一种基于结团率定量表征与双关键筛孔控制的RAP四档精细分档方法

本发明属于道路工程与再生沥青混合料设计，涉及一种基于结团率定量表征与双关键筛孔控制的rap四档精细分档方法。

背景技术：

1、rap（reclaimed asphalt pavement，回收沥青路面材料）在铣刨、运输、堆放和拌和过程中，由于旧沥青的黏附、团聚和包裹作用，会形成具有表观粒径而不具有对应真实矿料骨架组成的假粒径颗粒。该类颗粒在常规筛分条件下会表现为“粗粒级较多、细料较少”或“细料团聚后表观粒级偏粗”等现象，导致工程上按rap整体表观级配和整体平均油石比进行配合比设计时，难以准确反映rap真实组成。

2、现有热再生配合比设计通常侧重于旧沥青老化恢复，即通过再生剂补偿旧沥青流变性能的劣化，并在整体rap掺量给定的前提下计算新沥青和新集料的用量。然而，rap的性能离散性并不仅来源于旧沥青老化，还来源于旧沥青含量波动、旧集料级配变异及颗粒结团程度差异。若忽略rap内部各粒径档的真实级配和真实油石比差异，即使再生剂选择合理，仍可能出现合成级配偏离设计目标、新沥青补加量失准和再生混合料路用性能波动增大等问题。

3、现有技术中，一类方法主要通过rap精细分离工艺、高频筛分及粗细料比例控制来降低级配离散性，并进一步结合掺量修正系数确定高掺量rap再生沥青混合料的设计参数；另一类方法主要通过热拌试验测定rap结团颗粒在拌合过程中的级配重构系数和级配变异系数，并据此反推天然集料的调整后质量占比。

4、上述方法分别侧重于rap前处理工艺控制和热拌过程后的级配重构补偿，但均未建立一种基于单一粒径rap抽提筛分结果，采用主成分粒径筛分计筛余百分率与单一粒径档油石比共同修正的结团率定量表征方法，并进一步基于结团率变化规律与级配变异控制共同确定双关键筛孔、建立四档精细分档体系、再将各档真实级配和真实油石比直接引入热再生沥青混合料配合比设计的一体化技术路线。

技术实现思路

1、针对现有技术中rap整体平均参数无法准确表征rap真实组成、导致高掺量再生混合料性能离散性大和掺量受限的问题，本发明提供了一种基于结团率定量表征与双关键筛孔控制的rap四档精细分档方法，也是一种基于rap结团率定量表征、双关键筛孔分级控制及分档级配—油石比协同修正的精细分档方法，以及基于该方法的热再生沥青混合料配合比设计方法。本发明的方法能够提高rap真实组成识别精度及热再生沥青混合料设计精度和性能稳定性。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种基于结团率定量表征与双关键筛孔控制的rap四档精细分档方法，该方法包括：

4、对rap进行旧沥青性质、旧沥青含量及旧集料级配检测；

5、将rap按标准筛孔分为若干单一粒径档并进行抽提筛分试验，按ar=(100-pi)/(100+pbi)×100计算各单一粒径档的结团率，以表征假粒径颗粒程度；

6、根据结团率变化规律和级配变异控制确定双关键控制筛孔，并据此建立0 mm～3mm、3 mm～5 mm、5 mm～10 mm和10 mm～15 mm四档精细分档体系；

7、分别测定各档rap的真实级配和真实油石比，并将各档真实级配和真实油石比直接引入热再生沥青混合料配合比设计。

8、本发明的目的通过以下技术方案实现：

9、一种基于结团率定量表征与双关键筛孔控制的rap四档精细分档方法，包括以下步骤：

10、s1、对待利用rap进行基础组成检测与变异性识别：

11、分别检测rap的旧沥青性质、旧沥青含量和旧集料级配，采用变异系数统计分析并结合显著性检验识别rap组成变异性的主控因素；

12、s2、建立rap结团率定量评价指标并开展单一粒径rap抽提筛分试验：

13、将rap按标准筛孔分为若干单一粒径档，对各单一粒径档分别进行抽提筛分试验，获取抽提后真实矿料组成；采用下式计算结团率ar：

14、ar=(100-pi)/(100+pbi)×100

15、式中，pi为抽提后该单一粒径rap在其主成分粒径筛上的分计筛余百分率（%），pbi为该单一粒径rap的油石比（%）；

16、s3、根据结团率分布规律与级配变异系数最大筛孔确定关键控制筛孔并实施精细分档：

17、根据各单一粒径档rap的结团率变化规律确定结团率最低对应筛孔为第一关键控制筛孔，并结合rap级配变异系数最大对应筛孔确定第二关键控制筛孔，据此建立rap四档精细分档体系；

18、s4、根据第一关键控制筛孔和第二关键控制筛孔，将rap分为0 mm～3 mm、3 mm～5mm、5 mm～10 mm、10 mm～15 mm四档，并分别测定各档rap的抽提后真实级配和真实油石比，并确定最佳再生剂掺量；

19、s5、以四档rap的真实级配和真实油石比作为设计参数，将四档rap与新集料作为独立组分，求解各组分掺量，并根据各档rap真实油石比计算旧沥青贡献量和新沥青补加量，完成热再生沥青混合料配合比设计。

20、进一步的，s1中所述的显著性检验包括f检验和levene检验，确定旧集料级配变异为rap组成变异的主控因素；抽提前旧集料级配综合变异系数为14.30%，为后续以级配变异为主控对象建立分档控制方法提供依据。

21、进一步的，s2中所述结团率ar用于表征该单一粒径档rap中假粒径颗粒的程度；ar越大，表示该粒径档rap中真实属于该粒径的骨架集料越少、被旧沥青裹覆形成假粒径的程度越高。

22、s2中所述对各单一粒径档分别进行抽提筛分试验，至少覆盖粗粒径档、中粒径档和细粒径档，以识别粗粒径rap的表面黏附型结团和细粒径rap的相互团聚型结团两种机制。

23、进一步的，s3中，将rap分为0 mm～3 mm、3 mm～5 mm、5 mm～10 mm、10 mm～15 mm四档。

24、优选的，s3中，5 mm～10 mm档为结团率最低且级配稳定性最好的档位，0 mm～3mm档为结团率最高且级配偏差最大的档位；

25、s3中，根据各粒径rap的结团率分布规律，第一关键控制筛孔对应结团率最低区间，确定4.75 mm为结团率最低对应的关键分界筛孔；结合级配变异系数最大筛孔分析，第二关键控制筛孔对应级配变异控制关键位置，确定2.36 mm为另一关键控制筛孔（即s3中所述第一关键控制筛孔为4.75 mm，所述第二关键控制筛孔为2.36 mm）。

26、进一步的，s4中，对0 mm～3 mm、3 mm～5 mm、5 mm～10 mm、10 mm～15 mm四档rap分别进行抽提后真实级配检测和油石比检测；对回收旧沥青进行再生剂掺量筛选，以确定最佳再生剂掺量，对回收旧沥青分别掺加0%、4%、7%、10%的再生剂，开展针入度、软化点、延度试验、动态剪切流变试验（dsr）及红外光谱试验，综合确定最佳再生剂掺量；优选地，最佳再生剂掺量为7%。

27、进一步的，s5中，以四档rap的真实级配和真实油石比作为设计参数，是基于四档rap真实参数进行基准级配合成与新沥青用量确定：

28、以目标级配为ac-13级配，将四档rap与新集料共同作为组分变量，采用最小二乘法优化确定各组分掺配比例；所述组分包括四档rap与五档新集料共九种组分；旧沥青贡献量为各档rap掺量与其对应真实油石比的乘积之和，新沥青补加量为目标总沥青用量与所述旧沥青贡献量之差，根据各档rap真实油石比计算旧沥青贡献量，并结合最佳再生剂掺量确定新沥青用量，完成30%、40%、50%三种rap总掺量下的热再生沥青混合料配合比设计。

29、进一步的，所述的采用最小二乘法优化确定各组分掺配比例，是采用最小二乘优化以目标级配中各控制筛孔通过率与合成级配通过率之间的平方误差和最小为目标函数（采用最小二乘法求解各组分掺量，以目标级配各控制筛孔通过率与合成级配通过率之间的平方误差和最小为目标函数）。

30、进一步的，s5中所述的热再生沥青混合料为高掺量rap热再生沥青混合料；rap总掺量为30%～50%。

31、进一步的，s5还包括对所设计的热再生沥青混合料进行性能验证，包括再生剂掺量筛选和性能验证步骤，分别对设计得到的再生沥青混合料进行车辙试验、低温小梁弯曲试验、浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验，评价其高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性；当动稳定度、最大弯拉应变、残留稳定度和冻融劈裂强度比满足技术要求时，判定相应rap掺量方案可用于工程实施。

32、所述步骤s5中的技术要求至少包括：动稳定度≥2800次/mm、最大弯拉应变εb≥2000με、残留稳定度ms0≥80%、冻融劈裂强度比tsrf≥75%。

33、当动稳定度不低于2800次/mm、最大弯拉应变不低于2000με、残留稳定度不低于80%、冻融劈裂强度比不低于75%时，判定所述热再生沥青混合料配合比满足设计要求。

34、和现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

35、1、本发明所述的一种基于结团率定量表征与双关键筛孔控制的rap四档精细分档方法，本发明不是通过精细分离工艺参数达标或热拌后级配重构补偿来间接控制rap设计误差，而是通过单一粒径抽提筛分直接识别各粒径档rap的真实矿料组成及真实油石比，能够从源头上降低rap表观参数与真实组成之间的偏差。

36、2、本发明所述的一种基于结团率定量表征与双关键筛孔控制的rap四档精细分档方法，建立了以主成分粒径筛分计筛余百分率和单一粒径档油石比共同修正的结团率ar，实现了对不同粒径档rap假粒径程度的定量表征，可避免将结团颗粒作为真实骨架颗粒直接参与配合比设计所造成的系统误差。

37、3、本发明所述的一种基于结团率定量表征与双关键筛孔控制的rap四档精细分档方法，依据结团率变化规律和级配变异控制共同确定双关键控制筛孔，并建立0 mm～3 mm、3 mm～5 mm、5 mm～10 mm和10 mm～15 mm四档精细分档体系，相比于粗细二分法或粗中细三档法，更有利于反映不同粒径档rap真实组成差异。

38、4、本发明所述的一种基于结团率定量表征与双关键筛孔控制的rap四档精细分档方法，将各档rap真实级配与真实油石比直接引入热再生沥青混合料配合比设计，形成“分档—参数—设计”的闭环技术路线，可提高再生混合料设计精度和性能稳定性。