高性能瀝青路面superpave的設計與應用

高性能瀝青路面superpave的設計與應用

雙嬌高速公路項目是黑龍江省道路上主要建設項目之一。該工程是同三公路在黑龍江省的重要區(qū)段,途經雙鴨山市、佳木斯市兩個行政區(qū),是連接黑龍江省東部工業(yè)重鎮(zhèn)佳木斯市和煤炭工業(yè)基地雙鴨山市的重要通道。至工程完工后,哈爾濱至雙鴨山將全部通高速公路,從哈爾濱開車前往雙鴨山只需三個多小時。同三公路雙鴨山(集賢)至佳木斯段一期工程于1999年9月建成通車。幾年來,隨著黑龍江省經濟的快速發(fā)展,交通流量逐年增長,已經不能滿足經濟發(fā)展和交通安全運營的需要,嚴重影響了資源外運和地方經濟的發(fā)展。為了切實提高國道主干線的運輸能力,省廳決定對雙鴨山(集賢)至佳木斯段進行擴建。雙鴨山(集賢)至佳木斯段擴建工程全長77.926km。1目前，ac和ac道路不足，高性能瀝青路面的適應性1.1大虛實原則設計我國從建設高速公路以來,瀝青路面的設計一直采用馬歇爾設計方法,其混合料類型的選擇一般是中、下面層采用空隙率小、不透水的連續(xù)級配瀝青混凝土AC型,上面層則采用表面比較粗糙的AK型作為抗滑表層。AC型是一種密實型瀝青混凝土結構,其礦料級配按最大密實原則設計,屬于連續(xù)性級配,強度和穩(wěn)定性主要取決于混合料的粘聚力和內摩阻力,因為結構密實、空隙率小,所以AC型路面的水穩(wěn)定性較好。但是,由于其表面不夠粗糙,耐磨、抗滑、高溫抗車轍等性能明顯不足,并且礦料間隙率也難以滿足要求,通常采用減少瀝青用量的方法來滿足間隙率的要求,這樣使瀝青路面的耐久性能降低,因此,AC型在高等級公路的上面層已很少采用,主要用于中、下面層。由于防滑性能好,AK結構是高速公路上面層最常采用的結構。但是,AK結構的設計空隙率大,下雨后,水分容易滲入面層內,如果中、下面層比較密實,水分則聚集在上面層和中面層之間,并使上面層長期浸泡在水中,導致路面發(fā)生松散、坑洞等破壞;反之,水分會直接滲入基層,基層長期浸泡在水中,會發(fā)生松散、唧漿,從而使整個路面結構破壞,危害更大。1.2瀝青、集料標準和礦料級配曲線的控制和限制區(qū)高性能瀝青路面(superpave)是美國公路戰(zhàn)略研究計劃(SHRP)最重要的研究成果之一。高性能瀝青路面作為SHRP研究成果的專有名稱,它包含了瀝青標準和集料標準、礦料級配曲線的組成規(guī)定和混合料的體積設計方法三大內容,提出了控制點和限制區(qū)的概念。高性能瀝青路面的先進性在于它開發(fā)了一套全新的實驗設備和方法,從根本上改變了現行試驗方法和規(guī)范的純經驗性質,從而避免了由此帶來的局限性,高性能瀝青路面瀝青結合料與混合料規(guī)范的新體系將試驗方法與指標同瀝青路面的路用性能建立起直接關系,通過控制高溫車轍、低溫開裂和疲勞開裂,來達到全面改進路面性能的目的,形成了一個基于路用性能基礎上的瀝青——瀝青混合料設計新體系。2配合比設計結果根據雙佳公路(高速路)的氣候條件,交通條件(重載)、路面類型,結構層受力特點及施工方法等因素,并結合近幾年來黑龍江省高等級公路瀝青路面設計和施工的實際經驗,按照《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》JTGF40-2004的相關要求以及美國superpave相關要求,經過認真細致的技術論證決定。(1)底、中面層選用盤錦90#瀝青(盤錦PJ90#),上面層選用SBS成品改性瀝青,并在《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》JTGF40-2004和Superpave瀝青膠結料PG70-28等相關要求的基礎上,提出了業(yè)主對瀝青指標的要求。(2)根據雙佳的實際情況和黑龍江省近年來的經驗,在現行規(guī)范的基礎上,提出了上面層和中面層黑龍江調整型級配。對于雙佳公路瀝青路面AC-20和AC-16黑龍江調整型級配組成設計,按照《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》JTGF40-2004的有關要求,同時在參照superpave控制點和限制區(qū)的基礎上,設計出一條較理想級配曲線作為目標配合比設計曲線,通過不同瀝青用量的馬歇爾試驗和旋轉壓實試驗確定出最佳瀝青用量,最后對配合比設計曲線和最佳瀝青用量進行水穩(wěn)定性和透水性試驗進行驗證。在配合比設計過程中,主要考慮了以下幾方面因素:①滿足我國現行規(guī)范的級配范圍;②考慮美國Superpave的范圍及限制區(qū);③滿足符合雙佳公路實際情況的工程設計級配范圍;④滿足馬歇爾試驗的各項技術指標的要求;⑤施工控制的波動性;⑥使瀝青路面密實、不透水、高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性及外觀較好;⑦便于攤鋪(離析現象小),碾壓(不產生過大的推擠);⑧經濟合理。(3)瀝青試驗。根據雙佳公路的實際情況及要求,對指揮部所指定的盤錦90#瀝青和SBS成品改性瀝青進行了試驗分析,試驗結果列于表5、表6。①盤錦90#瀝青試驗結果。②試驗結果分析。根據不同溫度下瀝青針入度試驗結果,將瀝青樣品的性能分別按照高溫穩(wěn)定性(以修正軟化點T800為指標)、低溫抗裂性(以修正弗拉斯脆化點T1.2為指標)、瀝青的感溫性(以塑性范圍TS=T800-T1.2為指標)進行分析。根據試驗分析結果,認為盤錦90#瀝青滿足道路石油瀝青A級90#瀝青的質量要求。③SBS成品改性瀝青試驗結果。④試驗結果分析。根據不同溫度下瀝青針入度試驗結果,即:瀝青的粘溫關系,我們將瀝青樣品的性能分別按照高溫穩(wěn)定性(以修正軟化點T800為指標)、低溫抗裂性(以修正弗拉斯脆化點T1.2為指標)、瀝青的感溫性(以塑性范圍TS=T800-T1.2為指標)進行分析。根據試驗分析結果,認為SBS成品改性瀝青滿足業(yè)主對聚合物SBS類改性瀝青的質量要求。⑤基質瀝青混合料拌和及壓實溫度。根據基質瀝青的粘溫曲線,以及《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》JTGF40-2004中對拌和粘度(0.17±0.02)Pa·S、壓實粘度(0.28±0.03)Pa·S的要求,得到拌和溫度在149.6～155.4℃之間,壓實溫度在137.5～142.8℃之間。由此確定基質瀝青混合料的拌和溫度為152℃,壓實溫度為140℃。(4)AC-20調整型瀝青混合料旋轉壓實試驗結果、最佳瀝青用量的確定及其他驗證性試驗?；旌狭戏N類:AC-20調整型試樣說明:無剝落石料拌和溫度:152℃擊實溫度:140℃旋轉次數:100次礦料用量:______瀝青種類、標號:盤錦90#礦料相對密度(比重):瀝青相對密度(比重):1.000①瀝青混合料AC-20調整型級配最佳瀝青用量的確定。根據AC-20調整型旋轉壓實試驗結果,按照《超級性能瀝青路面Superpave技術實用手冊》,最佳瀝青用量的確定過程如下:目標空隙率(目標空隙率取4)的瀝青用量:a1=4.20綜合確定最佳瀝青用量:OAC=4.20%當瀝青用量為4.20%時,其混合料的各項技術指標見表8。②瀝青混合料AC-20調整型級配高溫穩(wěn)定性評價。③瀝青混合料AC-20調整型級配水穩(wěn)定性評價。a浸水馬歇爾試驗b凍融劈裂試驗按美國superpave設計的瀝青AC-16型混合料各項指標也均滿足我國現行施工技術規(guī)范的要求。3瀝青混合料旋轉壓實試驗試件從試驗上看采用美國superpave設計的瀝青混合料能模擬現場施工膠