Superpave瀝青混合料設(shè)計(jì)方法

1、Superpave瀝青混合料設(shè)計(jì)方法    摘要：Superpave瀝青混合料設(shè)計(jì)方法是一種新型的混合料設(shè)計(jì)方法，從目前國內(nèi)的應(yīng)用來看，它較傳統(tǒng)的馬歇爾設(shè)計(jì)方法瀝青混合料性能有較大的改善，有效的防止了瀝青路面早期損害的發(fā)生。本文以試驗(yàn)為基礎(chǔ)，依據(jù)Superpave瀝青混合料設(shè)計(jì)實(shí)例對(duì)其探討，以求指導(dǎo)路面設(shè)計(jì)與施工。 關(guān)鍵詞：Superpave 青混合料設(shè)計(jì) 期損害 計(jì)實(shí)例   前言 1987年美國公路戰(zhàn)略研究計(jì)劃(SHRP)進(jìn)行一項(xiàng)為期五年耗資5000萬美元的瀝青課題研究，旨在制定一個(gè)新的瀝青和瀝青混合料規(guī)范、試驗(yàn)、設(shè)計(jì)方法和評(píng)價(jià)體系。SHRP

2、瀝青課題的最終研究成果稱為Superpave，即高性能瀝青路面，包括膠結(jié)料規(guī)范、混合料設(shè)計(jì)體系和混合料性能分析方法。美國聯(lián)邦公路局（FHWA）負(fù)責(zé)推廣Superpave，并得到了AASHTO的全力支持。至1998年，除加州和內(nèi)華達(dá)州，在其余各州新的膠結(jié)料性能規(guī)范已全面取代了針入度規(guī)范和粘度規(guī)范，美國有近40個(gè)州采用Superpave混合料設(shè)計(jì)方法取代馬歇爾混合料設(shè)計(jì)方法。目前我國的Superpave技術(shù)的引進(jìn)和應(yīng)用較為普遍，國內(nèi)許多單位都紛紛購買購買和采用Superpave體系的設(shè)備和儀器，Superpave瀝青膠結(jié)料規(guī)范和混合料設(shè)計(jì)規(guī)范在許多項(xiàng)目中已被應(yīng)用。從實(shí)際路面運(yùn)營的效果來看，其展現(xiàn)出

3、比傳統(tǒng)的AC類瀝青混合料很多性能上的優(yōu)勢(shì)，有效的防止了瀝青路面早期損害的發(fā)生。本文基于已有的研究，以試驗(yàn)為基礎(chǔ)，依據(jù)Sup20改性瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)實(shí)例對(duì)Superpave混合料設(shè)計(jì)方法進(jìn)行探討。 1 Sup20改性瀝青混合料設(shè)計(jì)實(shí)例 1.1 集料技術(shù)性質(zhì)試驗(yàn) 試驗(yàn)選用石料為石灰?guī)r石料、瀝青為科氏161SBS改性瀝青，依據(jù)Superpave 設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行了集料技術(shù)性質(zhì)試驗(yàn)，結(jié)果如下表所示： 表1-1  集料技術(shù)性質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果匯總表    試驗(yàn)項(xiàng)目    試驗(yàn)值   

4、; 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)    Superpave技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)    集料 認(rèn)同特性    粗集料棱角性（%）    100    /    100%    細(xì)集料棱角（%）    46.0    /    

5、;>45%    扁平顆粒（）    5.6    15    <10%    砂當(dāng)量（）    85.6    70    >60%    集料 料源特性    堅(jiān)固性（）

6、0;   17.5    30    <3545%    安定性（）    3.3    12    <1020% 注：對(duì)于集料的料源特性，Superpave技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)無具體要求，表中列出的標(biāo)準(zhǔn)為推薦值。 1.2 設(shè)計(jì)集料結(jié)構(gòu)的選擇 1）初選級(jí)配 依據(jù)Superpave設(shè)計(jì)的一般方法，在選擇集料結(jié)構(gòu)時(shí)，首先調(diào)

7、試選出粗、中、細(xì)三個(gè)級(jí)配，根據(jù)集料的性質(zhì)（密度和吸水率）計(jì)算出三個(gè)級(jí)配的初始用油量。然后用初始用油量成型試件。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，計(jì)算出這三個(gè)級(jí)配的瀝青混合料在空隙率為4%時(shí)所需的瀝青用量及相應(yīng)的瀝青混合料性質(zhì)，如礦料間隙率（VMA）、飽和度（VFA）、礦粉與有效瀝青之比（F/A）、初始旋轉(zhuǎn)次數(shù)的壓實(shí)度（%Gmmat in）等。圖1-1為三種初選級(jí)配的曲線圖，表1-2為估算瀝青用量匯總表。   圖1-1  三種初選級(jí)配曲線圖 表1-2  估算瀝青用量匯總表    試驗(yàn)級(jí)配    Gsb (g

8、/cm3)    Gsa (g/cm3)    Gse (g/cm3)    Vba    Vbe    Ws    Pbi （%）    1    2.669    2.720    2.710&#

9、160;   0.0134    0.0897    2.3443    4.33    2    2.671    2.721    2.711    0.0129    0.0897  

10、  2.3450    4.31    3    2.673    2.721    2.712    0.0126    0.0897    2.3455    4.29 表中：Gsb級(jí)配集料毛體積密度；  

11、     Gsa級(jí)配集料表觀密度；       Gse級(jí)配集料有效密度；       Vba集料吸收的瀝青膠結(jié)料體積；       Vbe有效瀝青膠結(jié)料的體積；       Ws每立方厘米混合料中集料質(zhì)量；       Pbi估算瀝青用量。 2）三種試驗(yàn)級(jí)配評(píng)價(jià) 根據(jù)各個(gè)級(jí)配的估算瀝青用量和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，擬用4.

12、3的瀝青用量采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀成型試件，旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀設(shè)定的單位壓力為0.6MPa。根據(jù)交通量數(shù)據(jù)并考慮到工程施工實(shí)際的壓實(shí)條件，選擇壓實(shí)次數(shù)N最初=8次，N設(shè)計(jì)=100次，N最大=160次。根據(jù)Superpave 的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，在進(jìn)行估算用油量成型試件時(shí)，將旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)設(shè)定在N設(shè)計(jì)，本次試驗(yàn)為N設(shè)計(jì)=100次，估算瀝青用量下各級(jí)配旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試驗(yàn)結(jié)果匯總于表1-3。 表1-3  三種級(jí)配估算瀝青用量試驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)表    級(jí)配    4%空隙率 瀝青用量（）    VMA（） （

13、設(shè)計(jì)次數(shù)）    VFA（） （設(shè)計(jì)次數(shù)）    粉膠比    初始次數(shù) 壓實(shí)度（）    1    4.37    13.0    69.3    1.26    83.9    2 &#

14、160;  4.59    13.5    70.3    1.14    83.8    3    4.89    14.1    71.6    0.92    84.6

15、60;   Superpave標(biāo)準(zhǔn)    不小于13.0    6575    0.61.2*    89.0 注：*表示當(dāng)級(jí)配通過禁區(qū)下方，粉膠比可增加到0.81.6。由上表數(shù)據(jù)可知級(jí)配1、級(jí)配2和級(jí)配3均滿足Superpave 設(shè)計(jì)要求，考慮到壓實(shí)特性和工程實(shí)際的瀝青用量，本次設(shè)計(jì)選擇級(jí)配1為設(shè)計(jì)級(jí)配。 3）選擇設(shè)計(jì)級(jí)配的瀝青用量 設(shè)計(jì)級(jí)配確定后由表1-3并根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，取Pb為4.3%，四個(gè)瀝青用量分

16、別為：3.8%、4.3%、4.8%、5.3%。在進(jìn)行確定選擇級(jí)配瀝青用量的試驗(yàn)時(shí)，壓實(shí)次數(shù)應(yīng)設(shè)定在N設(shè)計(jì)，本次N設(shè)計(jì)=100次。試驗(yàn)結(jié)果如表1-4所示： 表1-4  四種瀝青用量瀝青混合料體積性質(zhì)    瀝青用量 （）    在壓實(shí)次數(shù)時(shí)    礦粉/有效瀝青比例    初始?jí)簩?shí)度（%）    壓實(shí)度（） （設(shè)計(jì)次數(shù)）    VMA（） 

17、   VFA（）    3.8    94.2    13.4    57.0    1.48    82.6    4.3    95.9    13.1    68.

18、5    1.28    83.7    4.8    97.0    13.1    77.2    1.13    86.0    5.3    98.0   

19、60;13.2    84.9    1.01    87.1    4.34    96.0    13.1    69.1    1.27    83.9    Superpave 標(biāo)準(zhǔn) 

20、;   96.0    13    6575    0.81.60    89 根據(jù)四個(gè)瀝青用量混合料的體積性質(zhì)，通過圖表插值法可以得到設(shè)計(jì)瀝青用量為4.34%及其對(duì)應(yīng)的體積性質(zhì)。 4）設(shè)計(jì)瀝青用量混合料體積性質(zhì)驗(yàn)證 經(jīng)以上分析設(shè)計(jì)結(jié)果取瀝青用量為4.34%，采用瀝青用量4.3%成型試件，驗(yàn)證 4.3% 的瀝青用量在壓實(shí)次數(shù)設(shè)定在N最大時(shí)對(duì)應(yīng)的體積性質(zhì)指標(biāo)（N最大=160次），試驗(yàn)結(jié)果見表1-5： 表1-5

21、  設(shè)計(jì)瀝青用量驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果表    瀝青用量（）    在壓實(shí)次數(shù)時(shí)    F/A    初始?jí)簩?shí)度（%）    最大壓實(shí)度（）    壓實(shí)度（） （設(shè)計(jì)次數(shù)）    VMA（）    VFA（）    4.3 

22、60;  96.0    13.1    69.2    1.27    84.1    97.3    Superpave標(biāo)準(zhǔn)    96.0    13    6575    0.61.2*