superpave瀝青混合料設(shè)計方法探討

1、    Superpave瀝青混合料設(shè)計方法探討      前言1987年美國公路戰(zhàn)略研究計劃(SHRP)進行一項為期五年耗資5000萬美元的瀝青課題研究，旨在制定一個新的瀝青和瀝青混合料規(guī)范、試驗、設(shè)計方法和評價體系。SHRP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)計體系和混合料性能分析方法。美國聯(lián)邦公路局（FHWA）負責推廣Superpave，并得到了AASHTO的全力支持。至1998年，除加州和內(nèi)華達州，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)

2、范和粘度規(guī)范，美國有近40個州采用Superpave混合料設(shè)計方法取代馬歇爾混合料設(shè)計方法。目前我國的Superpave技術(shù)的引進和應用較為普遍，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)計規(guī)范在許多項目中已被應用。從實際路面運營的效果來看，其展現(xiàn)出比傳統(tǒng)的AC類瀝青混合料很多性能上的優(yōu)勢，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，以試驗為基礎(chǔ)，依據(jù)Sup20改性瀝青混合料配合比設(shè)計實例對Superpave混合料設(shè)計方法進行探討。1 Sup20改性瀝青混合料設(shè)計實例1.1 集料技術(shù)性質(zhì)試驗試驗選用石料為石灰?guī)r石料

3、、瀝青為科氏161SBS改性瀝青，依據(jù)Superpave 設(shè)計要求，進行了集料技術(shù)性質(zhì)試驗，結(jié)果如下表所示：表1-1  集料技術(shù)性質(zhì)試驗結(jié)果匯總表試驗項目試驗值設(shè)計標準Superpave技術(shù)標準集料認同特性粗集料棱角性（%）100/100%細集料棱角（%）46.0/>45%扁平顆粒（）5.615<10%砂當量（）85.670>60%集料料源特性堅固性（）17.530<3545%安定性（）3.312<1020%注：對于集料的料源特性，Superpave技術(shù)標準無具體要求，表中列出的標準為推薦值。1.2 設(shè)計集料結(jié)構(gòu)的選擇1）初選級配依據(jù)Super

4、pave設(shè)計的一般方法，在選擇集料結(jié)構(gòu)時，首先調(diào)試選出粗、中、細三個級配，根據(jù)集料的性質(zhì)（密度和吸水率）計算出三個級配的初始用油量。然后用初始用油量成型試件。根據(jù)試驗結(jié)果，計算出這三個級配的瀝青混合料在空隙率為4%時所需的瀝青用量及相應的瀝青混合料性質(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)的壓實度（%Gmmat in）等。表1-2為估算瀝青用量匯總表。 表1-2  估算瀝青用量匯總表試驗級配Gsb(g/cm3)Gsa(g/cm3)Gse(g/cm3)VbaVbeWsPbi（%）12.6692.7202.7100.01340.0

5、8972.34434.3322.6712.7212.7110.01290.08972.34504.3132.6732.7212.7120.01260.08972.34554.29表中：Gsb級配集料毛體積密度；      Gsa級配集料表觀密度；      Gse級配集料有效密度；      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

6、集料質(zhì)量；      Pbi估算瀝青用量。2）三種試驗級配評價根據(jù)各個級配的估算瀝青用量和設(shè)計經(jīng)驗，擬用4.3的瀝青用量采用旋轉(zhuǎn)壓實儀成型試件，旋轉(zhuǎn)壓實儀設(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際的壓實條件，選擇壓實次數(shù)N最初=8次，N設(shè)計=100次，N最大=160次。根據(jù)Superpave 的設(shè)計標準，在進行估算用油量成型試件時，將旋轉(zhuǎn)壓實次數(shù)設(shè)定在N設(shè)計，本次試驗為N設(shè)計=100次，估算瀝青用量下各級配旋轉(zhuǎn)壓實試驗結(jié)果匯總于表1-3。表1-3  三種級配估算瀝青用量試驗結(jié)果評價表級配4%空隙率瀝青用量（）VM

7、A（）（設(shè)計次數(shù)）VFA（）（設(shè)計次數(shù)）粉膠比初始次數(shù)壓實度（）14.3713.069.31.2683.924.5913.570.31.1483.834.8914.171.60.9284.6Superpave標準不小于13.065750.61.2*89.0注：*表示當級配通過禁區(qū)下方，粉膠比可增加到0.81.6。由上表數(shù)據(jù)可知級配1、級配2和級配3均滿足Superpave 設(shè)計要求，考慮到壓實特性和工程實際的瀝青用量，本次設(shè)計選擇級配1為設(shè)計級配。3）選擇設(shè)計級配的瀝青用量設(shè)計級配確定后由表1-3并根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗，取Pb為4.3%，四個瀝青用量分別為：3.8%、4.3%、4.8%、5.3%。在進

8、行確定選擇級配瀝青用量的試驗時，壓實次數(shù)應設(shè)定在N設(shè)計，本次N設(shè)計=100次。試驗結(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（）在壓實次數(shù)時礦粉/有效瀝青比例初始壓實度（%）壓實度（）（設(shè)計次數(shù)）VMA（）VFA（）3.894.213.457.01.4882.64.395.913.168.51.2883.74.897.013.177.21.1386.05.398.013.284.91.0187.14.3496.013.169.11.2783.9Superpave標準96.01365750.81.6089根據(jù)四個瀝青用量混合料的體積性質(zhì)，通過圖表插

9、值法可以得到設(shè)計瀝青用量為4.34%及其對應的體積性質(zhì)。4）設(shè)計瀝青用量混合料體積性質(zhì)驗證經(jīng)以上分析設(shè)計結(jié)果取瀝青用量為4.34%，采用瀝青用量4.3%成型試件，驗證 4.3% 的瀝青用量在壓實次數(shù)設(shè)定在N最大時對應的體積性質(zhì)指標（N最大=160次），試驗結(jié)果見表1-5：表1-5  設(shè)計瀝青用量驗證試驗結(jié)果表瀝青用量（）在壓實次數(shù)時F/A初始壓實度（%）最大壓實度（）壓實度（）（設(shè)計次數(shù)）VMA（）VFA（）4.396.013.169.21.2784.197.3Superpave標準96.01365750.61.2*8998注：*表示當級配通過禁區(qū)下方，粉膠比可增加到0.8

10、1.6。通過以上四個部分的試驗和分析，我們即可確定級配1為設(shè)計級配，配合比為1#：2#：3#：4#：礦粉=21：36.5：14：25：3.5，設(shè)計瀝青用量為4.3%，設(shè)計瀝青用量下瀝青混合料各項體積指標均滿足設(shè)計要求。2  結(jié)語自Superpave瀝青混合料設(shè)計方法在我國實踐以來，可以說對道路界是一場新思想的變革，Superpave瀝青混合料結(jié)構(gòu)經(jīng)實踐證明較我們傳統(tǒng)的密實懸浮類混合料的抗車轍性能有了明顯的改善，這一設(shè)計方法的最大亮點即為引用了混合料的體積性質(zhì)作為設(shè)計的關(guān)鍵標準，同時旋轉(zhuǎn)壓實的成型工藝也較傳統(tǒng)的馬歇爾擊實的成型方法更能模擬實際路面車輪的搓揉作用。但作為一種新的設(shè)計方法，我們要用一分為二的觀點來看問題，這一設(shè)計方法還有許多方面需要我們?nèi)パ芯刻接懀纾涸诨旌狭吓浜媳仍O(shè)計中只是單一的以體積指標為標準，并沒有引入力學性能指標這是否合適，此外由于Superpave混合料采用的級配較粗，從目前國內(nèi)已修筑的Superpave路面來看滲水系數(shù)過大的路段較多。Superpave混合料級配設(shè)計中的限制區(qū)對于我國現(xiàn)有的石料性質(zhì)還需要進一步的試驗驗證。相信通過大量的研究，我們會對Superpave有更加深層次的認識和改進，從而有利于提高瀝青混合料質(zhì)量，