關(guān)于SUPERPAVE瀝青混凝土

1、交 流 材 料關(guān)于SUPERPAVE瀝青混凝土生產(chǎn)配合比論述 王大桅 一、Superpave瀝青混凝土的優(yōu)越性Superpave瀝青混凝土是在19871993年間由美國公路戰(zhàn)略研究計劃歷時5年投入1.5億美元的研究成果。旨在提高美國道路的性能和耐久性superpave瀝青混凝土的理論特征在配合比設(shè)計上采用0.45次方級配圖設(shè)計配合比。使所設(shè)計的集料配合比在控制點(diǎn)內(nèi)和不通過限制區(qū)。形成集料的嵌擠形式，他要求要具有一定的空隙率，經(jīng)驗證空隙率為4%和足夠的礦料間隙率一般大于13%。瀝青膠結(jié)料的瀝青材料根據(jù)施工環(huán)境的氣候進(jìn)行PG分級。使用適合當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境的瀝青材料。他所體現(xiàn)的優(yōu)越性在于由于集料間的相互

2、嵌擠能夠獲得較大的內(nèi)摩阻力。他的4%空隙率可以避免通過車輛的過多次荷載產(chǎn)生的低空隙率危險，大于13%的礦料間隙率可以保證瀝青膠結(jié)料有足夠的存在空間。能夠形成比較穩(wěn)定的路面結(jié)構(gòu)。能夠抵抗車輛的荷載而產(chǎn)生的疲勞開裂、低溫開裂和車轍現(xiàn)象的發(fā)生。AC型瀝青混凝土的組成結(jié)構(gòu)類型可分三類：懸浮密實結(jié)構(gòu)、骨架空隙結(jié)構(gòu)、骨架密實結(jié)構(gòu)的瀝青混凝土。懸浮密實結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是粗集料用量少細(xì)集料用量多，上一集集料懸浮在次一級集料及瀝青膠漿之間，無法形成骨架結(jié)構(gòu)形式。這種結(jié)構(gòu)的瀝青混合料具有較高的粘聚力，但內(nèi)摩阻力較低，高溫穩(wěn)定性差。易出現(xiàn)車轍現(xiàn)象。骨架空隙結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是粗集料用量多細(xì)集料用量少因此空隙率較大，雖能形成骨架結(jié)

3、構(gòu)，但細(xì)集料過少，粘結(jié)力較低。易發(fā)生疲勞開裂的情況。骨架密實結(jié)構(gòu)是中和以上兩種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是采用間斷型密級配礦料混合料可以形成空間骨架，同時有較多細(xì)集料填密骨架空隙形成密實骨架結(jié)構(gòu)。雖然這種結(jié)構(gòu)比上兩種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定些。但這種結(jié)構(gòu)還是不能使集料形成良好的嵌擠形式，不能獲得很大的內(nèi)摩阻力。它的路面穩(wěn)定性還是不盡人意。在使用中經(jīng)過車輛的荷載，容易出現(xiàn)低空隙率和負(fù)空隙率的危險。當(dāng)瀝青混凝土路面出現(xiàn)負(fù)空隙率時瀝青膠結(jié)料沒有留存的空間使瀝青膠結(jié)料在車輪荷載的作用下擠向兩側(cè)，出現(xiàn)車轍。所以AC型瀝青混凝土的集料間不能形成較好的嵌擠形式，集料間不能獲得較大的內(nèi)摩阻力。在車輛的荷載和低溫的影響下容易產(chǎn)生疲勞開裂和低溫

4、開裂和車轍現(xiàn)象的發(fā)生。所以它不適應(yīng)現(xiàn)代化的大荷載大交通量的道路運(yùn)輸。而Superpave瀝青混合料它的優(yōu)越性能夠克服AC瀝青混合料的缺點(diǎn)。二、Superpave瀝青混凝土與馬歇爾瀝青混凝土設(shè)計上的差異superpave的設(shè)計理念是以集料間的密集型的嵌擠結(jié)構(gòu)來加強(qiáng)瀝青混凝土的抗剪強(qiáng)度，增強(qiáng)抵抗永久變形的能力。使瀝青混凝土具有足夠的抗拉強(qiáng)度，能夠抵抗施加的拉應(yīng)力。改變疲勞開裂現(xiàn)象的發(fā)生。在克服低溫開裂上使用較軟的不易過度老化的瀝青膠結(jié)料。Superpave瀝青混合料在不改變拌合設(shè)備、施工機(jī)械設(shè)備下，在不改變原有的瀝青混凝土材料下。通過Superpave設(shè)計方法而生產(chǎn)出的一種比較優(yōu)越的高性能瀝青混凝

5、土。而馬歇爾混合料設(shè)計方法是用穩(wěn)定度、流值和空隙率進(jìn)行分析，獲得適用的瀝青混合料。他的優(yōu)點(diǎn)是注重瀝青混合料的密度和空隙率特性的分析。以保證混合料材料有合適的體積比例。而獲得一個耐久的瀝青混合料。但是馬歇爾方法所采用的沖擊壓實不能模擬發(fā)生在實際瀝青混凝土路面的壓實程度。不能正確估計出瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度。而使馬歇爾方法很難保證設(shè)計混合料的抗車轍能力。馬歇爾方法以追求較高的路面密度為目的，形成較硬的瀝青膠結(jié)料，容易產(chǎn)生疲勞開裂和低溫開裂。所以不適用于現(xiàn)代瀝青混凝土設(shè)計。Super pave瀝青混合料的設(shè)計方法是對馬歇爾混合料設(shè)計方法的創(chuàng)新和補(bǔ)充。Super pave體系的特點(diǎn)是試驗室壓實和力學(xué)性能

6、測試。它通過用旋轉(zhuǎn)壓實儀來完成瀝青混合料的壓實試驗。并獲取瀝青混凝土的空隙率、礦料間隙率、密度等數(shù)據(jù)。旋轉(zhuǎn)壓實儀能比較好的模擬壓路機(jī)的壓實過程搓揉壓實和對熱拌瀝青混合料的壓密特性。通過super pave設(shè)計方法采用旋轉(zhuǎn)壓實儀可以避免熱拌瀝青混合料在長時間通車作用下的軟弱和危險的較小空隙率的發(fā)生。還由于瀝青混凝土路面的施工要受到由于熱拌和壓實后產(chǎn)生的混合料特性的影響。因此，在super pave系統(tǒng)中還包括一個短期老化方法，要求瀝青混合料在旋轉(zhuǎn)壓實之前，按瀝青混合料規(guī)定的壓實溫度老化兩小時。通過這些試驗結(jié)果來評價瀝青路面的性能。估計出熱拌瀝青混合料的性能壽命。以及可能產(chǎn)生的車轍，疲勞開裂和低溫

7、開裂。通過用旋轉(zhuǎn)壓實儀的試驗我們能夠獲得每一次旋轉(zhuǎn)壓實次數(shù)的熱拌瀝青混合料的毛體積密度。通過N初始、N設(shè)計、N最大的旋壓次數(shù)對瀝青混合料的壓實度來評價熱拌瀝青混合料是否符合super pave的設(shè)計要求，從而生產(chǎn)出滿足super pave的瀝青混合料。交通量等級與混合料時間旋轉(zhuǎn)壓實次數(shù)的關(guān)系設(shè)計ESALs（百萬）壓實次數(shù)應(yīng)用范圍N初始N設(shè)計N最大<0.365075很輕交通量0.3-3775115中等交通量3-308100160中等之中交通量>309125205重交通量壓實成型的混合料試件體積檢測指標(biāo)設(shè)計ESALs（百萬）要求壓實度（理論最大相對密度）N初始N設(shè)計N最大<0.3

8、91.596.098.00.3-390.53-108910-30>30三、Superpave瀝青混凝土對材料的要求 Superpave對集料的要求，粗集料要具有經(jīng)過兩次以上破碎有兩個以上破碎面的近立方體的棱角性。要有滿足要求的強(qiáng)度、堅固性、安定性、針片狀顆粒含量和粘土含量。細(xì)集料要采用5mm-10mm的碎石為原料經(jīng)過制砂機(jī)打制的機(jī)制砂要具有棱角性、堅固性、安定性和符合要求的粘土含量。細(xì)集料的粉塵含量不大于10%。礦粉必須采用5mm的碎石（石灰?guī)r）經(jīng)球磨機(jī)磨制生產(chǎn)的，它的細(xì)度，親水系數(shù)，安定性要符合要求。瀝青材料按照PG分級要具有高溫性狀、低溫性狀、和抗老化性狀。Superpave瀝青材料

9、的PG分級應(yīng)符合PG所在氣候分區(qū)的要求，具體可按以下步驟進(jìn)行：（1） 收集工程項目所在地30年的氣象資料，收集的資料內(nèi)容有：a 施工當(dāng)年以前30年的年降雨量。b 年極值最高最低氣溫。c 每一年連續(xù)7天的平均最高氣溫。（2）根據(jù)收集的氣象資料，計算出全年平均7天最高路面設(shè)計溫度和最低路面設(shè)計溫度。（3）根據(jù)計算出的最高路面設(shè)計溫度和最低路面設(shè)計溫度，結(jié)合交通情況，經(jīng)分析論證調(diào)整，確定出適宜的瀝青膠結(jié)料PG設(shè)計等級。（4）PG分級檢測試驗指標(biāo)：a 原狀態(tài)瀝青：做閃點(diǎn)，粘度，動態(tài)剪切試驗。b旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱殘留瀝青損失，動態(tài)剪切試驗。c壓力老化試驗殘留瀝青：做動態(tài)剪切，蠕變勁度，直接拉伸試驗。上述試驗溫

10、度按最高路面設(shè)計溫度和最低路面設(shè)計溫度確定。根據(jù)試驗結(jié)果，評定瀝青是否符合PG等級的要求。四、Superpave瀝青混凝土配合比Superpave瀝青混合料配合比設(shè)計應(yīng)嚴(yán)格按三個階段進(jìn)行，包括目標(biāo)配合比設(shè)計，生產(chǎn)配合比設(shè)計以及生產(chǎn)配合比驗證三個階段。Superpave在目標(biāo)配合比設(shè)計上，對集料的篩分結(jié)果在0.452級配圖上進(jìn)行配合比的組成設(shè)計。設(shè)計的級配曲線必須在控制點(diǎn)內(nèi)并避開限制區(qū)?？刂?.3mm-0.6mm的用料過多，不能出現(xiàn)駝峰級配。因為駝峰級配能使瀝青混凝土較軟。并且在施工中這種駝峰級配容易在碾壓過程產(chǎn)生推移。通過篩分和級配組成設(shè)計確定滿足級配要求的集料摻配比例，在試驗室內(nèi)拌制瀝青混合

11、料，用旋轉(zhuǎn)壓實儀成型瀝青混合料試件，計算瀝青混合料的各項體積指標(biāo)并滿足要求，從而確定礦料的比例和最佳瀝青用量。就此進(jìn)行馬歇爾試驗及檢驗，并應(yīng)滿足瀝青混凝土混合料馬歇爾試驗技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求。以此作為目標(biāo)配合比，供熱拌站伴和樓確定冷料倉的供料比例，進(jìn)料速度及試拌使用。生產(chǎn)配合比的組成設(shè)計是將熱伴站二次篩分后進(jìn)入熱料倉的材料取出篩分，再次確定各熱料倉的材料比例，單集料的冷料上料比例按照目標(biāo)配合比調(diào)整各單集料的冷料上料速度，按照熱拌站的生產(chǎn)能力確定熱拌站25%、50%、75%的生產(chǎn)效率。制定各單集料的冷料上料速度工作曲線，使我們能在任何生產(chǎn)效率下可以與生產(chǎn)配合比相匹配，保證生產(chǎn)配合比的穩(wěn)定性。達(dá)到供料均

12、衡。以目標(biāo)配合比設(shè)計的最佳瀝青用量，-0.3，-+0.3三個瀝青用量。進(jìn)行旋轉(zhuǎn)壓實試驗、馬歇爾穩(wěn)定度試驗。分析試驗結(jié)果保證旋轉(zhuǎn)壓實后的各項瀝青混合料的體積指標(biāo)滿足Superpave的要求，即瀝青混合料的空隙率為4%，礦料間隙率大于13%，瀝青飽和度在65%-75%之間。馬歇爾穩(wěn)定度的技術(shù)指標(biāo)要滿足設(shè)計要求。通過以上的分析驗證確定最佳瀝青用量。完成施工生產(chǎn)配合比的施工驗證。形成能夠用于施工生產(chǎn)的生產(chǎn)配合比。保證Superpave的4%空隙率，要控制好粉膠比，控制礦粉用量，粉膠比一般在0.8-1.6之間，根據(jù)經(jīng)驗粉膠比在1.0-1.2之間較為適合。如以上試驗滿足要求，則綜合確定生產(chǎn)配合比的最佳瀝青

13、用量。如不符合應(yīng)進(jìn)一步調(diào)整熱料倉比例使之更接近目標(biāo)配合比級配。按生產(chǎn)配合比設(shè)計確定的比例進(jìn)行試拌，試鋪，并抽取試驗段混合料按要求進(jìn)行各種試驗和施工質(zhì)量檢驗，驗證生產(chǎn)配合比設(shè)計確定的各種指標(biāo)是否符合規(guī)定。同時觀察瀝青混凝土取芯芯樣空隙率的大小，試驗路的滲水情況，和評價碾壓的難易程度，由此確定生產(chǎn)用的標(biāo)準(zhǔn)配合比。確定施工級配容許波動范圍，制定施工用的級配控制范圍，用于瀝青混合料的生產(chǎn)質(zhì)量檢查控制。 集料合理級配組成：Superpave瀝青混合料(HMA)的合理集料組成，可按設(shè)計的集料最大粒徑，參考I法計算得到：PX=P0IX()式中：P0 ,PX分別為公稱最大粒徑D和不同粒徑d時的通過率；X為級數(shù)

14、，X=3.321lg(D/d)；I為通過率的遞減系數(shù)。熱拌密級配瀝青混合料（HMA）的集料級配組成根據(jù)我國規(guī)范，分粗型和細(xì)型，其實質(zhì)即Superpave的禁區(qū)第一點(diǎn)，以通過率35為界。在分界點(diǎn)以下通過者為粗型，適用于重載交通，I=0.64-0.70；較低值適用于表面層。在分界點(diǎn)以上通過者為細(xì)型，適用于中輕交通，其I值一般宜用0.73-0.76。 集料目標(biāo)級配的合理性評價檢驗用Superpave控制點(diǎn)和限制區(qū)檢驗：Superpave混合料體積的級配是通過控制點(diǎn)和限制區(qū)來進(jìn)行的，要求級配需從各篩孔控制點(diǎn)范圍內(nèi)通過且不得經(jīng)過限制區(qū)，級配的控制點(diǎn)及限制區(qū)依據(jù)公稱最大粒徑而各有不同的規(guī)定?？刂泣c(diǎn)分別設(shè)于

15、公稱最大粒徑篩，中等篩2.36mm和最小篩0.075mm處。限制區(qū)處于沿最大密級配線中等篩和0.3mm篩之間，限制區(qū)形成一個級配不能通過的三角帶。 superpave設(shè)計集料級配控制點(diǎn)界限篩孔尺寸 公稱最大粒徑-控制點(diǎn)（通過百分率）25mm19mm12.5mm9.5mm最小最大最小最大最小最大最小最大25mm9010010019mm909010010012.5mm90901001009.5mm90901004.75mm902.36mm19452349285832670.075mm1728210210 superpave設(shè)計集料級配限制區(qū)界限禁區(qū)內(nèi)篩孔尺寸 公稱最大粒徑時篩孔尺寸的最小和最大界限

16、（最小和最大通過百分率） 25mm19mm12.5mm9.5mm最小最大最小最大最小最大最小最大0.30mm11.411.413.713.715.515.518.718.70.60mm13.617.616.720.719.123.123.527.51.18mm18.124.122.328.325.631.631.637.62.36mm26.830.834.634.639.139.147.247.24.75mm39.539.5 用貝雷法標(biāo)準(zhǔn)檢驗（檢驗集料嵌擠程度）做貝雷法粗集料的粗料率(CA)比與細(xì)集料率(FA)比檢驗。要求集料的粗料率比CA=0.4-0.8，小于0.4必然離析，大于0.8必然推

17、擠，集料的細(xì)料率比FA值應(yīng)小于0.5，否則不能形成多級嵌擠，當(dāng)然太小也不行，希望控制在0.25-0.5之間。 貝雷法各種結(jié)果形式對應(yīng)分級篩孔結(jié)構(gòu)形式 分級篩孔mm L 0L hL pcsL fa1L fa225mm2512.54.751.180.319mm199.54.751.180.312.5mm12.54.752.360.60.159.5mm9.54.752.360.60.15貝雷法比公式如下：CA=PLh-PLpcs/100-PLh FAC=PLfa1/PLpcs FAF=PLfa2/PLfa1 式2，3中：PLh,PLpcs,PLfa1,PLfa2分別指篩孔Lh,Lpcs,Lfa1,L

18、fa2在級配中的通過百分率。如果集料目標(biāo)級配同時通過以上兩種方法的檢驗，則以各級單粒級集料的篩分結(jié)果為依據(jù)，合成目標(biāo)級配，并對合成級配進(jìn)行篩分檢驗。五、Superpave瀝青混凝土的施工工藝在Superpave瀝青混凝土的施工方面，Superpave的嵌擠結(jié)構(gòu)形成集料間的鎖嵌，較以往的瀝青混合料難以壓實，所以要解決壓實問題必須保證瀝青混合料的攤鋪碾壓溫度。控制攤鋪機(jī)的攤鋪速度，以每分鐘不超過3米為宜。調(diào)整攤鋪機(jī)的作業(yè)速度，與熱拌站的生產(chǎn)能力相匹配。控制攤鋪速度，攤鋪速度必須均勻，不能忽快忽慢，這樣就會保持有較好的平整度。要發(fā)揮攤鋪機(jī)熨平板的夯實功能，保證初壓溫度，在碾壓前壓路機(jī)輪最好用植物油刷

19、輪。不要用冷水沖輪，避免瀝青混合料因水灑在瀝青混凝土上面而降低溫度，影響壓實效果。用植物油刷輪后的壓路機(jī)經(jīng)過與熱瀝青混合料接觸，壓路機(jī)輪被熱瀝青混合料湯熱后壓路機(jī)就不會出現(xiàn)粘輪現(xiàn)象。并建議用苫布做成圍裙，圍住壓路機(jī)輪子。使壓路機(jī)輪子保持較高的溫度避免因壓路機(jī)輪子溫度低發(fā)生粘輪現(xiàn)象。確立壓路機(jī)的壓實方式，配備滿足壓實能力的壓路機(jī)數(shù)量。每個工作面至少6臺壓路機(jī)。需用兩臺雙鋼輪震動壓路機(jī)，兩臺輪胎壓路機(jī)，兩臺雙鋼輪壓路機(jī)。確定幾組碾壓方式，選擇最佳的壓實組合。實行緊跟慢壓的壓實方法。尤其要加強(qiáng)壓路機(jī)的緊跟攤鋪的機(jī)壓實方式。保證改性瀝青混合料在不低于150溫度下壓實?；|(zhì)瀝青混合料在不低于135溫度下

20、壓實。這樣才能保證瀝青混凝土的壓實度滿足要求。壓路機(jī)壓實作業(yè)要實行同進(jìn)同退的梯隊碾壓方式，保證Superpave瀝青混凝土的壓實度和平整度。攤鋪機(jī)要型號一致，功率不小于120KW。每臺攤鋪機(jī)的攤鋪寬度不宜超過7.5米，通常采用兩臺攤鋪機(jī)前后錯開5-10米攤鋪作業(yè)。在兩幅之間應(yīng)有20-30CM寬度的搭接，搭接處要避開車道輪跡帶。下面層與中面層、中面層與上面層的瀝青混凝土搭接位置都要錯開20CM以上。下面層攤鋪宜采用鋼絲繩引導(dǎo)高程攤鋪方式，中上面層宜采用非接觸式平衡粱攤鋪方式。攤鋪機(jī)開工前應(yīng)提前30-60分鐘預(yù)熱熨平板，溫度不低于100.鋪筑過程中調(diào)節(jié)好熨平板的頻率和振幅，以提高路面的初始壓實度。攤鋪機(jī)的螺旋布料器的轉(zhuǎn)速應(yīng)與攤鋪速度相匹配，并保持穩(wěn)定均衡。布料器應(yīng)有2/3以上埋在混合料中，以減少攤鋪過程中混合料離析。 對瀝青混凝土拌和站的要求：瀝青混凝土拌和機(jī)