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摘要：Superpave瀝青混合料設計方法是一種新型的混合料設計方法，從目前國內(nèi)的應用來看，它較傳統(tǒng)的馬歇爾設計方法瀝青混合料性能有較大的改善，有效的防止了瀝青路面早期損害的發(fā)生。本文以試驗為基礎(chǔ)，依據(jù)Superpave瀝青混合料設計實例對其探討，以求指導路面設計與施工。

關(guān)鍵詞：Superpave青混合料設計期損害計實例

前言

1987年美國公路戰(zhàn)略研究計劃(SHRP)進行一項為期五年耗資5000萬美元的瀝青課題研究，旨在制定一個新的瀝青和瀝青混合料規(guī)范、試驗、設計方法和評價體系。SHRP瀝青課題的最終研究成果稱為Superpave，即高性能瀝青路面，包括膠結(jié)料規(guī)范、混合料設計體系和混合料性能分析方法。美國聯(lián)邦公路局（FHWA）負責推廣Superpave，并得到了AASHTO的全力支持。至1998年，除加州和內(nèi)華達州，在其余各州新的膠結(jié)料性能規(guī)范已全面取代了針入度規(guī)范和粘度規(guī)范，美國有近40個州采用Superpave混合料設計方法取代馬歇爾混合料設計方法。

目前我國的Superpave技術(shù)的引進和應用較為普遍，國內(nèi)許多單位都紛紛購買購買和采用Superpave體系的設備和儀器，Superpave瀝青膠結(jié)料規(guī)范和混合料設計規(guī)范在許多項目中已被應用。從實際路面運營的效果來看，其展現(xiàn)出比傳統(tǒng)的AC類瀝青混合料很多性能上的優(yōu)勢，有效的防止了瀝青路面早期損害的發(fā)生。

本文基于已有的研究，以試驗為基礎(chǔ)，依據(jù)Sup20改性瀝青混合料配合比設計實例對Superpave混合料設計方法進行探討。

1Sup20改性瀝青混合料設計實例

1.1集料技術(shù)性質(zhì)試驗

試驗選用石料為石灰?guī)r石料、瀝青為科氏161SBS改性瀝青，依據(jù)Superpave設計要求，進行了集料技術(shù)性質(zhì)試驗，結(jié)果如下表所示：

表1-1集料技術(shù)性質(zhì)試驗結(jié)果匯總表

試驗項目

試驗值

設計標準

Superpave技術(shù)標準

集料

認同特性

粗集料棱角性（%）

100

/

≥100%

細集料棱角（%）

46.0

/

>45%

扁平顆粒（％）

5.6

≤15

<10%

砂當量（％）

85.6

≥70

>60%

集料

料源特性

堅固性（％）

17.5

≤30

<35～45%

安定性（％）

3.3

≤12

<10～20%

注：對于集料的料源特性，Superpave技術(shù)標準無具體要求，表中列出的標準為推薦值。

1.2設計集料結(jié)構(gòu)的選擇

1）初選級配

依據(jù)Superpave設計的一般方法，在選擇集料結(jié)構(gòu)時，首先調(diào)試選出粗、中、細三個級配，根據(jù)集料的性質(zhì)（密度和吸水率）計算出三個級配的初始用油量。然后用初始用油量成型試件。根據(jù)試驗結(jié)果，計算出這三個級配的瀝青混合料在空隙率為4%時所需的瀝青用量及相應的瀝青混合料性質(zhì)，如礦料間隙率（VMA）、飽和度（VFA）、礦粉與有效瀝青之比（F/A）、初始旋轉(zhuǎn)次數(shù)的壓實度（%Gmmatin）等。圖1-1為三種初選級配的曲線圖，表1-2為估算瀝青用量匯總表。

圖1-1三種初選級配曲線圖

表1-2估算瀝青用量匯總表

試驗級配

Gsb

(g/cm3)

Gsa

(g/cm3)

Gse

(g/cm3)

Vba

Vbe

Ws

Pbi

（%）

1

2.669

2.720

2.710

0.0134

0.0897

2.3443

4.33

2

2.671

2.721

2.711

0.0129

0.0897

2.3450

4.31

3

2.673

2.721

2.712

0.0126

0.0897

2.3455

4.29

表中：Gsb––––級配集料毛體積密度；

Gsa––––級配集料表觀密度；

Gse––––級配集料有效密度；

Vba––––集料吸收的瀝青膠結(jié)料體積；

Vbe––––有效瀝青膠結(jié)料的體積；

Ws––––每立方厘米混合料中集料質(zhì)量；

Pbi––––估算瀝青用量。

2）三種試驗級配評價

根據(jù)各個級配的估算瀝青用量和設計經(jīng)驗，擬用4.3％的瀝青用量采用旋轉(zhuǎn)壓實儀成型試件，旋轉(zhuǎn)壓實儀設定的單位壓力為0.6MPa。根據(jù)交通量數(shù)據(jù)并考慮到工程施工實際的壓實條件，選擇壓實次數(shù)N最初=8次，N設計=100次，N最大=160次。根據(jù)Superpave的設計標準，在進行估算用油量成型試件時，將旋轉(zhuǎn)壓實次數(shù)設定在N設計，本次試驗為N設計=100次，估算瀝青用量下各級配旋轉(zhuǎn)壓實試驗結(jié)果匯總于表1-3。

表1-3三種級配估算瀝青用量試驗結(jié)果評價表

級配

4%空隙率

瀝青用量（％）

VMA（％）

（設計次數(shù)）

VFA（％）

（設計次數(shù)）

粉膠比

初始次數(shù)

壓實度（％）

1

4.37

13.0

69.3

1.26

83.9

2

4.59

13.5

70.3

1.14

83.8

3

4.89

14.1

71.6

0.92

84.6

Superpave標準

不小于13.0

65～75

0.6～1.2*

≤89.0

注：*表示當級配通過禁區(qū)下方，粉膠比可增加到0.8～1.6。

由上表數(shù)據(jù)可知級配1、級配2和級配3均滿足Superpave設計要求，考慮到壓實特性和工程實際的瀝青用量，本次設計選擇級配1為設計級配。

3）選擇設計級配的瀝青用量

設計級配確定后由表1-3并根據(jù)設計經(jīng)驗，取Pb為4.3%，四個瀝青用量分別為：3.8%、4.3%、4.8%、5.3%。在進行確定選擇級配瀝青用量的試驗時，壓實次數(shù)應設定在N設計，本次N設計=100次。試驗結(jié)果如表1-4所示：

表1-4四種瀝青用量瀝青混合料體積性質(zhì)

瀝青用量

（％）

在壓實次數(shù)時

礦粉/有效瀝青比例

初始壓實度（%）

壓實度（％）

（設計次數(shù)）

VMA（％）

VFA（％）

3.8

94.2

13.4

57.0

1.48

82.6

4.3

95.9

13.1

68.5

1.28

83.7

4.8

97.0

13.1

77.2

1.13

86.0

5.3

98.0

13.2

84.9

1.01

87.1

4.34

96.0

13.1

69.1

1.27

83.9

Superpave

標準

96.0

≥13

65～75

0.8～1.60

≤89

根據(jù)四個瀝青用量混合料的體積性質(zhì)，通過圖表插值法可以得到設計瀝青用量為4.34%及其對應的體積性質(zhì)。

4）設計瀝青用量混合料體積性質(zhì)驗證

經(jīng)以上分析設計結(jié)果取瀝青用量為4.34%，采用瀝青用量4.3%成型試件，驗證4.3%的瀝青用量在壓實次數(shù)設定在N最大時對應的體積性質(zhì)指標（N最大=160次），試驗結(jié)果見表1-5：

表1-5設計瀝青用量驗證試驗結(jié)果表

瀝青用量（％）

在壓實次數(shù)時

F/A

初始壓實度（%）

最大壓實度（％）

壓實度（％）

（設計次數(shù)）

VMA（％）

VFA（％）

4.3

96.0

13.1

69.2

1.27

84.1

97.3

Superpave標準

96.0

≥13

65～75

0.6～1.2*

≤89

≤98

注：*表示當級配通過禁區(qū)下方，粉膠比可增加到0.8～1.6。

通過以上四個部分的試驗和分析，我們即可確定級配1為設計級配，配合比為1#：2#：3#：4#：礦粉=21：36.5：14：25：3.5，設計瀝青用量為4.3%，設計瀝青用量下瀝青混合料各項體積指標均滿足設計要求。

2結(jié)語

自Superpave瀝青混合料設計方法在我國實踐以來，可以說對道路界是一場新思想的變革，Superpave瀝青混合料結(jié)構(gòu)經(jīng)實踐證明較我們傳統(tǒng)的密實懸浮類混合料的抗車轍性能有了明顯的改善，這一設計方法的最大亮點即為引用了混合料的體積性質(zhì)作為設計的關(guān)鍵標準，同時旋轉(zhuǎn)壓實的成型工藝也較傳統(tǒng)的馬歇爾擊實的成型方法更能模擬實際路面車輪的搓揉作用。但作為一種新的設計方法，我們要用一分為二的觀點來看問題，這一設計方法還有許多方面需要我們?nèi)パ芯刻接?，例如：在混合料配合比設計中只是單一的以體積指標為標準，并沒有引入力學性能指標這是否合適，此外由于Superpave混合料采用的級配較粗，從目前國內(nèi)已修筑的Superpave路面來看滲水系數(shù)過大的路段較多。Superpave混合料級配設計中的限制區(qū)對于我國現(xiàn)有的石料性質(zhì)還需要進一步的試驗驗證。相信通過大量的研究，我們會對Superpave有更加深層次的認識和改進，從而有利于提高瀝青混合料質(zhì)量，為公路事業(yè)做出貢獻。

參考文獻

[1]余叔藩譯，《Superpave水準I瀝青混合料設計》，交通部重慶公路科學研究所，1997.12

[2]中華人民共和國行業(yè)標準，《公路工程瀝青和瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTJ052-2000），人民交通出版社，2000