专利摘要

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。

权利要求

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：

(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；

(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。

2.按照权利要求1所述的基于路用性能的AC-20改性沥青混合料设计方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

(1)选取分形维数

AC-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：

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；

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；

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；

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；

(2)计算矿料通过率

由选取的分形维数值，代入式(1-1)和式(1-2)：

当r∈(PCS,NMPS)时，

当r∈(0.075，PCS)时，

P(r)=r3-Df-rmin3-DfPCS3-Df×P(PCS)=r3-Df-rmin3-DfPCS3-Df-rmin3-Df×PCS32-DC-rmin3-DCNMPS3-DC-rmin3-DC×P0---(1-2)

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；

(3)预测路用性能

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：

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；

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；

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；

其中，DS为动稳定度，ε_B为破坏应变，DSR为动稳定度比；

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；

(4)级配检验

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：

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；

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；

V_co≥V_f，1.1394D_c-1.4154D_f≤0.4891；

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；

(5)试验检验

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。

说明书

技术领域

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。

背景技术

长期以来，沥青混合料的配合比设计方法一直是道路研究者和建设者的研究重点。目前世界上大多数国家采用马歇尔方法设计沥青混合料，我国也不例外。但是，经过多年的工程实践检验之后，人们逐渐认识到马歇尔试验方法存在诸多不足，如试件成型与实际施工过程有差异，试件成型方法不能模拟行车压实，不能反映、优化和预测路面的使用性能等，虽然马歇尔试验各项指标都满足规范要求，但是路面使用性能不良、车辙等病害严重。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明提供一种基于路用性能的AC-20改性沥青混合料设计方法，将沥青混合料的设计方法与路用性能联系起来，通过优化设计减少不必要的试验量。

本发明的技术方案是：

一种基于路用性能的AC-20改性沥青混合料设计方法，该设计方法的过程如下：

(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；

(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。

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：

(1)选取分形维数

AC-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：

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；

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；

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；

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；

(2)计算矿料通过率

由选取的分形维数值，代入式(1-1)和式(1-2)：

当r∈(PCS,NMPS)时，

当r∈(0.075，PCS)时，

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；

(3)预测路用性能

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：

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；

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；

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；

其中，DS为动稳定度，ε_B为破坏应变，DSR为动稳定度比；

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；

(4)级配检验

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：

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；

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；

V_co≥V_f，1.1394D_c-1.4154D_f≤0.4891；

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；

(5)试验检验

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。

本发明的优点及有益效果如下：

1、针对我国现行规范沥青混合料设计方法-马歇尔设计方法的不足，结合我国东北地区气候、交通、材料等特点，在国内外研究成果和实践经验的基础上，对AC-20改性沥青混合料进行高、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，建立了AC-20改性沥青混合料级配检验预测模型。

2、本发明建立了AC-20改性沥青混合料及其集料空隙分形特征参数、集料级配分形维数与体积指标、高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性等评价指标的关系，建立了适用于东北地区使用的AC-20改性沥青混合料路用性能预测模型。

3、本发明提出东北地区基于路用性能的沥青混合料设计方法，使沥青混合料的设计方法与路用性能联系起来，在沥青混合料级配设计计算过程中实现优化，节省了时间，人力、物力和财力，具有重要的研究意义。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细描述。

实施例1

本实施例中，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：

1.选取分形维数

如表1所示，所提出的AC-20改性沥青混合料级配的分形维数D、D_C和D_f的范围是在满足路用性能的前提下推导出来的综合范围，建议在分形维数的范围内取值。

表1 AC-20改性沥青混合料满足路用性能要求的分形维数范围

2.计算矿料通过率

由选取的分形维数值，代入式(1-1)和式(1-2)

当r∈(PCS,NMPS)时，

当r∈(0.075，PCS)时，

式中，PCS(primary control sieve between coarse and fine aggregate)为粗细集料的分界点尺寸，mm；NMPS(normal maximum particle sieve)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，简称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。

3.预测路用性能

经多方案比选，推荐采用的AC-20改性沥青混合料路用性能预测模型，如表2所示。

表2 AC-20改性沥青混合料路用性能预测模型

其中，DS为动稳定度，ε_B为破坏应变，DSR为动稳定度比。

通过表2中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、低温和水稳定性能进行预测。预测模型中，需要通过分形维数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。

4.级配检验

根据研究成果，按所建立的分形体积参数与分形维数之间的相关模型进行级配检验。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。AC-20改性沥青混合料级配检验预测模型，如表3所示。

表3 AC-20改性沥青混合料级配检验预测模型

5.试验检验

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等路用性能检验，如均满足要求，则设计的级配为合格。如不满足要求，查找原因，及时更正，或按前述方法步骤重新设计级配，直至满足要求为止。

实施例结果表明，本发明根据东北地区的气候、交通和材料等特点，参考现行规范中的要求，提出东北地区沥青路面广泛应用的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预测，利用级配检验预测模型进行级配骨架检验，最后对满足路用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。从而优化设计，减少不必要的试验量。

一种基于路用性能的AC-20改性沥青混合料设计方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。