Superpave配合比设计

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Superpave配合比设计

摘要:简述了Superpav概况,结合湖南省桂阳至临武高速公路工程实例,介绍了高性能沥青路面原材料的试验及选取,理论配合比及施工配合比的设计以及验证混合料配合比优化设计。实践证明,达到了指导施工和验证、反馈、修正的效果,对类似工程具有积极的借鉴意义。

关键词:Superpave混合料;原材料试验;理论配合比;施工配合比

中图分类号:U416.217 文献标识码:A

1 工程概况

湖南省桂阳至临武高速公路是湖南省规划的“五纵七横”高速公路网的第三纵岳阳(湘鄂界)至临武(湘粤界)高速公路的南段,全长107.807km。路面结构形式:低剂量水泥稳定碎石20cm底基层+水泥稳定碎石40cm基层+Superpave-25高性能沥青混凝土8cm下面层+SBS改性沥青Superpave-20高性能沥青混凝土6cm中面层+SMA-13SBS改性沥青马蹄脂碎石5cm上面层。级配良好的Sup可以抵抗较大的塑性和剪切的变形,承受重载交通的作用,具有较好的抗车辙能力,提高了沥青路面的高温稳定性和低温抗裂性,设计合理的Sup是解决重载交通下高温车辙问题最经济有效的根本途径之一。

2Superpave结构特点

Superpave的中文意思就是“高性能沥青路面”,简称“Sup”。Sup级配特点:均匀、嵌挤、密实;中间集料多,粗、细集料少;难压实,应增大压实功;用旋转压实仪成型。

2.1 Sup混合料设计方法

Sup混合料采用旋转压实仪模拟沥青路面在运行时搓、揉、压的受力特征成型试件,依据沥青混合料初始、设计和最大旋转压实次数时的密度以及在设计压实次数时的空隙率、矿料间隙率、沥青填隙率、填料与有效沥青之比进行沥青混合料的组成设计。

2.2 Sup 技术与我国现行马歇尔设计方法的比较

马歇尔设计方法中混合料室内试验是通过冲击进行的,很明显,旋转搓揉后的混合料体积状况和力学性能更接近路用真实情况。以湖南省桂武高速公路LM32标SBS改性沥青Sup-20中面层施工为例来说明Sup混合料配合比优化设计与施工技术质量控制,从而反映Sup技术与通常沥青混合料配合比设计的不同

之处,领会Sup混合料配合比优化设计的全新理念。

3 Sup混合料配合比设计

3.1 Sup目标配合比设计

3.1.1 Sup目标配合比设计流程与步骤

Sup目标配合比按图3-1设计流程及步骤进行。

不合格

合格

不合格

不合格

图3-1Sup目标配合比设计流程图

3.1.2原材料选择与性质试验

集料的生产工艺采用二级破碎加工,一级破碎采用鄂式破碎机破碎至100mm以下,二级破碎采用反击破或整形机加工,二级除尘装置,根据中面层Sup-20矿料级配通过率范围,我们确定选取石灰岩石料,集料规格分别为13.2~19mm(1﹟号料)、4.75~13.2mm(2﹟料)、2.36~4.75mm(3﹟料)、0~2.36mm(4﹟料)。按照该破碎工艺所生产的集料具有针片状含量少,颗粒形状近似立方体,粉尘含量低,级配变异性小等特点。

3.1.2.1 粗集料

Sup的粗集料是指在Sup混合料中形成嵌挤起到骨架作用的集料部分,对于

Sup-20、Sup-25是指粒径2.36mm的集料,Sup的高温稳定性是基于含量多达68%~73%的粗集料之间的嵌挤作用,在很大程度上取决于集料石质的坚韧性、颗粒形状和棱角性,粗集料的这些性质是Sup成败与否的关键,所以在选择原材料时一定要选取压碎值小、磨耗值小、针片状含量少,有一定棱角性的集料,同时要经过水洗洁净并搭棚防雨。

3.1.2.2 细集料

对于Sup-20,Sup-25粒径2.36mm的集料称为细集料,用于填充Sup的粗集料骨架的间隙,增强路面的抗渗能力,同时起到粘结作用,要选取表面粗糙、洁净、棱角性能好、有嵌挤能力和松散状态下空隙率≮45%的机制砂,要搭棚覆盖以防受潮。

3.1.2.3 填料

填料采用由石灰石等碱性岩石经磨细而得的矿粉,矿粉的主要作用是和沥青组成一种粘结剂,提高沥青混合料的粘结力及稳定性。

3.1.2.4沥青胶结料

沥青胶结料的性质对沥青路面使用性能有多方面的影响,在选取沥青品种时主要考虑高温抗车辙能力和低温抗裂能力,这两个方面在沥青品种选择时趋向相反,沥青是决定混合料质量的关键,应综合平衡考虑。桂武高速公路中面层Sup-20混合料选取中石油“高富”牌SBS改性沥青。

依据Sup设计要求进行了相关的试验检测,集料的性质试验、密度试验和沥青密度试验结果,分别见表3-1、表3-2、表3-3。

表 3-1 集料性质试验结果汇总表

试验项目 试验结果 Sup技术要求

集 料

认同特性 粗集料棱角性(%) 100 100

细集料棱角性(S) 46.0 ≥30

粗集料针片状(%) 9.2 ≤12

细集料砂当量(%) 72.0 ≥65

集 料

料源特性 石料压碎值(%) 21.8 ≤24

石料高温压碎值(%) 25.9 180℃ ,≤28.0

洛杉矶磨耗值(%) 25.2 ≤28

坚固性(%) 3.0 ≤12

软石含量(%) 2.0 ≤3.0

对沥青的粘附性(级) 5 ≥5

表 3-2 集料密度试验结果汇总表

矿料名称 表观相对密度 毛体积相对密度 吸水率(%)

1﹟料 2.726 2.709 0.23

2﹟料 2.733 2.708 0.32

3﹟料 2.746 2.693 0.72

4﹟料 2.731 2.646 0.84

矿粉 2.688(表观密度g/cm3) 2.693 /

表3-3 SBS改性沥青密度试验结果

材料名称 相对密度

SBS改性沥青 1.031

3.1.3 设计集料级配的选择

3.1.3.1 矿料的级配范围、限制区控制点界限

中面层Sup-20集料级配通过率范围见表3-1。

表3-1 中面层Sup-20集料级配通过率范围

注:表中数字下有横杠者为严格控制值。

Sup-20 混合料矿料级配限制区界限见表3-2,级配控制点见表3-3。

表3-2Sup-20 设计集料级配限制区界限

表3-3 Sup-20 设计集料级配控制点界限

3.1.3.2 初选级配

依据Sup设计的一般方法,在选择集料结构时,首先调试选出粗、中、细三个级配,根据集料的性质(密度和吸水率)计算出三个级配的初始用油量。然后用初始用油量成型试件。根据试验结果,计算出这三种级配的沥青混合料在空隙率为4%时所需的沥青用量及相应的沥青混合料性质,如矿料间隙率(VMA)、饱和度(VFA)、矿粉与有效沥青之比(FA)、初始旋转次数的压实度(%Gmmatin)。表3-4为各种集料的筛分试验结果,三种初试级配各档料比例以及三种试验级配各筛孔尺寸矿料通过率明细表,表3-5为估算沥青用量汇总表。

表3-4 三种初始级配各档矿料比例及合成级配

图3-1三种试验级配曲线

表3-5 估算沥青用量汇总表

3.1.3.3试验级配的评价

根据各个级配的估算沥青用量,并结合设计经验拟用4.2%的沥青用量成型试件,沥青混合料的拌和温度和压实温度依据沥青试验中的粘温曲线,采用旋转压实仪成型试件,设定旋转压实仪的单位压力0.6MPa。选择压实次数为N最初=8次,N设计=100次,N最大=160次。根据Sup的最新设计标准,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=100次,估算沥青用量下各级配旋转压实试验结果汇总见表3-6。

表3-6 三种试验级配旋转压实试验结果汇总表

表 3-7三种级配估算沥青用算试验结果评价表

表3-7为三种级配在4.0%空隙率时估算沥青用量试验结果评价表。依据表