一种沥青混合料纤维复掺比例的确定方法

1.本发明属于道路工程材料技术领域，尤其是涉及一种沥青混合料纤维复掺比例的确定方法。


背景技术：

2.纤维作为常见的外掺剂加入沥青混合料中可显著提高沥青混合料的路用性能，还可以延缓路面反射裂缝，有利于解决沥青路面早期病害问题。纤维对沥青混合料的增强效果以及制造成本各有不同，通过复掺工艺可以使沥青混合料性能得到加强的同时也可以降低混合料的生产成本；然而对于纤维复掺类型以及复掺的比例缺乏系统深入的研究。
3.沥青混合料的动态模量是进行路面结构分析的主要参数，由于室内试验的局限性，不能得到材料在任意状态下的参数，因此须得到动态模量的主曲线进行参数提取。现有规范选用20℃时的动态模量值作为评价指标，但是不适用于评价纤维复掺比例对于沥青混合料动态模量的影响；因为在20℃时纤维比例改变对于沥青混合料动态模量之的影响较小，反映不出纤维比例带来的影响。


技术实现要素：

4.发明目的：本发明目的之一旨在提供一种量化纤维复掺比例与沥青混合料性能的沥青混合料纤维复掺比例的确定方法。
5.技术方案：本发明所述的沥青混合料纤维复掺比例的确定方法，包括以下步骤：
6.步骤1、制作不同纤维复掺比例的沥青混合料的标准试件；
7.步骤2、在设定温度下对不同纤维比例的标准试件施加半正弦波轴向压应力；
8.步骤3、收集不同纤维比例的沥青混合料的动态模量数据，得到一条动态模量主曲线；
9.步骤4、根据动态模量主曲线的低频区域以及高频区域计算纤维比例对于沥青混合料动态模量影响的差值比例系数，根据实际使用情况选择合理的纤维比例的沥青混合料。
10.其中，所述步骤1中制作标准试件，包括以下步骤：
11.步骤11、成型三种样品纤维比例分别为x:y、m:n以及a:b的旋转压实沥青混合料试件1、试件2、试件3；其中，x:y、m:n以及a:b表示对应试件木质素纤维与短切玄武岩纤维的比例，对应的取值范围为3：1到1：3；
12.步骤12、使用内径为100mm钻芯机进行取样并对试件两端进行打磨；
13.步骤13、打磨后得到高度150～155mm、直径100～110mm的圆柱形试件，并贴上对应的标记。
14.其中，所述步骤3中动态模量主曲线通过室内试验所得的动态模量数值，采用时温等效原理将不同温度或频率下的数据进行平移得到；不同纤维比例的动态模量主曲线设置于同一坐标轴中。
15.其中，所述纤维比例对于沥青混合料动态模量影响的差值比例系数的计算包括，按照不同比例的纤维沥青混合料拟合的动态模量主曲线，在低频区域计算纤维复掺比例对沥青混合料动态模量影响的差值比例系数，差值比例系数k1的计算公式为：
16.k1＝(d
1-d3)/(d
2-d3)；
17.式中：k1为低频区域纤维沥青混合料的差值比例系数,d1为频率为f1时试验试件1的动态模量值，d2为频率为f1时试验试件2的动态模量值，d3为频率为f1时试验试件3的动态模量值。
18.其中，所述f1的取值范围是10-6
hz～10-2
hz。
19.其中，所述标准试件3为对照组，当比例系数k≥1时选择试件1作为低频时最佳纤维复掺比例。
20.其中，所述纤维比例对于沥青混合料动态模量影响的差值比例系数的计算包括，按照不同比例的纤维沥青混合料拟合的动态模量主曲线，在高频区域计算纤维复掺比例对沥青混合料动态模量影响的差值比例系数，差值比例系数k2的计算公式为：
21.k2＝(d
6-d5)/(d
6-d4)；
22.式中：k2为高频区域纤维沥青混合料的差值比例系数，d4为频率为f2时试验试件1的动态模量值，d5为频率为f2时试验试件2的动态模量值，d6为频率为f2时试验试件3的动态模量值。
23.其中，所述f2的取值范围是102hz～106hz。
24.其中，所述标准试件3为对照组，当比例系数k≤1时选择试件1作为高频时最佳纤维复掺比例。
25.有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著的进步：充分考虑了纤维比例对于沥青混合料的影响，通过比例系数建立起纤维比例与混合性能之间的联系，量化了纤维复掺比例对于沥青混合料性能的影响，相关人员可以针对应用场景以及所需性能针对性的选用相应的纤维复掺比例；同时，本发明在不同温度下，进行了纤维复掺比例对于沥青混合料性能影响的实验，增大了纤维比例对于沥青混合料性能的影响，使得纤维比例的选用更精确。
附图说明
26.图1为各纤维比例室内试验动态模量值；
27.图2为各比例纤维拟合而成的动态模量主曲线图。
具体实施方式
28.如图1所示，本发明中基于动态模量主曲线拟合的沥青混合料纤维复掺比例确定方法，主要包括以下步骤：试件制备：从旋转压实成型的不同纤维复掺比例的沥青混合料中钻芯取样标准试件。首先成型三种试件纤维比例分别为x:y、m:n、a:b的旋转压实沥青混合料试件1、试件2、试件3，其中，x:y、m:n以及a:b表示对应试件木质素纤维与短切玄武岩纤维的比例，对应的取值范围为3：1到1：3；在本实施例中，三组试件的比例依次是2：1、1：1以及1：2；随后通过内径为100mm钻芯机进行取样并对试件两端进行打磨，最后形成高度150mm、直径100mm的圆柱形试件。试件加载：在设定温度下对试件施加轴向压应力；对试件施加半
正弦波轴向应力试验荷载，在设定的温度(-10℃～50℃)下从25hz～0.1hz由高频至低频重复加载进行试验；数据收集：收集沥青混合料的动态模量数据，进行处理将室内试验所得的动态模量数值，采用时温等效原理将不同温度或频率下的数据进行平移，得到不同纤维比例的动态模量主曲线，将不同试件的主曲线放到同一坐标轴中；数据分析：根据动态模量主曲线的低频区域以及高频区域计算纤维比例对于沥青混合料动态模量影响的差值比例系数。
29.按照图2不同比例的纤维沥青混合料拟合的动态模量主曲线，其中，步骤1中制作标准试件，包括以下步骤：成型三种试件纤维比例分别为x:y、m:n以及a:b的旋转压实沥青混合料试件1、试件2、试件3；使用内径为100mm钻芯机进行取样并对试件两端进行打磨；打磨后得到高度150mm、直径100mm的圆柱形试件，并贴上对应的标记。
30.动态模量主曲线通过室内试验所得的动态模量数值，采用时温等效原理将不同温度或频率下的数据进行平移得到；由于沥青是一种溶-凝胶型材料，在低温阶段，表现为弹性，材质较硬，沥青与矿料具有较好的粘结性；在高温阶段，表现为黏性，抗变形能力较差。故高频时，动态模量越小越好，低频时，动态模量越大越好；不同纤维比例的动态模量主曲线设置于同一坐标轴中。纤维比例对于沥青混合料动态模量影响的差值比例系数的计算包括，按照不同比例的纤维沥青混合料拟合的动态模量主曲线，在低频区域计算纤维复掺比例对沥青混合料动态模量影响的差值比例系数，差值比例系数k1的计算公式为：
31.k1＝(d
1-d3)/(d
2-d3)；
32.式中：k1为低频区域纤维沥青混合料的差值比例系数,d1为频率为f1时试验试件1的动态模量值，d2为频率为f1时试验试件2的动态模量值，d3为频率为f1时试验试件3的动态模量值；f1的取值范围是10-6
hz～10-2
hz。标准试件3为对照组，当比例系数k1≥1时选择试件1作为低频时最佳纤维复掺比例。纤维比例对于沥青混合料动态模量影响的差值比例系数的计算包括，按照不同比例的纤维沥青混合料拟合的动态模量主曲线，在高频区域计算纤维复掺比例对沥青混合料动态模量影响的差值比例系数，差值比例系数k2的计算公式为：
33.k2＝(d
6-d5)/(d
6-d4)；
34.式中：k2为高频区域纤维沥青混合料的差值比例系数，d4为频率为f2时试验试件1的动态模量值，d5为频率为f2时试验试件2的动态模量值，d6为频率为f2时试验试件3的动态模量值；f2的取值范围是102hz～106hz。标准试件3为对照组，当比例系数k2≤1时选择试件1作为高频时最佳纤维复掺比例。
35.根据图二拟合的动态模量主曲线选择低频区的频率0.001hz，高频区的1000hz，数据下表所示。
[0036][0037]
低频区k1＝1.79，高频区k2＝0.31；
[0038]
综上可知，按本发明所提出的纤维复掺比例确定方法三种样品选择试件1。该评价方法可以量化表征纤维沥青混合料的温度敏感性从而确定纤维比例的复掺方法，可以针对应用场景以及所需性能针对性的选用相应的纤维复掺方法。
[0039]
本发明中的沥青混合料纤维复掺比例的确定方法，本发明以规范jtge-20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》为准，对含不同纤维的沥青混合料进行评价。本发明提出在设定温度环境下对标准试件施加半正弦波轴向应力试验荷载，对得到的动态模量数据根据时温等效性进行拟合，分析相应频率下的动态模量差值以及比例，从而得到温度敏感性系数，用于纤维复掺比例的确定。该评价方法可以量化表征纤维复掺比例的改变对于沥青混合料的高低温性能的影响，对纤维复掺比例的选择起到指导作用。

技术特征：
1.一种沥青混合料纤维复掺比例的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、制作不同纤维复掺比例的沥青混合料的标准试件；步骤2、在设定温度下对不同纤维比例的标准试件施加半正弦波轴向压应力；步骤3、收集不同纤维比例的沥青混合料的动态模量数据，得到一条动态模量主曲线；步骤4、根据动态模量主曲线的低频区域以及高频区域计算纤维比例对于沥青混合料动态模量影响的差值比例系数，根据实际使用情况选择合理的纤维比例的沥青混合料。2.根据权利要求1所述的一种沥青混合料纤维复掺比例的确定方法，其特征在于，所述步骤1中制作标准试件，包括以下步骤：步骤11、成型三种样品纤维比例分别为x:y、m:n以及a:b的旋转压实沥青混合料试件1、试件2、试件3；其中，x:y、m:n以及a:b表示对应试件木质素纤维与短切玄武岩纤维的比例，对应的取值范围为3：1到1：3；步骤12、使用内径为100mm钻芯机进行取样并对试件两端进行打磨；步骤13、打磨后得到高度150～155mm、直径100～120mm的圆柱形试件，并贴上对应的标记。3.根据权利要求1所述的一种沥青混合料纤维复掺比例的确定方法，其特征在于，所述步骤3中动态模量主曲线通过室内试验所得的动态模量数值，采用时温等效原理将不同温度或频率下的数据进行平移得到；不同纤维比例的动态模量主曲线设置于同一坐标轴中。4.根据权利要求1所述的一种沥青混合料纤维复掺比例的确定方法，其特征在于，所述纤维比例对于沥青混合料动态模量影响的差值比例系数的计算包括，按照不同比例的纤维沥青混合料拟合的动态模量主曲线，在低频区域计算纤维复掺比例对沥青混合料动态模量影响的差值比例系数，差值比例系数k1的计算公式为：k1＝(d
1-d3)/(d
2-d3)；式中：k1为低频区域纤维沥青混合料的差值比例系数,d1为频率为f1时试验试件1的动态模量值，d2为频率为f1时试验试件2的动态模量值，d3为频率为f1时试验试件3的动态模量值。5.根据权利要求4所述的一种沥青混合料纤维复掺比例的确定方法，其特征在于，所述f1的取值范围是10-6
hz～10-2
hz。6.根据权利要求4所述的一种沥青混合料纤维复掺比例的确定方法，其特征在于，所述标准试件3为对照组，当比例系数k1≥1时选择试件1作为低频时最佳纤维复掺比例。7.根据权利要求1所述的一种沥青混合料纤维复掺比例的确定方法，其特征在于，所述纤维比例对于沥青混合料动态模量影响的差值比例系数的计算包括，按照不同比例的纤维沥青混合料拟合的动态模量主曲线，在高频区域计算纤维复掺比例对沥青混合料动态模量影响的差值比例系数，差值比例系数k2的计算公式为：k2＝(d
6-d5)/(d
6-d4)；式中：k2为高频区域纤维沥青混合料的差值比例系数，d4为频率为f2时试验试件1的动态模量值，d5为频率为f2时试验试件2的动态模量值，d6为频率为f2时试验试件3的动态模量值。8.根据权利要求7所述的一种沥青混合料纤维复掺比例的确定方法，其特征在于，所述f2的取值范围是102hz～106hz。
9.根据权利要求7所述的一种沥青混合料纤维复掺比例的确定方法，其特征在于，所述标准试件3为对照组，当比例系数k≤1时选择试件1作为高频时最佳纤维复掺比例。

技术总结
本发明公开了一种沥青混合料纤维复掺比例的确定方法，包括以下步骤：制作不同纤维复掺比例的沥青混合料的标准试件；在设定温度下对不同纤维比例的标准试件施加半正弦波轴向压应力；收集不同纤维比例的沥青混合料的动态模量数据，得到一条动态模量主曲线；根据动态模量主曲线的低频区域以及高频区域计算纤维比例对于沥青混合料动态模量影响的差值比例系数，根据实际使用情况选择合理的纤维比例的沥青混合料充分考虑了纤维比例对于沥青混合料的影响，通过比例系数建立起纤维比例与混合性能之间的联系，量化了纤维复掺比例对于沥青混合料性能的影响，相关人员可以针对应用场景以及所需性能针对性的选用相应的纤维复掺比例。例。例。


技术研发人员：寇长江 孙智伟 陈子恺 肖鹏 康爱红 吴正光
受保护的技术使用者：扬州大学
技术研发日：2023.06.13
技术公布日：2023/10/5