第14講美國Superpave設(shè)計方法(一)

1、第14講美國 Superpave設(shè)計方法（一）Superpave 簡介 Superpave表示Superior PerformingAsphalt Pavements,即高性能瀝青路面。 美國公路戰(zhàn)略研究計劃(SHRP)的背景 SHRP的研究集中在瀝青膠結(jié)料、瀝青混凝 土及結(jié)構(gòu)、道路運營和長期路面性能等方面Superpave體系設(shè)計混合料主要步驟材料選擇設(shè)計集料結(jié)構(gòu)的選擇設(shè)計瀝青結(jié)合料含量的選擇設(shè)計混合料的水敏感性評價§ 1材料選擇與級配范圍、材料選擇1、瀝青結(jié)合料的選擇基于環(huán)境資料、交通水平及交通速度,即 根據(jù)路面的最高和最低設(shè)計溫度和交通 條件加以選擇。路面的最高設(shè)計溫度按下式計

2、算:”=(心-0.0061% +0.228 矚 +42.2)x0.9545-17.78Tair7d平均最高氣溫（一年的），°C計算出統(tǒng)計年限內(nèi)7d平均最高氣溫的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。不能采用低于20年記錄的氣象資料。路面的最低設(shè)計溫度按下式計算7in=0.859Z；Zr+1.7min年最低氣溫，°C與計算7d平均最高氣溫的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差相似， 計算出統(tǒng)計年限內(nèi)年最低氣溫（一天的溫度）的 平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。同樣，不能采用低于20年記錄的氣象資料。可靠度思想Superpave定義，可靠度是在一個單年中， 實際溫度不超過設(shè)計溫度的概率。如：美國某州夏季氣溫，在統(tǒng)計年限內(nèi)，具有平 均7天最

3、高氣溫32C,標(biāo)準(zhǔn)差2C,則在統(tǒng)計年限 內(nèi)有50%的概率7天最高氣溫會超過32°C,然而 ,假定為正態(tài)概率分布，只有2 %的概率7天最高 值會超過36°C,因而如下圖所示，36°C的氣溫將 提供98 % ( 97.72% )的可靠度。對冬季條件可 以采用類似方法，該州最低氣溫-21 °C,標(biāo)準(zhǔn)差 4°C,因而，在平均冬季，最低氣溫平均-21°C ,最冷的冬季，氣溫會降至-29°C。NCAT9選擇結(jié)合料的具體步驟(1)選擇荷載類型：快速。(2 )確定路面設(shè)計溫度(以上述某州數(shù)據(jù)為例) 氣溫選擇：7天平均最高氣溫在最熱夏季此 平

4、均值可達(dá)36°C;最低氣溫- 29C。 路面溫度計算，該州緯度41. 42。，代入上 述公式計算，得到98 %可盍度的路面設(shè)計溫度計算 約為 56°C 和-23°C。(3 )按路面溫度選擇結(jié)合料等級 水平移動到最高路面設(shè)計溫度向下移動到最低路面設(shè)計溫度NCAT11表 根據(jù)氣候. 交通速度和 交通量選擇結(jié)合料性能等級荷載最高路面設(shè)計溫度停車t 283434 4040 4646-52慢速（bOkm/h；344040-4646-525258快速(lOOkm/h) 34 4646 5252585864>-10PG46-10PG52-10PG58-10PG64-101

5、0PG46-16PG52-16PG58-16PG64-16-1616PG46-22PG52-22PG58-22PG64-22最低一 22路面-22-PG46-28PG52-28PG58PG64-28設(shè)計-28-28溫度一28PG46-34PG52-34PG58-34PG64-34(°C-34)34PG46-40PG52-40PG58-40PG64-40-4040PG46-46PG52-46PG58-46PG64-46-4652-5858-6458 64647064 707076PG70-10PG76-10PG70-16PG76-16PG70-22PG76-22PG70-28PG76-

6、28PG70-34PG76-34PG70-40PG76-40PG70-46PG76-46地區(qū)阿拉斯加一加拿大美國北部大北 拿國部 n Br 力美國南I * r i-J部美國西部、沙漠美國大陸慢速/軍交通 PG58 - 28表示的意義：指結(jié)合料將滿足 高至5 8 °C的高溫物理特性要求與低至- 2 8 °C的低溫物理特性要求?！?8”表示7 天平均路面最高設(shè)計溫度，“ - 28”表 示路面最低設(shè)彳溫度。15#PG-58-28大于98%可靠度NCAT17NCAT#PG-52-1650% 可靠度NCAT#2、集料的選擇(1) 選擇依據(jù)：認(rèn)同特性和資源特性(2) 認(rèn)同特性(Cons

7、ensus Aggregate Properties)(D>:具有一個或多個破碎面的大于4. 75mm集料的重量百分率。：小于2. 36mm的未壓實集料的空隙百分率。扁平、細(xì)長顆粒: 的粗集料百分?jǐn)?shù)。具有最大與最小比值大于5：粘土含量是指在小于4. 75mm篩孔的集料組成中所含粘土材料的百分?jǐn)?shù)。用 驗確定。NCAT19NCAT21sseuts一 111tiFiur亡 2.2 Flar/Elonated Test Dimensional Labels(3) 資源特性是指堅固性、安定性和有害物質(zhì)O 堅固性:堅固性是通過洛杉磯磨耗試驗的集料混合物的質(zhì)量 損失百分率。 安定性：安定性是集料混合物

8、通過硫酸鈉或硫酸鎂安定性試 驗的材料損失百分?jǐn)?shù)。 有害物質(zhì)：定義為在混和集料中的諸如粘土快、頁巖、木質(zhì)、 煤等雜質(zhì)的質(zhì)量百分率。NCAT23二、集料級配范圍與集料結(jié)構(gòu)1 0.45 Power Grading ChartPercent PassingExample:4.75 mm sieve plots at (4.75)0 45 = 2.02o J1111012342 Control point and restricted zonePercent Passing0 !.07532.364.759.512.519.0Sieve Size (mm) Raised to 0.45 Power3.

9、Superpave Aggregate GradationPercent Passing“駝峰級配”通過限制區(qū)的級配稱為“駝峰級配”。大 多數(shù)情況下，駝峰級配表明混合料中含有 過量的細(xì)砂。該種級配在工程中常常引起 混合料軟弱性狀。這種形狀在施工時難以 壓實，運營期抗永久變形能力減弱。這種 混合料還會對瀝青用量過于敏感，使得混 合料塑性變強(qiáng)。Sieve Size (mm) Raised to 0.45 PowerNCAT29§2瀝青混合料體積配比分析+ +Yn= 片+ 4 +Pn必pn1Z1 %2100旦+旦YseYaNCAT31NCAT#YsePs1OO PbNCAT#NCAT#$

10、mmw =1QxlOOJY mm 丿NCAT33NCAT#VMA =1- xP5< y sb 丿xlOONCAT#NCAT#= W4-WxW0VMANCAT#§ 3 Superpave水準(zhǔn)1混合料設(shè)計 開發(fā)幾種滿足Superpave級配要求的試驗集料 混合物（初擬若干條級配曲線）用試驗混合物與瀝青混合并將瀝青混合料作短 期烘箱老化壓實試件并分析試件的體積指標(biāo)根據(jù)試件的體積指標(biāo)選擇最佳的試驗混合物作 為設(shè)計集料結(jié)構(gòu)在幾種瀝青含量下壓實設(shè)計集料結(jié)構(gòu)的試樣以 確定最佳設(shè)計瀝青含量NCAT35試驗設(shè)備旋轉(zhuǎn)壓實儀(SGC)SHRP Gyratory Compsictor with Com

11、pacted SampleFigure 3.6 Superpave Ga raNCATSuperpave Gyratory*Compactor100 mmtorv Compactor#設(shè)計旋轉(zhuǎn)壓實次數(shù)N des設(shè)計瀝青用量在空隙率4 %條件下產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)壓實次數(shù)Mini混合料密度小于最大理論密度89%的 最大旋轉(zhuǎn)壓實次數(shù)，按以下公式確定lg,=0.451xlgNmax混合料密度小于最大理論密度98 % 或空隙率大于2%的最大旋轉(zhuǎn)壓實次數(shù)，可按 以下公式確定：IgAUi.lOlxlgN血Superpave設(shè)計旋轉(zhuǎn)壓實表設(shè)計ESALs （百萬 次）7d平均最高氣/fj iwH<39 °

12、;C39-40 °C41-42 °C43 44 °CNdesNmax1NdesNdesNmaxNdesNmax<0.30. 3-11-33-1010-3030-100 >100777889968768696109126143104117134152174204233778899107483951061211391581141291501691952282627788991078881001131281461651211381581812082402757889910108293105119135153172127146167192220253288選擇

13、設(shè)計集料結(jié)構(gòu)在級配范圍內(nèi)，通常選擇三種混合物(1) 一旦選定了試驗混合物，有必要對混合集料 特性進(jìn)行初步評價。包括四種認(rèn)同特性，集料的 毛體積密度、表觀密度及集料的資源特性。(2) 然后，壓實試件，并確定每種試驗混合物的 體積特性。制件一、確定瀝青用量1試驗混合物的有效相對密度2、被集料吸收的瀝青結(jié)合料體積（單位體曹集料吸收瀝青的體Ysb Yse"竿晉（】1Yse YaNCAT35n1-WpsNCAT#NCAT#YseWs為“單位體積的瀝青混合料中礦料的質(zhì)量”式中:Pb瀝青占混合料重量百分率，假定005；Ps集料占混合料重量百分率，則為0.95。3、有效瀝青結(jié)合料體積（單位體積的瀝青

14、混合料試件屮有效瀝青的體積）您=0.1760.06751。嘰)集料混合料公稱最大尺寸(mm)4、初始譬咤聲堂芝二、試件準(zhǔn)備與壓實1. 集料、瀝青結(jié)合料準(zhǔn)備 至少按2個試件準(zhǔn)備集料與瀝青結(jié)合料，瀝青混合、 料的重量按4800g計，試件尺寸為直徑150mm,高度 115mmo 拌和與壓實溫度確定：按粘溫曲線進(jìn)行，但使用改 性瀝青時，要咨詢改性劑的生產(chǎn)廠家。 瀝青加熱：將瀝青結(jié)合料加熱到要求的拌和溫度。 集料及相關(guān)儀具加熱：將裝集料的盤放入烘箱中， 溫度設(shè)置約比拌和溫度高約15°C。相關(guān)儀具同時加 執(zhí)八、O 將壓力鼓風(fēng)烘箱加熱到135°C,用于拌和后試樣的 立即短期老化。2. 混合料準(zhǔn)備準(zhǔn)確稱取加熱集料，裝進(jìn)拌和鍋充分干拌，加 進(jìn)所需瀝青用量拌和，待試樣拌和到集料被充 分涂覆后，將混合料倒入平地淺盤攤開，然后 將盤放進(jìn)135°C的