Superpave

２０１３年第３期　（总第２２９期）　黑龙江交通科技　ＨＥ　ＬＬＯＮＧＪＩＡＮＧ　ＪＩＡＯＴＯＮＧ　ＫＥＪＩ　Ｎｏ．３，２０１３　（Ｓｕｍ　Ｎｏ．２２９）　

浅谈Ｍａｒｓｈａｌｌ及Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ设计方法　冀辉　（衡水市公路勘测设计所）　摘要：从设计方法对比、实验结果对比两个方面介绍了Ｍａｒｓｈａｌｌ及Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ设计方法。　关键词：Ｍａｒｓｈａｌｌ；Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ；设计方法　中图分类号：１３４１２　文献标识码：Ｃ　文章编号：１００８—３３８３（２０１３）０３—００４６—０２　１设计方法对比　Ｍａｒｓｈａｌｌ设计方法由美国密西西比州工程师Ｍａｒｓｈａｌｌ提　出，并且在以后由美国陆军工程兵团进行了完善。Ｍａｒｓｈａｌｌ　设计方法的最初是借用土工试验中击实成型试件，寻找最大　密度、确定最佳含水量的思想来确定沥青混合料的合理沥青　用量，基本上属于体积设计方法。Ｍａｒｓｈａｌｌ试验方法的最大　优点是注意到了沥青混合料的密度、孔隙率、稳定度和流值　的特性，通过分析以获得沥青混合料合适的孔隙率与饱和　度，求得最佳沥青用量。目前采用的部颁标准（公路沥青路　面施工技术规范ＪＴＧ　Ｆ４０—２ｏ０４）结合了我国多年的研究成　果和生产实践采用三阶段设计，综合考虑沥青混合料的水稳　性、抗车辙能力，低温抗裂性能，求得沥青混合料的最佳沥青　用量。由于该试验方法操作简单，设备价格便宜，便于携带　等特点，目前是世界上绝大多数国家进行沥青混合料配合比　设计和施工质量控制的主要方法。　美国ＳＨＲＰ计划的核心成果是两个规范和一个方法，即　沥青胶结料性能分级规范、沥青混合料路用性能规范、沥青　混合料设计方法。Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ混合料设计方法是ＳＨＲＰ计划　研究成果中最重要的组成部分，Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ混合料设计根据　设计交通量大小，即以８Ｏ　ｋＮ标准轴载交通量１０６和１０７为　分界点，将设计分为Ｌｅｖｅｌ　Ｉ低交通量水平设计、Ｌｅｖｅｌ　Ｉ１中　等交通量水平设计和ＬｅｖｅｌⅢ高交通量水平设计等三个水　平。Ｌｅｖｅｌ　Ｉ级设计为混合料体积设计，集料特性和混合料　体积特性，如空隙率、矿料间隙率是选择沥青等级和用量的　基础；Ｌｅｖｅｌ　ＩＩ、ＬｅｖｅｌⅢ为中、高等路面性能水平的混合料设　计，是体积设计基础上进行一套混合料性能试验，从而可以　预测路面随时间而产生的永久变形，疲劳开裂和低温开裂的　程度，该方法是力图将实验方法与指标同沥青路面野外性能　建立起直接的联系，通过控制高温车辙，低温以及疲劳开裂，　以全面提高路面的路用性能。然而，至２００６年为止，现在我　们用的是Ｌｅｖｅｌ　Ｉ，Ｌｅｖｅｌ　ＩＩ、Ｌｅｖｅｌ　ＩＩＩ包括美国都还没有实际　应用，还处于研究阶段，故Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ方法仍然是体积设计　法。　与Ｍａｒｓｈａｌｌ及Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ（Ｌｅｖｅｌ　Ｉ）设计法相相比，ＧＴＭ　设计法在设计等级划分，级配选择，结合料选择，成型方式，　控制指标等多个方面存在差异。　（１）设计等级划分　Ｍａｒｓｈａｌｌ：以交通量，即标准轴载累积作用次数进行设计　等级划分，该法只是按照交通量将公路分为高速及一级公路　和二级及以下公路两个等级；Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ：适用于８Ｏ　ｋＮ标准　轴载交通量小于１０６的轻交通量；ＧＴＭ：ＧＴＭ混合料试验中　所使用的是轮胎与路面直接接触压强，设计荷载与车的载　重、轮胎接地面积、轮胎硬度有关，因此，这样更接近于沥青　路面的实际受力状态。　（２）级配选择　Ｍａｒｓｈａｌｌ：根据级配范围以及试验确定；Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ：对矿　料级配提出了“控制点”和“禁区”的概念，级配范围限制性　增强；ＧＴＭ：根据Ｍａｒｓｈａｌｌ方法确定，并可根据Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ方　法进行级配优化。　（３）结合料选择　Ｍａｌ￣ｈａ１］：符合《公路沥青路面施工技术规范》ＪｒＩ’Ｇ　Ｆ４０—　２００４要求；Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ：以Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ性能分级选取沥青胶结　料；ＧＴＭ：可参照根据Ｍａｒｓｈａｌｌ及Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ方法确定。　（４）成型方式　Ｍａｒｓｈａｌｌ：Ｍａｒｓｈａｌｌ击实成型，成型方法不能准确模拟车　轮对路面的作用情况，并且容易造成粗集料的破碎，从而改　变矿料级配；Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ：Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ旋转压实机（Ｇｙｒａｔｏｒｙ　Ｃｏｒｎ－　ｐａｃｔｏｒ）压实成型，以旋转压实方式成型试件，且压实功不固　定，因交通量水平、气温而变；ＧＴＭ：旋转压实剪切实验机　ＧＴＭ压实成型，试验受力状态与混合料使用受力状态一致。　（５）油石比选择　Ｍａｒｓｈａｌｌ：通过体积参数确定最佳油石比；Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ：通　过体积参数确定最佳油石比；ＧＴＭ：考虑在设计荷载下的力　学指标控制旋转剪切系数ＧＳＦ以及控制旋转稳定系数ＧＳＩ　确定最佳油石比，从而控制混合料的抗剪切以及抗永久变形　能力。　表１　三种混合料设计方法对比　

Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ沥青路面设计与应用

介绍了Superpave混合料的详细设计过程和检测数据。通过对设计实例的探讨，以求指导路面设计与施工。

标签：Superpave 配合比 设计 施工 应用

0 引言

Superpave（Superior Performing Asphalt Pavements）即高性能沥青路面，它是美国公路战略研究计划(SHRP)的重要研究成果。由于采用了新的沥青混合料设计方法，其集料级配更趋于嵌挤、密实，高温稳定性好，适于交通量大和抗车辙要求高的公路。在施工确保合适空隙率的前提下，抗水害性能和抗疲劳性能也较好。本文以在江苏南通204国道海安段扩建工程的改性沥青混合料Sup20下面层配比设计为基础，对 Superpave混合料设计方法进行探讨。

1 原材料

所用1#、2#集料为浙江长兴产石灰岩，3#、4#集料为宜兴佳乐产石灰岩，沥青为泰州中海产70＃道路石油沥青，矿粉为溧阳中亚产，进行集料性质试验和沥青的密度试验。

2 设计集料结构的选择

2.1 集料筛分及配合比设计 依据Superpave设计方法，在选择设计集料结构时，首先调试选出粗、中、细三个级配，根据集料的性质算出三个级配的初始用油量。然后用初始用油量成型试件，根据试验计算出三个级配的沥青混合料在空隙率为4%时的沥青用量及相应体积性质、矿料间隙率（VMA）、饱和度（VFA）、矿粉与有效沥青之比（F/A）等。级配曲线见图1。

2.2 试验级配的评价 根据各个级配的估算沥青用量和以往经验，用4.2%的沥青用量成型试件，普通沥青混合料的拌和及成型温度由粘温曲线确定，采用旋转压实仪成型试件，设定旋转压实仪的单位压力为0.6MPa。根据交通量数据选择压实次数N最初=8次，N设计=100次，N最大=160次。根据Superpave设计标准，在进行估算用油量成型试件时，将旋转压实次数设定在N设计，本次试验为N设计=100次，依据估算沥青用量下各级配旋转压实试验结果可以得出级配1、2满足Superpave设计要求，根据经验选择级配2为设计级配。

Sp-12.5配合比设计与应用

1 Superpave 配合比设计与应用

------湖北省襄十路路面二标SP12.5配比技术总结

杨宝 廉则哲

(路桥集团第二公路工程局第四工程处)

摘要 本文简要介绍高性能沥青路面(Superpave)的概况和有关技术要求，结合项目路面施工实际情况，浅析高性能沥青路面(Superpave)从配合比设计到施工过程中工艺的控制和有关试验检验等。

关键词 Superpave 配合比 设计 应用

一 概况

改革开放二十年来，我国公路逐渐形成了以高速、国道为主的公路网，为使沥青砼达到更高的性能，在我国主要采用改性沥青，提高路面抗永久变形的能力，抗低温开裂能力，抗疲劳开裂及抗水损能力，Superpave是在1987年由美国公路战略研究计划（SHRP）研制的一种全新的试验系统。Superpave 沥青混合料设计系统采用旋转压实仪成型，它能较好地揉搓、模拟实际路面在气候与荷载的作用下所能达到的密实度，这样试验结果才能与实际路面的适用情况大致相同，Superpave 设计要求集料具有类似于立方体的形状，具有粗糙纹理表面，具有较高内摩擦角的集料，以提高沥青混合料抗剪强度。

高性能沥青路面(Superpave)设计采用旋转压实模拟现场施工，马歇尔方法进行设计验证和现场质量控制，它依据沥青混合料初始、设计和最大旋转压实次数时的密实度以及在设计压实次Sp-12.5配合比设计与应用

2 数时的空隙率、矿料间隙率、沥青填隙率、填料和有效沥青之比进行沥青混合料的组成设计，首先依据石料的性质进行级配组成设计，然后再进行油石比的选择，级配选择是通过不得超出规定的区间，控制点分别设在0.075mm、2.36mm、9.5mm、12.5mm、19mm，限制区处于0.3mm与2.36mm之间。

本项目路面结构型式上面层为SP12.5，共407250㎡。

二 有关技术要求

Ｓuperpave沥青路面技术

一、Superpave沥青胶结料PG分级 Superpave沥青路面技术的要点之一是建立了一套全新的沥青胶结料试验方法和沥青胶结料性能标准，这些性能标准同路用性能有机地结合起来。 Superpave沥青胶结料采用PG等级评定沥青，是对路用沥青生产和应用的一场革命。一个工程项目中选择AH-70还是AH-90，主要是依据经验和专家咨询的结果，没有一个科学而有效的量化标准；同样在同一技术标准（例AH-70）中的不同品牌沥青中无法做出最合理的选择，SHRP对沥青进行PG等级划分有效地解决了这些问题。但在引进SHRP沥青PG等级时必须深刻地认识到PG等级要求是依据美国的气候和交通条件得出的，必须把它同我国的具体情况相结合。事实上美国在采用PG等级时，正常情况下仅依据交通量和气候条件选定PG沥青，在收费处或重要的路段则提高一个等级，目前在重要路段如重车多且行驶速度较慢的路段，通常将沥青的高温等级提高了2个等级。对于沥青的PG等级，目前需要做的首要工作是要确定夏季高温时路面的实际温度，同时由于我国的交通轴载（100KN）比美国的轴载（80KN）要大，因此在目前的情况下，建议沥青的高温等级通常要提高一个等级，车流量大且重载比例高的路段应提高2～3个沥青高温等级。 二、Superpave集料标准及级配组成 Superpave将集料性能分为二类：一类是全国强制性标准即集料共性：粗集料棱角性、细集料棱角性、针片状含量和砂当量；另一类是地区性标准即料源特性：洛杉矶磨耗值、坚固性和有害杂质含量。

Superpave集料级配的控制要求完全不同于我国沥青路面技术规范的级配范围，主要采用控制点和限制区来初选级配。控制点的作用主要是避免偏粗、偏细集料的含量过多或过少，一般来说，在控制点范围内的级配由于各种粒径的集料比例合适，在施工中不容易产生离析。限制区的意义是：一般通过禁区的级配混合料在施工过程中容易产生推移现象，而不易压实，且在路面使用过程中抵抗变形能力较差，同时这种级配的混合料对沥青用量敏感，抗塑性差。 Superpave沥青混合料设计中首先根据交通量的大小选择混合料的压实次数，并依据控制点和禁区来初选粗中细三种级配，再依据旋转压实试验结果来选择级配，然后以40％作为混合料的设计空隙率确定沥青用量。Superpave沥青混合料设计根据不同的交通量来确定混合料设计时的室内压实功，这一点是值得采纳的。三、Superpave沥青混合料体积性质指标 在我国马歇尔沥青混合料设计中，主要依据级配范围确定级配。以前在实际试验过程中，试验人员的主要任务仅仅是确定级配用油量，没有进行级配的比较和选择。有人认为Superpave仅仅依据空隙率来确定用油量，这是完全不对的。事实上Superpave虽然最终确定的用油量是根据一定次数的旋转压实下试件空隙率4％时对应的沥青用量，但它同时必须保持压实混合料在4％空隙率时，VMA、VFA、粉胶比满足要求，而且初始压实度和最终压实度满足要求。１、空隙率 Superpave规定沥青混合料在设计旋转压实次数时空隙率为4％，对应的沥青用量为最佳沥青油量，这是根据实践和经验得出的。因为一个沥青混合料目标配合比设计空隙率为4％，在路面压实度保证不低于室内压实度的97％时，一般能保证路面的实际空隙率小于7％，同时在实际施工中路面的空隙率一般都能保证大于3％，因此确定设计空隙率为4％是合理的。空隙率是依据试件的密度和混合料的最大理论密度计算得来的。测定试件的密度，我国规范中有水中重法、蜡封法、表干法和体积法。在Superpave沥青混合料设计中采用表干法，它是合理的。4％空隙率的Superpave沥青混合料试件一般吸水率都小于0.5％，因此，采用表干法测定试件密度是合理的。另外表干法可以进行重复试验。 2、矿料间隙率（VMA） 矿料间隙率（NMA）是Superpave沥青混合料体积设计中的重要指标，适当的矿料间隙率能保证沥青路面有足够的沥青以保证路面具有良好的耐久性，又有足够的空隙率以保证良好的高温稳定性。矿料间隙率过大时为了保证合适的空隙率，势必加入过多的沥青从而造成沥青路面高温稳定性差，矿料间隙率过小造成沥青用量过少而混合料耐久性较差、抗疲劳能力差、使用寿命短。 Superpave设计体系中现对矿料间隙率已有明确上、下值规定，VMA在选择级配和确定沥青用量起着一个非常重要的作用，如果一个混合料级配对应的四个用油量VMA存在最小值的凹型曲线，这样的混合料对沥青用量敏感性较小，有利于施工现场控制和质量保证。选择最佳沥青用量48％是合理的。 3、沥青填隙率（VFA） 在试验中发现Superpave沥青混合料用马歇尔击实仪击实得到的VFA与我国规范相比都偏低，小于70％，因此在我国高速公路中，特别是上面层很有必要将VFA填隙率指标降低。