Superpave的集料组成与沥青用量关系

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。

3.对集料的选择(集料组合避开禁区限制)
集料形状符合破碎面和扁长比等的要求 如:
推荐设备： 推荐设备：
• 集料图像测量系统 集料图像测量系统(AIMS) • 快速获取： 快速获取：
*集料外形特征 *粗集料棱角，二维构成， *圆形光面和纹理 细集料棱角和二维构成 *不受操作者主观判断的影响
集料的选择
确定旋转压实机混合料设计参数
• 旋转压实机介绍
Superpave旋转压实机技术规格： 压实角度：1.25°C 压实转速：30rpm 压实荷载：600kPa
PINE旋转压实机
美国派恩（pine）公司生产 三个系列的压实仪：
AFGB ， AFG1 ， AFG2
AFGB1C压实仪 压实仪
是最轻，最便于携带 同时也是最便宜的旋转压实仪 只可以压实150mm试样 便于在现场使用，运输方便
Superpave沥青混计集料的选择 3.设计沥青含量的选择 4.评估混合料对潮湿的敏感性
材料选择
1.根据项目的气候和交通条件选择沥青等级 例如：PG 64-22 7天最高设计路面温度64C 最低设计路面温度-22C 2.交通条件影响沥青材料的选择 如:缓慢和固定的交通工具,或超过30百万80 kN的单轴荷载的高交通水平,对沥青材料的 要求应提高1-2个等级
Superpave沥青混合料的分析和测试
Superpave的两种性能测试装置： Superpave剪切测试仪（SST） 间接拉伸测试仪（IDT） 现在更多的性能测试装置被应用于混合料测试 主要评估疲劳、永久变形、劲度模量等指标 车辙仪 沥青伺服材料试验机 简单性能试验机（SPT）
荷载传感器可以测量拉伸荷载，如果需要仪器可 以配置为拉升测试。 快速闭环控制由16位数据采 集电路实现。操作者安全保护装置有聚碳酸酯和 不锈钢护罩。还有门连锁，防止机器开机时防护 门误打开。满足欧洲安全的基本要求。 高强度测 试机，几乎完全由不锈钢制造，主要特点如下： 工作台内置液压油缸，电子控制系统，放置计算 机。 垂直安装的两个70毫米直径的不锈钢立柱， 间隔500毫米。 坚固的横梁：高度可以调节，提 供500-750毫米的测试组建安装间隔。 液压油缸 行程400毫米，速度范围50-70毫米/分，最大荷载 300kN。内部行程传感器保证精确的速度控制。 荷载传感器测量范围可达300kN。

• 1987年美国公路战略研究计划（SHRP）进行一项为期
五年耗资5000万美元的沥青课题研究，旨在制定一个
新的沥青和沥青混合料规范、试验和设计方法。SHRP 沥青课题的最终研究成果称为Superpave，即高性能沥 青路面的意思，Superpave（Superior Performing Asphalt Pavements）是SHRP沥青研究的成果，包括一
设计ESALs（ 百万次） <0.3 0.3-<3 3-<30 ≥30
应用的典型道路
当由公路部门自己规定和沥青层厚度≥100mm，估计交通量≥0.3×106 ESALs，除了混合料使用在重要的交通线路上和施工车辆超载很多的情况下， 估计的设计的交通量可以降一级。从混合料设计来说，如果这一层厚度的1/4 在路面下100mm以内，这一层视为路面 100mm以下。 当设计ESALs在3～10×106次ESALs之间，公路部门可以根据当地的经验 和自己的判断是否用N初始=7、N设计=75和N最大=115。
沥青混合料设计方法的发展
• 目的:
– 获得符合设计要求的、经济的集料与沥青的 混合物
• 已有的沥青混合料设计方法
– 马歇尔法 – 维姆法
• 新方法
– Superpave旋转压实法
沥青混合料设计的要求
有足够的沥青保证路面的耐久性
在交通荷载作用下有足够的稳定性 有足够的空隙率 – 不能过大，以防止环境破坏 – 不能过小，以便在交通荷载作用下有进 一步压密的空间 有足够 法
原材料试验 确定粘温曲线 设计集料结构的选择
• • • • 初选级配 试验级配的评价 选择设计级配的最佳沥青用量 性能检验
基于交通速度和交通量水平的沥青胶结料选择

表 ４ ３种 混 合 集 料 的 密度 及 初 试 沥 青 用 量
９ ％ ～９ ％ 之 间 。 ７ ８
表 ５ ３种 级 配 在 达 到 ４ 目标 孔 隙 率条 件 下 ％ 沥 青 用 量 预 估 结 果
根据各级 配 的推 荐 初 试 沥 青 用 量 结 果 与设 计
注 ： 级 配 （ ． ５Ｐｉ 粗 ４ ７ ｌ ａ ｎ通 过 率 小 于 ４ ％） 走 禁 区 Ｆ限 时 ， 胶 比 ０ 或 粉
维普资讯
２０ ０ ７年
第２ ８卷
第 ３期
Ｓ ｐ ｒ ａ ｅ沥 青 混 合 料 组 成 设 计 研 究 ｕ ｅｐ ｖ
付 ， 健 ， 峰 ， 月 唐 玉 邱 张登 肖 ， 宁
（． １ 通辽 市质检 站 ， 通辽 ０ ８ ０ ２ 硅 酸盐材 料工程 教育部 重点 实验 室 ， 汉 ４ ０ ７ ） ２ ０ ０； ． 武 ３ ０ ０
Ｋｅ ｒ ｓ： Ｓ ｐ ｒａ ｅ ａ ｐ ａｔｍｉｔ ｒ； ａ ｄ．ｔ ｙ ｗｏ ｄ ｕ ｃｐ ｖ ； ｓ ｈ ｌ ｘ ｕｅ ｎ ｅｉ ｓｅ
Ｓ ｐ ｒａｅ ｕ ｅｐ ｖ 沥青混 合料 与普 通沥 青混 合 料相 比， 具有骨 架嵌挤结 构 ， 沥 青 混合 料对 于 抵 抗 车辙 变 该 形 和其 他道 路损 害具 有 良好 的作 用 。 。选 取 通 辽 至下洼 高速公 路 某段 沥青 下面 层 Ｓ ｐｒａｅ ５级 配 混合 料 设 计 标准 进 ｕ ｅｐ ｖ 沥 行， 并根据 Ｊ Ｇ Ｆ ０ ２ ０ （ 路 沥青路 面施 工技术 Ｔ ４ － ０ ４公 （
２ 配 合 比设计
２ １ 级 配 优 选 ．
集料结 构设 计依 据 Ｓ ｐ ｒａｅ沥 青混 合料 级 配 ｕ ｅｐ ｖ
设计 要求 进行 ， 即合 成 级 配 位 于控 制 点 之 间并避 开