Superpave瀝青混合料設(shè)計(jì)方法探討

1、Superpave瀝青混合料設(shè)計(jì)方法探討         06-03-15 16:52:00     作者：王積鑫    編輯：studa9ngns摘要：Superpave瀝青混合料設(shè)計(jì)方法是一種新型的混合料設(shè)計(jì)方法，從目前國(guó)內(nèi)的應(yīng)用來(lái)看，它較傳統(tǒng)的馬歇爾設(shè)計(jì)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(yàn)為基礎(chǔ)，依據(jù)Superpave瀝青混合料設(shè)計(jì)實(shí)例對(duì)其探討，以求指導(dǎo)路面設(shè)計(jì)與施工。 關(guān)鍵詞：Super

2、pave 青混合料設(shè)計(jì) 期損害 計(jì)實(shí)例  前言1987年美國(guó)公路戰(zhàn)略研究計(jì)劃(SHRP)進(jìn)行一項(xiàng)為期五年耗資5000萬(wàn)美元的瀝青課題研究，旨在制定一個(gè)新的瀝青和瀝青混合料規(guī)范、試驗(yàn)、設(shè)計(jì)方法和評(píng)價(jià)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(shè)計(jì)體系和混合料性能分析方法。美國(guó)聯(lián)邦公路局（FHWA）負(fù)責(zé)推廣Superpave，并得到了AASHTO的全力支持。至1998年，除加州和內(nèi)華達(dá)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(guó)有近40個(gè)州采用Superpave混合料設(shè)計(jì)方法取代馬歇爾混合料設(shè)計(jì)方法。目前我

3、國(guó)的Superpave技術(shù)的引進(jìn)和應(yīng)用較為普遍，國(guó)內(nèi)許多單位都紛紛購(gòu)買購(gòu)買和采用Superpave體系的設(shè)備和儀器，Superpave瀝青膠結(jié)料規(guī)范和混合料設(shè)計(jì)規(guī)范在許多項(xiàng)目中已被應(yīng)用。從實(shí)際路面運(yùn)營(yíng)的效果來(lái)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(shì)，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(yàn)為基礎(chǔ)，依據(jù)Sup20改性瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)實(shí)例對(duì)Superpave混合料設(shè)計(jì)方法進(jìn)行探討。1 Sup20改性瀝青混合料設(shè)計(jì)實(shí)例1.1 集料技術(shù)性質(zhì)試驗(yàn)試驗(yàn)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(shè)計(jì)要求，進(jìn)行了集料技術(shù)性質(zhì)試

4、驗(yàn)，結(jié)果如下表所示：表1-1  集料技術(shù)性質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果匯總表試驗(yàn)項(xiàng)目試驗(yàn)值設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)Superpave技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)集料認(rèn)同特性粗集料棱角性（%）100/100%細(xì)集料棱角（%）46.0/>45%扁平顆粒（）5.615<10%砂當(dāng)量（）85.670>60%集料料源特性堅(jiān)固性（）17.530<3545%安定性（）3.312<1020%注：對(duì)于集料的料源特性，Superpave技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)無(wú)具體要求，表中列出的標(biāo)準(zhǔn)為推薦值。1.2 設(shè)計(jì)集料結(jié)構(gòu)的選擇1）初選級(jí)配依據(jù)Superpave設(shè)計(jì)的一般方法，在選擇集料結(jié)構(gòu)時(shí)，首先調(diào)試選出粗、中、細(xì)三個(gè)級(jí)配，根據(jù)集料的性質(zhì)

5、（密度和吸水率）計(jì)算出三個(gè)級(jí)配的初始用油量。然后用初始用油量成型試件。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，計(jì)算出這三個(gè)級(jí)配的瀝青混合料在空隙率為4%時(shí)所需的瀝青用量及相應(yīng)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(shí)度（%Gmmat in）等。圖1-1為三種初選級(jí)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(jí)配曲線圖表1-2  估算瀝青用量匯總表試驗(yàn)級(jí)配Gsb(g/cm3)Gsa(g/cm3)Gse(g/cm3)VbaVbeWsPbi（%）12.6692.7202.7100.01340.08972.344

6、34.3322.6712.7212.7110.01290.08972.34504.3132.6732.7212.7120.01260.08972.34554.29表中：Gsb級(jí)配集料毛體積密度；      Gsa級(jí)配集料表觀密度；      Gse級(jí)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；    &

7、#160; 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(yàn)級(jí)配評(píng)價(jià)根據(jù)各個(gè)級(jí)配的估算瀝青用量和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，擬用4.3的瀝青用量采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀成型試件，旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀設(shè)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(shí)際的壓實(shí)條件，選擇壓實(shí)次數(shù)N最初=8次，N設(shè)計(jì)=100次，N最大=160次。根據(jù)Superpave 的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，在進(jìn)行估算用油量成型試件時(shí)，將旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)設(shè)定在N設(shè)計(jì)，本次試驗(yàn)為N設(shè)計(jì)=100次，估算瀝青用量下各級(jí)配旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試驗(yàn)結(jié)果匯總于表1-3。表1-3  三種級(jí)配估算瀝青用量試驗(yàn)結(jié)果評(píng)

8、價(jià)表級(jí)配4%空隙率瀝青用量（）VMA（）（設(shè)計(jì)次數(shù)）VFA（）（設(shè)計(jì)次數(shù)）粉膠比初始次數(shù)壓實(shí)度（）14.3713.069.31.2683.924.5913.570.31.1483.834.8914.171.60.9284.6Superpave標(biāo)準(zhǔn)不小于13.065750.61.2*89.0注：*表示當(dāng)級(jí)配通過(guò)禁區(qū)下方，粉膠比可增加到0.81.6。由上表數(shù)據(jù)可知級(jí)配1、級(jí)配2和級(jí)配3均滿足Superpave 設(shè)計(jì)要求，考慮到壓實(shí)特性和工程實(shí)際的瀝青用量，本次設(shè)計(jì)選擇級(jí)配1為設(shè)計(jì)級(jí)配。3）選擇設(shè)計(jì)級(jí)配的瀝青用量設(shè)計(jì)級(jí)配確定后由表1-3并根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，取Pb為4.3%，四個(gè)瀝青用量分別為：3.8%、

9、4.3%、4.8%、5.3%。在進(jìn)行確定選擇級(jí)配瀝青用量的試驗(yàn)時(shí)，壓實(shí)次數(shù)應(yīng)設(shè)定在N設(shè)計(jì)，本次N設(shè)計(jì)=100次。試驗(yàn)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(shí)次數(shù)時(shí)礦粉/有效瀝青比例初始?jí)簩?shí)度（%）壓實(shí)度（）（設(shè)計(jì)次數(shù)）VMA（）VFA（）3.894.213.457.01.4882.64.395.913.168.51.2883.74.897.013.177.21.1386.05.398.013.284.91.0187.14.3496.013.169.11.2783.9Superpave標(biāo)準(zhǔn)96.01365750.81.6089根據(jù)四個(gè)瀝青用量混合料的體積性質(zhì)，通過(guò)圖表插值法可以得到設(shè)計(jì)瀝青用量為4.34%及其對(duì)應(yīng)的體積性質(zhì)。4）設(shè)計(jì)瀝青用量混合料體積性質(zhì)驗(yàn)證經(jīng)以上分析設(shè)計(jì)結(jié)果取瀝青用量為4.34%，采用瀝青用量4.3%成型試件，驗(yàn)證 4.3% 的瀝青用量在壓實(shí)次數(shù)設(shè)定在N最大時(shí)對(duì)應(yīng)的體積性質(zhì)指標(biāo)（N最大=160次），試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1-5：表1-5  設(shè)計(jì)瀝青用量驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果表瀝青用量（）在壓實(shí)次數(shù)時(shí)F/A初始?jí)簩?shí)度（%）最大壓實(shí)度（）壓實(shí)度（）（設(shè)計(jì)次數(shù)）VMA（）VFA（）4.396.013.169.21.2784.197.3Superpave標(biāo)準(zhǔn)