适于集料公称最大粒径＜26.5mm沥青混合料试件的垂直振动成型方法

摘要

本发明公开了一种适用于集料公称最大粒径＜26.5mm沥青混合料试件的垂直振动成型方法(VVTM)，包括拌制沥青混合料，并称取一个试件所需的用量；取出预热好的试模和垫块，将沥青混合料均匀装入试模中，并对沥青混合料插捣，插捣后将混合料表面整平成凸圆弧面；检查试模内沥青混合料温度，待混合料达到要求的压实温度后，将试模连同垫块固定到振动压实仪上，并对试模内沥青混合料振动压实60±5s。振动压实结束后，量取试件高度，如不符合标准高度要求，试件作废，并根据实际高度调整一个试件所需沥青混合料用量，重新制备试件直至高度符合要求，最后将装有试件的试模冷却至室温后，脱出试件。该方法操作简便、模拟效果好、结果可靠。

说明书

技术领域

本发明属于交通土建工程应用技术领域，具体涉及一种适用于集料公称 最大粒径＜26.5mm沥青混合料的垂直振动成型方法（VVTM）。该方法制备 的圆柱体试件尺寸为Φ100mm×h63.5mm，以供实验室进行沥青混合料物理 力学性能试验使用。该方法操作简便，试件性能的测试结果能客观反映压实 沥青混合料性能，且重现性好。

背景技术

公称最大粒径＜26.5mm沥青混合料试件成型方法主要有马歇尔击实 法、Hveem搓揉法、GTM或SGC旋转压实法和轮碾法等。Hveem法、GTM 或SGC法所用成型设备昂贵，大面积推广有困难；轮碾法不适用于圆柱体 试件。目前，马歇尔击实方法是世界各国普遍盛行的圆柱体试件制备方法。

我国沥青混合料普遍采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTG E20-2011）》（简称JTG E20-2011）中马歇尔击实法成型试件，其主要方法如 下：

（1）按JTG E20-2011规定，首先做好准备工作，然后拌制沥青混合料， 并称取一个试件所需的混合料用量，约1200g；

（2）从烘箱中取出预热的试模及套筒，用沾有少许黄油的棉纱擦拭套 筒、垫块及击实锤底面。将试模装在垫块上，并使底部平整，垫一张圆形的 吸油性小的圆纸，将混合料均匀装入试模中，然后沿周边插捣15次，中间 10次，插捣后将沥青混合料表面整平成凸圆弧面；

（3）插入温度计至混合料中心附近，检查混合料温度。待混合料达到 要求的压实温度后，将试模连同底座固定在击实台上固定，在试模内混合料 顶面垫一张吸油性小的圆纸，再将装有击实锤及导向棒的压实头放入试模 中。开启电机，使击实锤从457mm高度自由下落，对试件的两面分别以同 样的方式击实，击实次数均为75次；

（4）击实结束后，立即去除上下面的纸，量取试件离试模上口的高度， 并由此计算试件高度。高度不符合要求时，试件应作废，并按公式①调整试 件的混合料质量，以保证试件高度符合63.5±1.3mm的要求；

①

（5）卸去套筒和底座，将装有试件的试模横向放置冷却至室温后，脱 出试件。

马歇尔击实法具有以下局限性：

（1）马歇尔方法击实功缺乏与交通量的联系。成型试件密度无法反映 通车多年后路面密度，而易造成工程浪费或者路面早期车辙；

（2）马歇尔击实方法已不适应现代交通发展需要。现行马歇尔击实法 的击实功是根据20世纪80年代初的交通量提出的，而目前干线公路的交通 状况已发生了显著的变化，呈现“大流量、重轴载”特点，显然马歇尔击实 得到的试件密度已不能与现代交通荷载作用多年的路面最终密度相一致；

（3）马歇尔击实试件与路面的相关性较差。马歇尔方法击实方式无法 较好模拟现场压实，成型试件的物理力学性能与实际芯样不吻合，因而难以 有效揭示材料组成结构与性能之间规律，这影响了材料组成的优化设计和沥 青混合料性能的提升。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种适用于集料公称最大粒径＜26.5mm沥青 混合料试件的垂直振动成型方法，该方法操作简便、模拟效果好、结果可靠。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种适用于集料公称最大粒径＜26.5mm沥青混合料试件的垂直振动成 型方法，其特征在于，按下列步骤进行：

（1）根据粘度曲线确定沥青混合料的拌和温度、压实温度，在满足“JTG E20-2011”试件制作条件下拌制沥青混合料，并称取一个试件所需的混合料 用量约1300g；

（2）取出预热好的试模和垫块，用隔离剂擦拭试模内侧、垫块及振动 锤底面，将垫块装入试模内并垫入一张吸油性小的圆形纸片，要求垫块底部 平整。然后将沥青混合料均匀装入试模中，并对混合料沿周边插捣15～20 次，中间10～15次，插捣后将沥青混合料表面整平成凸圆弧面；所述试模 的内径为100mm、高度为180mm，垫块厚度为40mm、直径为100mm；

（3）插入温度计至混合料中心附近，检查混合料温度。待混合料达到 要求的压实温度后，将试模连同垫块固定到振动压实仪上，在装好的混合料 顶面垫一张吸油性小的圆形纸片，放下振动锤使其与混合料接触并振动压实 60±5s；振动时间也可结合实际交通量和压实机械水平做相应调整；

所述振动压实仪要求垂直方向有激振力、水平方向激振力为零，其技术 指标为振动频率37±2Hz，名义振幅1.4±0.2mm，工作重量3.0±0.4kN，上车 系统1.2±0.2kN，下车系统1.8±0.2kN；

（4）振动压实结束后，将试模连同垫块从振动压实仪上取下，取掉试 件顶面的圆形纸片，量取试件高度。试件标准高度为63.5±1.3mm。如不符 合标准高度要求时，试件作废，并按公式①调整试件混合料质量，然后按步 骤（1）~（3）重新制备试件直到高度符合标准要求为止；

①

（5）将装有试件的试模冷却至室温后，从试模内脱出试件，并取掉试件 底面的圆形纸片。

本发明方法操作简便、模拟效果好、结果可靠。试件密度能较好的反映 通车多年后的路面密度，成型的沥青混合料试件与实际路面性能吻合。

附图说明

图1为本发明的垂直振动成型方法所用的试模和垫块尺寸（H11/C10表 示垫块和试模的配合精度）。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

按照本发明的技术方案，本实施例以罗蒋高速下面层AC-20沥青混合 料为例，试件的垂直振动成型方法如下：

1、原材料的选择

（1）原材料技术性质的测试

①沥青采用东海A级70#道路石油沥青，技术性质试验结果见表1；

表1：沥青技术性质

②粗集料采用浙江龙游的石灰岩碎石，技术性质试验结果见表2。

表2：粗集料的技术性质

③细集料采用浙江龙游生产的机制砂，技术性质试验结果见表3。

表3：细集料的技术性质

表观密度（g/cm³） 坚固性（%） 含泥量（%） 砂当量（%） 亚甲蓝值（g/kg） 棱角性（s） 2.648 5 6.3 67 9.7 30.5

④矿粉采用浙江龙游石灰石磨制的矿粉，技术性质试验结果见表4。

表4：矿粉技术性质

表观密度（g/cm³） 含水量（%） 亲水系数 加热安定性 2.721 0.4 0.76 -

（2）经检查，原材料各项技术指标均满足《公路沥青路面施工技术规 范》（JTG F40-2004）技术要求。

（3）沥青混合料最佳油石比取4.4%，矿料级配见表5。

表5：矿料级配范围

2、准备工作

（1）根据粘度曲线确定该沥青混合料的拌和温度为160℃~175℃、压实 温度为140℃~170℃,按JTG E20-2011规定将沥青放入烘箱中加热至175℃；

（2）按表6称取烘干后各规格集料和矿粉，并置于175℃烘箱中加热 4~5h；

表6：各档集料用量

集料尺寸（mm） 19~26.5 9.5~19 4.75~9.5 2.36~4.75 机制砂 矿粉 质量（g） 98 462 252 112 427 49

（3）用蘸有少许黄油的棉纱擦净试模及垫块，并置于100℃烘箱中加 热1h，其中试模及垫块尺寸如图1所示。

3、沥青混合料拌制

（1）将拌合好的1351g各规格集料置于预热至175℃的沥青混合料拌 合锅中，用小铲适当拌合；

（2）加入已加热好的沥青62g，开动拌和锅拌合90s；

（3）加入已经加热好的矿粉49g，开动拌和锅再次拌合90s。

4、沥青混合料试件制备

（1）称取1个试件所需的已拌和好的沥青混合料1357g，放入预热至 100℃的金属盘中；

（2）从烘箱中取出预热至100℃的试模和垫块，并用蘸有少许黄油的 棉纱擦拭试模内侧、垫块及振动锤底面。然后将垫块装入试模内并垫入一张 吸油性小的圆形纸片，要求垫块底部平整，用小铲将混合料均匀装入试模中， 然后用大螺丝刀沿周边插捣15次，中间10次。插捣后将沥青混合料表面整 平成凸圆弧面；

（3）插入温度计至装好的沥青混合料中心附近，测定沥青混合料温度 为145℃，符合JTG E20-2011要求的压实温度；

（4）在装好的混合料顶面垫一张吸油性小的圆纸，然后将试模连同垫 块固定到振动压实仪上，放下振动锤使其与沥青混合料接触，开启振动压实 仪振动压实60s。

振动压实仪参数配置为：振动频率37Hz，名义振幅1.4mm，工作重量 3.0kN，上车系统1.2kN，下车系统1.8kN；

（5）振动压实结束后，将试模连同垫块从振动压实仪上取下，立即取 掉试件顶面的圆形纸片，用游标卡尺量取试件高度为63.8mm，符合试件标 准高度为63.5±1.3mm要求；

（6）将装有成型试件的试模连同垫块冷却至室温，置脱模机上脱出试 件，并取掉试件底面的圆形纸片。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能 认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术 人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替 换，都应当视为属于本发明所提交的权利要求书确定专利保护范围。