本发明涉及一种再生沥青混合料的配合比设计方法。
背景技术：
1、近年来，随着基建的大力发展，公路新建或改扩建工程愈发增多，公路总里程不断攀升，加上交通量同时也在逐年增大，重载车辆的数量同步增大，导致众多地区的沥青路面都已经出现不同程度的损坏情况。然而在所有高等级公路中，沥青路面占比约80％，新建或改扩建的工程中多数依然以新集料、新沥青来铺筑沥青路面，铺筑高等级路面的新集料(玄武岩、辉绿岩等)开采成本较高，导致性能优异的集料价格偏高，石油资源有限并且质量不稳定，需要大量使用进口沥青，导致沥青价格也一直居高不下，同时沥青路面的使用寿命较短，高速公路和一级公路的使用设计年限为15年；二级公路设计年限一般为12年；三、四级公路的使用设计年限为10年，结合超载现象较为严重，沥青路面的使用年限远远达不到设计要求，这就导致了每年都会有大量的路面需要翻新和重建，从而堆积了大量的旧沥青路面铣刨后的旧料(rap)，不仅占用土地资源还会对周边环境造成不同程度的影响。
2、虽然拌站已经开始使用再生沥青料(rap)与新集料和新沥青重新拌和生产沥青混合料，但是多数拌站仍处于粗放型应用的阶段，rap料掺量一般在25％-30％之间，对rap料的利用率偏低，盲目提高rap料掺量很容易造成出厂的热再生沥青混合料路用性能表现较差，导致路面产生病害。另外，不合理的厂拌热再生沥青混合料配合比设计很容易造成厂里现有粗rap料和细rap料用量分配不均的问题，造成原材料的资源浪费。
3、例如，目前国内厂拌热再生沥青混合料rap料掺量多数在30％左右，应用技术虽已成熟，但随着公路路面使用时间增加，之前的道路病害愈发增多，维修养护工作迫在眉睫，现有的30％rap料掺量无法与每年新增rap料的数量相匹配，这就造成了每年都会有大量的无法溯源的rap料存放堆积，不仅占用土地资源，还会对环境造成污染，而对于这些来源不明的rap料，如何合理地分配利用又成为了亟待解决的问题。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中的再生沥青混合料对rap料的利用率偏低以及粗/细rap料用量分配不均等缺陷，本发明提供了一种再生沥青混合料的配合比设计方法，该方法能够最大程度的提高rap料中旧集料以及旧沥青的利用率，同时保证设计出的再生沥青混合料的路用性能符合设计要求。
2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
3、第一方面，本发明提供一种再生沥青混合料的配合比设计方法，所述再生沥青混合料包括rap料、新矿料和新沥青；所述rap料包括至少两组rap料，各组rap料的粒径区间互不重叠；所述rap料的总掺量为30％-50％，百分比为所述rap料的质量与所述rap料和所述新矿料的质量之和的比；所述rap料的总掺量与所述新矿料的总掺量的和为100％；
4、再生沥青混合料的配合比设计方法包括以下步骤：
5、s1、根据各组rap料的沥青含量，确定各组rap料在所述再生沥青混合料中的掺量；其中，各组rap料之间的质量比等于各组rap料之间的沥青含量之比；
6、s2、利用马歇尔试验，确定所述新沥青在所述再生沥青混合料中的掺量。
7、本发明中，所述新沥青是指所述再生沥青混合料中额外添加的沥青，旧沥青是指所述再生沥青混合料中的所述rap料中本身含有的沥青。
8、本发明中，所述新矿料是指所述再生沥青混合料中额外添加的矿料，所有矿料是指所述再生沥青混合料中的所述rap料中本身含有的矿料与新矿料的总和。
9、本发明中，确定各组rap料在所述再生沥青混合料中的掺量的具体过程可为：预设各组rap料的总掺量，即所述rap料的总掺量为30％-50％，各组rap料的沥青含量之比即为各组rap料的掺量，联解得到各组rap料的掺量。
10、本发明中，所述抽提试验可为《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtg e20-2011)中t 0722-1993节的沥青混合料中沥青含量试验(离心分离法)(第276-279页)。
11、本发明中，所述抽提试验的步骤可包括：
12、将混合物静置8-10h，得到沥青抽提液；所述混合物包括rap料和有机溶剂；
13、将所述沥青抽提液离心不少于30min，得到上清液；
14、检测所述上清液中的沥青含量。
15、其中，所述有机溶剂可为常规有机溶剂，例如三氯乙烯或苯。所述混合物可进行加热，加热温度为本领域常规选择。所述离心的转速为本领域常规参数。
16、本发明中，获取各组rap料的沥青含量时，平行试验组的数量可为至少5组。
17、其中，当某组的rap料的所有平行试验组中测得的沥青含量的变异系数≤5％时，所述沥青含量为所有平行试验组中的rap料的沥青含量的均值。
18、其中，当某组的rap料的所有平行试验组中测得的沥青含量的变异系数>5％时，所述沥青含量为所有平行试验组中的rap料的沥青含量的中位数。
19、本发明中，所述rap料可分为至少3组。
20、其中，当所述rap料分为3组时，粒径可分别为0<d1≤10mm、10mm<d2≤15mm和15mm<d3≤25mm。
21、本发明中，按常规，所述rap料的技术指标满足现行规范要求。
22、其中，所述现行规范可为《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtg e20-2011)。
23、在本发明某具体实施方式中，粒径分别为0<d1≤10mm、10mm<d2≤15mm和15mm<d3≤25mm的3组rap料的性能如下表所示：
24、
25、在本发明某具体实施方式中，粒径分别为0<d1≤10mm、10mm<d2≤15mm和15mm<d3≤25mm的3组rap料的粒径分布结果如下表所示：
26、
27、在本发明某具体实施方式中，所述rap料的总掺量为50％，粒径分别为0<d1≤10mm、10mm<d2≤15mm和15mm<d3≤25mm的3组rap料的掺量分别为24％、12％和14％。
28、本发明中，所述rap料的总掺量可为50％。
29、本发明中，所述rap料的沥青含量为0-10％，且不为0，也不为10％。
30、本发明中，所述新矿料可包括集料。所述集料可包括至少两组集料，各组集料的粒径区间互不重叠。所述集料可分为5组，粒径可分别为15mm<d5#≤25mm、10mm<d4#≤15mm、5mm<d3#≤10mm、3mm<d2#≤5mm和0mm<d1#≤3mm。所述集料的表观相对密度可为2.72-2.75，例如2.726、2.733、2.734、2.737或2.743。所述集料的毛体积相对密度可为2.6-2.8，例如2.665、2.711、2.712、2.710或2.716。所述集料的吸水率可为0.4％-1.3％，例如0.49％、0.61％、0.68％、0.99％或1.25％。
31、相对密度为集料、矿粉的密度与同温度水的密度的比值。可按下列公式将吸水率求出：w＝(b-g)/g×100％，式中w为吸水率，g为集料的烘干的重量，b为集料的表干质量。
32、其中，所述集料又称骨料。骨料分为粗骨料和细骨料。混凝土的主要组成材料之一。主要起骨架作用和减小由于胶凝材料在凝结硬化过程中干缩湿胀所引起的体积变化，同时还作为胶凝材料的廉价填充料。有天然集料和人造集料之分，前者如碎石、卵石、浮石、天然砂等；后者如煤渣、矿渣、陶粒、膨胀珍珠岩等。颗粒视密度小于1700公斤/立方米的集料称轻集料，用以制造普通混凝土；特别重的集料，用以制造重混凝土，如防辐射混凝土。集料按颗粒大小分为粗集料和细集料，一般规定粒径大于4.75毫米者为粗集料，如碎石和卵石，粒径自小于4.75毫米者为细集料，如天然砂。
33、在本发明某具体实施方式中，各组集料的性能如下表所示：
34、 表观相对密度 毛体积相对密度 吸水率，％ 15mm<d≤25mm 2.733 2.711 0.49 10mm<d≤15mm 2.734 2.712 0.61 5mm<d≤10mm 2.737 2.710 0.68 3mm<d≤5mm 2.743 2.716 0.99 0<d≤3mm 2.726 2.665 1.25
35、在本发明某具体实施方式中，各组集料的粒径分布如下表所示：
36、
37、
38、在本发明某具体实施方式中，所述粒径可分别为15mm<d5#≤25mm、10mm<d4#≤15mm、5mm<d3#≤10mm、3mm<d2#≤5mm和0mm<d1#≤3mm的5组集料的掺量分别为16％、10％、10％、3％和11％，百分比为所述集料的质量与所述rap料和所述新矿料的质量之和的比。
39、本发明中，按常规，所述新矿料还可包括矿粉。
40、其中，所述矿粉是符合工程要求的石粉及其代用品的统称。是将矿石粉碎加工后的产物，是矿石加工冶炼等的第一步骤，也是最重要的步骤之一。矿粉的亲水系数是单位矿粉在同体积水(极性分子)中和同体积煤油(非极性分子)中的膨胀的体积之比值。在公路工程中矿粉的亲水系数<1的矿粉叫碱性矿粉。
41、在本发明某具体实施方式中，所述矿粉的表观相对密度为2.705。
42、在本发明某具体实施方式中，所述矿粉的毛体积相对密度为2.705。
43、在本发明某具体实施方式中，所述矿粉的粒径分布结果如下表所示：
44、 筛孔，mm 26.5 19.0 16.0 13.2 9.5 4.75 通过百分率，％ 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 筛孔，mm) 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075 通过百分率，％ 100.0 100.0 100.0 100.0 98.2 94.6
45、在本发明某具体实施方式中，所述矿粉的掺量为0。
46、本发明中，按常规，所述新矿料的技术指标满足现行规范要求。所述现行规范可为《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtg e20-2011)中的4.10节(第21页)。
47、本发明中，当所述新矿料包括集料和矿粉时，通过级配设计，确定所述集料和所述矿粉在所述再生沥青混合料中的掺量。所述级配设计的操作步骤可为《公路沥青路面施工技术规范》(jtg f40-2004)中的5.3节的操作步骤(第25-32页)。所述级配设计的类型可为ac-20c或ac-25c。
48、其中，当所述集料包括至少两组集料时，可通过级配设计，确定各组集料和所述矿粉在所述再生沥青混合料中的掺量。所述级配设计的具体步骤可包括：调整所述矿粉和各组集料的用量比，使合成级配在级配下限和级配上限之间。可将各组集料和所述矿粉的用量，根据对应的筛分通过率结果进行加权平均，并与行业标准的级配下限和级配上限进行比较，使得每组加权平均值均在级配下限和级配上限之间，并以接近级配中值为更优结果。
49、本发明中，所述马歇尔试验可为《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtge20-2011)中的t0709-2011节沥青混合料马歇尔稳定度试验(第224-228页)。
50、本发明中，所述马歇尔试验的步骤可包括：
51、根据某未掺rap的沥青混合料的油石比，估算马歇尔试件中新沥青的添加量；所述新沥青的添加量的估算中值为所述未掺rap的沥青混合料的油石比减去步骤s1中所述rap料中的总沥青含量，所述新沥青的添加量的估算上限值和下限值分别为所述新沥青的添加量的估算中值加上和减去0.3％；
52、以所述未掺rap的沥青混合料为原料成型马歇尔试件；同时，以所述新沥青的添加量为估算上限值、估算中值和下限值的掺rap的沥青混合料为原料成型马歇尔试件；其中，所述掺rap的沥青混合料的rap料的掺量为步骤s1中各组rap料的掺量，所述新矿料的掺量为步骤s2中新矿料的掺量；
53、掺rap的沥青混合料为原料成型的马歇尔试件中，体积指标与未掺rap的沥青混合料为原料成型的马歇尔试件更匹配的掺rap的沥青混合料为原料成型的马歇尔试件，对应的所述新沥青的添加量为最终新沥青掺量。
54、在本发明某具体实施方式中，所述新沥青的添加量为2.3％、2.0％或1.7％，百分比为新沥青的质量与所述再生沥青混合料中所有矿料的质量之比。
55、在本发明某具体实施方式中，所述未掺rap的ac-20c型厂拌热沥青混合料(简称未掺rap混合料)的油石比为4.1％，百分比为未掺rap混合料中所有沥青的质量与所有矿料的质量之比；所述新沥青的添加量为2.3％、2.0％或1.7％，百分比为新沥青的质量与马歇尔试件中所有矿料的质量之比。
56、本发明中，所述新沥青的技术指标满足现行规范要求。所述现行规范可为《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtg e20-2011)。
57、本发明中，所述新沥青的性能指标可满足下表：
58、
59、在本发明某具体实施方式中，所述新沥青为70#基质沥青，其性能见下表：
60、
61、本发明中，所述再生沥青混合料的路用性能经验证，可满足相应的技术指标。所述技术指标可为《公路沥青路面施工技术规范》(jtg f40-2004)。所述路用性能为本领域常规性能，例如高温性能、低温性能或水稳定性。
62、本发明中，所述再生沥青混合料的配合比设计方法可应用于路面的中面层或下面层。
63、在不违背本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
64、本发明所用试剂和原料均市售可得。
65、本发明的积极进步效果在于：
66、(1)本发明可对无法溯源的rap料直接进行掺配生产应用，不仅优化了rap料在实际生产应用中造成的资源浪费情况，还能够在生产过程中充分发挥各组rap料性能效果，对rap料资源进行合理应用，提高了rap料掺量的同时避免原材料过加的问题，极大地节约工程成本；
67、(2)本发明不仅能够提高厂拌热再生沥青混合料的高温性能，同时还能够保证厂拌热再生沥青混合料的路用性能，例如抗低温开裂及抗水损害性能。
1.一种再生沥青混合料的配合比设计方法，其特征在于，所述再生沥青混合料包括rap料、新矿料和新沥青；所述rap料包括至少两组rap料，各组rap料的粒径区间互不重叠；所述rap料的总掺量为30％-50％，百分比为所述rap料的质量与所述rap料和所述新矿料的质量之和的比；所述rap料的总掺量与所述新矿料的总掺量的和为100％；
2.根据权利要求1所述的再生沥青混合料的配合比设计方法，其特征在于，经抽提试验确定各组rap料的沥青含量；所述抽提试验的步骤较佳地包括：将混合物静置8-10h，得到沥青抽提液；所述混合物包括rap料和有机溶剂；将所述沥青抽提液离心不少于30min，得到上清液；检测所述上清液中的沥青含量；所述有机溶剂较佳地为三氯乙烯或苯；所述混合物较佳地进行加热；
3.根据权利要求2所述的再生沥青混合料的配合比设计方法，其特征在于，获取各组rap料的沥青含量时，满足以下条件①或②：
4.根据权利要求1所述的再生沥青混合料的配合比设计方法，其特征在于，所述rap料满足以下条件①和②中的至少一种：
5.根据权利要求1所述的再生沥青混合料的配合比设计方法，其特征在于，所述新矿料包括集料；所述集料较佳地包括至少两组集料，各组集料的粒径区间互不重叠；所述集料较佳地分为5组，粒径较佳地分别为15mm<d5#≤25mm、10mm<d4#≤15mm、5mm<d3#≤10mm、3mm<d2#≤5mm和0mm<d1#≤3mm；
6.根据权利要求5所述的再生沥青混合料的配合比设计方法，其特征在于，当所述新矿料包括集料和矿粉时，通过级配设计，确定所述集料和所述矿粉在所述再生沥青混合料中的掺量；较佳地，所述级配设计的类型为ac-20c或ac-25c；
7.根据权利要求5所述的再生沥青混合料的配合比设计方法，其特征在于，所述集料满足以下条件①-⑥中的至少一种：
8.根据权利要求5所述的再生沥青混合料的配合比设计方法，其特征在于，所述矿粉的粒径分布结果如下表所示：
9.根据权利要求1所述的再生沥青混合料的配合比设计方法，其特征在于，所述新沥青为70#基质沥青，其性能较佳地见下表：
10.根据权利要求1所述的再生沥青混合料的配合比设计方法，其特征在于，所述马歇尔试验的步骤包括：
