第14講美國(guó)Superpave設(shè)計(jì)方法(一)

1、第14講美國(guó) Superpave設(shè)計(jì)方法（一）Superpave 簡(jiǎn)介 Superpave表示Superior PerformingAsphalt Pavements,即高性能瀝青路面。 美國(guó)公路戰(zhàn)略研究計(jì)劃(SHRP)的背景 SHRP的研究集中在瀝青膠結(jié)料、瀝青混凝 土及結(jié)構(gòu)、道路運(yùn)營(yíng)和長(zhǎng)期路面性能等方面Superpave體系設(shè)計(jì)混合料主要步驟材料選擇設(shè)計(jì)集料結(jié)構(gòu)的選擇設(shè)計(jì)瀝青結(jié)合料含量的選擇設(shè)計(jì)混合料的水敏感性評(píng)價(jià)§ 1材料選擇與級(jí)配范圍、材料選擇1、瀝青結(jié)合料的選擇基于環(huán)境資料、交通水平及交通速度,即 根據(jù)路面的最高和最低設(shè)計(jì)溫度和交通 條件加以選擇。路面的最高設(shè)計(jì)溫度按下式計(jì)

2、算:”=(心-0.0061% +0.228 矚 +42.2)x0.9545-17.78Tair7d平均最高氣溫（一年的），°C計(jì)算出統(tǒng)計(jì)年限內(nèi)7d平均最高氣溫的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。不能采用低于20年記錄的氣象資料。路面的最低設(shè)計(jì)溫度按下式計(jì)算7in=0.859Z；Zr+1.7min年最低氣溫，°C與計(jì)算7d平均最高氣溫的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差相似， 計(jì)算出統(tǒng)計(jì)年限內(nèi)年最低氣溫（一天的溫度）的 平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。同樣，不能采用低于20年記錄的氣象資料?？煽慷人枷隨uperpave定義，可靠度是在一個(gè)單年中， 實(shí)際溫度不超過(guò)設(shè)計(jì)溫度的概率。如：美國(guó)某州夏季氣溫，在統(tǒng)計(jì)年限內(nèi)，具有平 均7天最

3、高氣溫32C,標(biāo)準(zhǔn)差2C,則在統(tǒng)計(jì)年限 內(nèi)有50%的概率7天最高氣溫會(huì)超過(guò)32°C,然而 ,假定為正態(tài)概率分布，只有2 %的概率7天最高 值會(huì)超過(guò)36°C,因而如下圖所示，36°C的氣溫將 提供98 % ( 97.72% )的可靠度。對(duì)冬季條件可 以采用類似方法，該州最低氣溫-21 °C,標(biāo)準(zhǔn)差 4°C,因而，在平均冬季，最低氣溫平均-21°C ,最冷的冬季，氣溫會(huì)降至-29°C。NCAT9選擇結(jié)合料的具體步驟(1)選擇荷載類型：快速。(2 )確定路面設(shè)計(jì)溫度(以上述某州數(shù)據(jù)為例) 氣溫選擇：7天平均最高氣溫在最熱夏季此 平

4、均值可達(dá)36°C;最低氣溫- 29C。 路面溫度計(jì)算，該州緯度41. 42。，代入上 述公式計(jì)算，得到98 %可盍度的路面設(shè)計(jì)溫度計(jì)算 約為 56°C 和-23°C。(3 )按路面溫度選擇結(jié)合料等級(jí) 水平移動(dòng)到最高路面設(shè)計(jì)溫度向下移動(dòng)到最低路面設(shè)計(jì)溫度NCAT11表 根據(jù)氣候. 交通速度和 交通量選擇結(jié)合料性能等級(jí)荷載最高路面設(shè)計(jì)溫度停車(chē)t 283434 4040 4646-52慢速（bOkm/h；344040-4646-525258快速(lOOkm/h) 34 4646 5252585864>-10PG46-10PG52-10PG58-10PG64-101

5、0PG46-16PG52-16PG58-16PG64-16-1616PG46-22PG52-22PG58-22PG64-22最低一 22路面-22-PG46-28PG52-28PG58PG64-28設(shè)計(jì)-28-28溫度一28PG46-34PG52-34PG58-34PG64-34(°C-34)34PG46-40PG52-40PG58-40PG64-40-4040PG46-46PG52-46PG58-46PG64-46-4652-5858-6458 64647064 707076PG70-10PG76-10PG70-16PG76-16PG70-22PG76-22PG70-28PG76-

6、28PG70-34PG76-34PG70-40PG76-40PG70-46PG76-46地區(qū)阿拉斯加一加拿大美國(guó)北部大北 拿國(guó)部 n Br 力美國(guó)南I * r i-J部美國(guó)西部、沙漠美國(guó)大陸慢速/軍交通 PG58 - 28表示的意義：指結(jié)合料將滿足 高至5 8 °C的高溫物理特性要求與低至- 2 8 °C的低溫物理特性要求?！?8”表示7 天平均路面最高設(shè)計(jì)溫度，“ - 28”表 示路面最低設(shè)彳溫度。15#PG-58-28大于98%可靠度NCAT17NCAT#PG-52-1650% 可靠度NCAT#2、集料的選擇(1) 選擇依據(jù)：認(rèn)同特性和資源特性(2) 認(rèn)同特性(Cons

7、ensus Aggregate Properties)(D>:具有一個(gè)或多個(gè)破碎面的大于4. 75mm集料的重量百分率。：小于2. 36mm的未壓實(shí)集料的空隙百分率。扁平、細(xì)長(zhǎng)顆粒: 的粗集料百分?jǐn)?shù)。具有最大與最小比值大于5：粘土含量是指在小于4. 75mm篩孔的集料組成中所含粘土材料的百分?jǐn)?shù)。用 驗(yàn)確定。NCAT19NCAT21sseuts一 111tiFiur亡 2.2 Flar/Elonated Test Dimensional Labels(3) 資源特性是指堅(jiān)固性、安定性和有害物質(zhì)O 堅(jiān)固性:堅(jiān)固性是通過(guò)洛杉磯磨耗試驗(yàn)的集料混合物的質(zhì)量 損失百分率。 安定性：安定性是集料混合物

8、通過(guò)硫酸鈉或硫酸鎂安定性試 驗(yàn)的材料損失百分?jǐn)?shù)。 有害物質(zhì)：定義為在混和集料中的諸如粘土快、頁(yè)巖、木質(zhì)、 煤等雜質(zhì)的質(zhì)量百分率。NCAT23二、集料級(jí)配范圍與集料結(jié)構(gòu)1 0.45 Power Grading ChartPercent PassingExample:4.75 mm sieve plots at (4.75)0 45 = 2.02o J1111012342 Control point and restricted zonePercent Passing0 !.07532.364.759.512.519.0Sieve Size (mm) Raised to 0.45 Power3.

9、Superpave Aggregate GradationPercent Passing“駝峰級(jí)配”通過(guò)限制區(qū)的級(jí)配稱為“駝峰級(jí)配”。大 多數(shù)情況下，駝峰級(jí)配表明混合料中含有 過(guò)量的細(xì)砂。該種級(jí)配在工程中常常引起 混合料軟弱性狀。這種形狀在施工時(shí)難以 壓實(shí)，運(yùn)營(yíng)期抗永久變形能力減弱。這種 混合料還會(huì)對(duì)瀝青用量過(guò)于敏感，使得混 合料塑性變強(qiáng)。Sieve Size (mm) Raised to 0.45 PowerNCAT29§2瀝青混合料體積配比分析+ +Yn= 片+ 4 +Pn必pn1Z1 %2100旦+旦YseYaNCAT31NCAT#YsePs1OO PbNCAT#NCAT#$

10、mmw =1QxlOOJY mm 丿NCAT33NCAT#VMA =1- xP5< y sb 丿xlOONCAT#NCAT#= W4-WxW0VMANCAT#§ 3 Superpave水準(zhǔn)1混合料設(shè)計(jì) 開(kāi)發(fā)幾種滿足Superpave級(jí)配要求的試驗(yàn)集料 混合物（初擬若干條級(jí)配曲線）用試驗(yàn)混合物與瀝青混合并將瀝青混合料作短 期烘箱老化壓實(shí)試件并分析試件的體積指標(biāo)根據(jù)試件的體積指標(biāo)選擇最佳的試驗(yàn)混合物作 為設(shè)計(jì)集料結(jié)構(gòu)在幾種瀝青含量下壓實(shí)設(shè)計(jì)集料結(jié)構(gòu)的試樣以 確定最佳設(shè)計(jì)瀝青含量NCAT35試驗(yàn)設(shè)備旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀(SGC)SHRP Gyratory Compsictor with Com

11、pacted SampleFigure 3.6 Superpave Ga raNCATSuperpave Gyratory*Compactor100 mmtorv Compactor#設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)N des設(shè)計(jì)瀝青用量在空隙率4 %條件下產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)Mini混合料密度小于最大理論密度89%的 最大旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)，按以下公式確定lg,=0.451xlgNmax混合料密度小于最大理論密度98 % 或空隙率大于2%的最大旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)，可按 以下公式確定：IgAUi.lOlxlgN血Superpave設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)壓實(shí)表設(shè)計(jì)ESALs （百萬(wàn) 次）7d平均最高氣/fj iwH<39 °

12、;C39-40 °C41-42 °C43 44 °CNdesNmax1NdesNdesNmaxNdesNmax<0.30. 3-11-33-1010-3030-100 >100777889968768696109126143104117134152174204233778899107483951061211391581141291501691952282627788991078881001131281461651211381581812082402757889910108293105119135153172127146167192220253288選擇

13、設(shè)計(jì)集料結(jié)構(gòu)在級(jí)配范圍內(nèi)，通常選擇三種混合物(1) 一旦選定了試驗(yàn)混合物，有必要對(duì)混合集料 特性進(jìn)行初步評(píng)價(jià)。包括四種認(rèn)同特性，集料的 毛體積密度、表觀密度及集料的資源特性。(2) 然后，壓實(shí)試件，并確定每種試驗(yàn)混合物的 體積特性。制件一、確定瀝青用量1試驗(yàn)混合物的有效相對(duì)密度2、被集料吸收的瀝青結(jié)合料體積（單位體曹集料吸收瀝青的體Ysb Yse"竿晉（】1Yse YaNCAT35n1-WpsNCAT#NCAT#YseWs為“單位體積的瀝青混合料中礦料的質(zhì)量”式中:Pb瀝青占混合料重量百分率，假定005；Ps集料占混合料重量百分率，則為0.95。3、有效瀝青結(jié)合料體積（單位體積的瀝青

14、混合料試件屮有效瀝青的體積）您=0.1760.06751。嘰)集料混合料公稱最大尺寸(mm)4、初始譬咤聲堂芝二、試件準(zhǔn)備與壓實(shí)1. 集料、瀝青結(jié)合料準(zhǔn)備 至少按2個(gè)試件準(zhǔn)備集料與瀝青結(jié)合料，瀝青混合、 料的重量按4800g計(jì)，試件尺寸為直徑150mm,高度 115mmo 拌和與壓實(shí)溫度確定：按粘溫曲線進(jìn)行，但使用改 性瀝青時(shí)，要咨詢改性劑的生產(chǎn)廠家。 瀝青加熱：將瀝青結(jié)合料加熱到要求的拌和溫度。 集料及相關(guān)儀具加熱：將裝集料的盤(pán)放入烘箱中， 溫度設(shè)置約比拌和溫度高約15°C。相關(guān)儀具同時(shí)加 執(zhí)八、O 將壓力鼓風(fēng)烘箱加熱到135°C,用于拌和后試樣的 立即短期老化。2. 混合料準(zhǔn)備準(zhǔn)確稱取加熱集料，裝進(jìn)拌和鍋充分干拌，加 進(jìn)所需瀝青用量拌和，待試樣拌和到集料被充 分涂覆后，將混合料倒入平地淺盤(pán)攤開(kāi)，然后 將盤(pán)放進(jìn)135°C的