿质混合料中最小集料粒径,r为矿质混合料中rap集料所占比例,d为矿质混合料中rap集料的沥青膜厚度,d1为矿质混合料中最大粒径集料的沥青膜厚度,d2为矿质混合料中最小粒径集料的沥青膜厚度,dob为新-旧沥青共混度,q为模型参数;
10、s3、基于最小二乘法,计算最小残差平方和,从而确定不同挡位集料的掺量比例;最小残差平方和如下公式:
11、
12、其中,rss是残差平方和,di是矿质混合料第i种集料的粒径,pmix(di)是不同挡位集料掺量比例假定的情况下,合成级配后矿质混合料中粒径为i的集料的合成累计筛余百分率,ptar(di)是矿质混合料中粒径为i的集料的目标累计筛余百分率,n是矿质混合料中集料粒径的种数,通过公式(1)计算出ptar(di),再假定不同挡位集料掺量比例,计算pmix(di),由此可确定唯一rss;rss越小,表明当前假定的不同挡位集料比例越接近目标值。当rss最小时,相应的pmix(di)为不同挡位集料的目标掺量比例。
13、s4、在考虑rap沥青含量、新-旧沥青共混度和rap集料掺量的基础上,根据热再生沥青混合料中不同物相间的体积关系,计算新沥青用量;新沥青用量如下公式:
14、
15、其中,pa为新沥青与矿质混合料的比例,ρa为新沥青密度,vma为矿料间隙率,vv为空隙率,va为可参与共混的rap沥青比率,ptar(4.75)为粒径为4.75mm的集料的合成累计筛余百分率,λ为粒径大于等于4.75mm的rap集料表面老化沥青胶体比例,ρs为粒径大于等于4.75mm的集料振实密度。
16、如上所述的方法,优选地,热再生沥青混合料包括新沥青、rap集料和新集料。
17、如上所述的方法,优选地,在步骤s2中,q取值范围为0.35~0.75,当q取值越接近0.35时,矿质混合料中细集料占比越大,因此更有利于提升热再生沥青混合料的低温抗开裂性能,但不利于其高温稳定性。反之,q取值越接近0.75,矿质混合料中粗集料占比越大,因此更有利于提升热再生沥青混合料的高温稳定性,但不利于其低温抗开裂性能,因此q取值范围优选为0.35至0.75。
18、如上所述的方法,优选地,在步骤s4中,混合料体积参数vma、vv可根据公路沥青路面施工技术规范(jtg f40-2004)来确定。
19、如上所述的方法,优选地,在步骤s4中,va可根据如下公式获得:
20、
21、其中,γ是粒径小于4.75mm的rap集料表面老化沥青胶体比例,ρao是旧沥青密度。
22、如上所述的方法,优选地,在步骤s2中,粒径大于等于4.75mm的rap集料的d可根据如下公式计算:
23、
24、其中,sa是rap集料的比表面积,根据公路沥青路面施工技术规范jtg f40-2004中b.6.9-2来确定。
25、如上所述的方法,优选地,在步骤s2中,粒径小于4.75mm的rap集料的d根据如下公式计算:
26、
27、(三)有益效果
28、本发明的有益效果是:
29、1、本发明提出的一种基于改进funk模型的热再生沥青混合料配合比设计方法,其中,提出模型考虑了dob、va、r、λ、γ、d等与rap集料特征有关的参数,因此可以很好地用于不同rap集料掺量,以及不同老化程度rap沥青的热再生沥青混合料配合比设计,这不仅有效地提升了rap集料使用效率,还节省了新沥青用量。
30、2、本发明基于改进funk模型,计算得到的矿质混合料目标级配曲线位于ac级配区间范围内。也就是说,与sma级配相比,本发明计算所得的矿质混合料目标级配中细集料占比相对更大。因此相应的发明成果可用于低温抗开裂性能好,高温稳定性要求适中的路面、桥面、广场地面、跑道等工程的热再生沥青混合料配合比设计。
1.一种基于改进funk模型的热再生沥青混合料配合比设计方法,其特征在于,其包括以下步骤:
2.如权利要求1所述的设计方法,其特征在于,在步骤s2中,q取值范围为0.35~0.75。
3.如权利要求1所述的设计方法,其特征在于,在步骤s4中,混合料体积参数vma、vv根据公路沥青路面施工技术规范jtg f40-2004来确定。
4.如权利要求1所述的设计方法,其特征在于,在步骤s4中,va可根据如下公式获得:
5.如权利要求1所述的设计方法,其特征在于,在步骤s2中,粒径大于等于4.75mm的rap集料的d可根据如下公式计算:
6.如权利要求1所述的设计方法,其特征在于,在步骤s2中,粒径小于4.75mm的rap集料的d根据如下公式计算: