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知识 | 最佳油石比,有没有最佳?

作者: 发布时间:2018-09-05 浏览次数:42
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沥青是将沥青混合料结合在一起的粘结剂,确切的说是混合料的“筋”,因此沥青的重要性不言而喻。但是沥青并非一种完美的材料,它有效的工作温度低,而且对温度的敏感性较大,因此最佳沥青用量的确定就显得至关重要。

 

我国目前采用马歇尔法进行沥青混合料配合比设计,其中关键一个环节即为最佳油石比的确定,有没有想过:我们所得到的最佳油石比,真的是最佳吗?

 

根据沥青在混合料中的作用,沥青用量的决定原则应该是: 使混合料具有最佳的抗变形能力,但同时具有足够的抗裂能力, 抗老化性能及疲劳耐久性。

 

我国现行确定最佳油石比的方法

 

在油石比确定环节,行业标准JTG F40 规定以油石比或沥青用量为横坐标,以马歇尔试验的各项指标为纵坐标绘图,根据曲线及规范规定标准确定最佳油石比(沥青用量),基本流程如下(不包括具体细节,更多详细内容请参考JTG F40-2004规范附录B)。

 

前置工作:

 

已经得到一组初选级配

 

已经完成油石比预估

 

1)试验

 

采取初选级配,以预估的油石比为中值,按一定间隔(对密级配沥青混合料通常为0.5%,对沥青碎石混合料可适当缩小间隔为0.3%0.4),取5个或5个以上不同的油石比分别成型马歇尔试件,进行指标测试,并绘制指标(纵坐标)-油石比/沥青用量(横坐标)曲线。

 

2)确定OAC1

 

根据毛体积密度、稳定度、空隙率、VFA的曲线,分别选择密度最大值、稳定度最大值、目标空隙率(或中值)、沥青饱和度范围的中值对应的油石比(沥青用量)为a1a2a3a4,如下图所示。

 

201894153130463.jpg

OAC1=(a1+a2+a3+a4)/4

 

3)确定OAC2

 

对比除VMA外的各项指标与规范设计要求,确定沥青用量范围OACminOACmax,如下图粉色竖线即为最大、最小值,其中最大值由VFA得到,最小值由空隙率得到。

201894153144465.jpg

OAC2=(OACmin+OACmax)/2 

 

(4)确定最佳油石比OAC

 

OAC=(OAC1+OAC2)/2

 

马歇尔法确定最佳油石比的缺陷

 

沥青用量越大混合料抗裂性能越好,但是混合料抗变形能力不一定越好。与沥青本身的高低温矛盾一样,这又是一对很难协调的矛盾。具有最大抗变形能力的最佳沥青用虽适合抗车辙变形要求高的南方地区,但不一定适合抗裂能力要求高的北方地区。在最佳油石比计算时,没有考虑到气候、地理条件的差异,南北方完全按照相同的设计方法进行,这显然是不科学的。

 

《沥青混合料粘弹性力学及材料学原理》一书中提到,混合料的抗压强度是一条抛物线,而抗拉强度则是直线(如下图所示),如果油石比选择能够让抗压强度符合,那么抗拉强度则超出合格范围,反之亦然。

201894153153424.jpg

Superpave能解决问题吗?

 

Superpave采用了旋转压实法成型,在更大程度上,把混合料性能提高的重任强加于沥青,对于沥青来说,这显得有些无法承受。同样,Superpave也没有考虑到不同气候条件下沥青用量的区别,因此对于最佳沥青用量的设计方法,仍然有待改善。

 

部分内容摘自:《沥青混合料粘弹性力学及材料学原理》、《公路沥青路面施工技术规范》。


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