高性能瀝青路面superpave技術(shù)

高性能瀝青路面superpave技術(shù)第1頁/共149頁Strategic

Highway

Research

Program

——“公路戰(zhàn)略研究計劃”（SHRP）1987～19931億5千萬美元四個領(lǐng)域——瀝青——混凝土與結(jié)構(gòu)——公路運營——路面長期性能（LTPP）第2頁/共149頁瀝青項目研究成果21項瀝青結(jié)合料10項混合料體積設(shè)計3項混合料分析與性能預(yù)測8項——Superpave技術(shù)（SUperiorPERformingAsphaltPAVEment)——相關(guān)試驗設(shè)備、方法、軟件第3頁/共149頁Superpave技術(shù)瀝青結(jié)合（膠結(jié)）料性能規(guī)范（PG－）MP1M320瀝青混合料體積設(shè)計方法（SGC）MP2M323R35瀝青混合料性能預(yù)測（SST）第4頁/共149頁瀝青分級標準針入度分級標準（25℃）粘度分級標準（60℃）性能分級標準（達到相同標準下的試驗溫度）第5頁/共149頁瀝青針入度/粘度分級2560135-15稠度(針入度或粘度)hardsoft針入度粘度粘度ABC溫度,℃第6頁/共149頁瀝青針入度指標體系原樣瀝青針入度：分級指標針入度指數(shù)：感溫性指標軟化點：高溫指標60℃動力粘度：高溫指標10℃延度：低溫指標15℃延度：蠟含量：與瀝青高、低溫特性有關(guān)閃點：安全指標溶解度：純度（質(zhì)量）指標密度：與瀝青組分組成有關(guān)TFOT（或RTFOT）后殘留物：老化指標質(zhì)量變化：殘留針入度比：殘留延度：第7頁/共149頁瀝青針入度指標體系滿足同一標準的瀝青可能有不同的溫度敏感性（組分不同）；瀝青指標與瀝青路用性能的相關(guān)性并不顯著；軟化點可能存在假象10℃（延度）不能代表真正的“低溫”針入度指數(shù)曲線的外延并不可靠（特別是對于改性瀝青）第8頁/共149頁不同油源生產(chǎn)的100#瀝青——BTDC圖第9頁/共149頁瀝青針入度主要優(yōu)點：針入度分級試驗溫度接近瀝青的平均使用溫度試驗與檢測速度快可方便地應(yīng)用于現(xiàn)場實驗室設(shè)備費用較低試驗精度較確定可測定瀝青的溫度敏感性第10頁/共149頁瀝青針入度主要缺點：經(jīng)驗性的試驗方法剪切速率高，且是一個變量不能獲得拌和與壓實溫度數(shù)據(jù)當25℃針入度相似時，不能反映瀝青特性的較大差異第11頁/共149頁兩種瀝青指標體系比較性能級與針入度級是兩種完全不同的指標體系主要相同點：都有閃點指標都采用RTFOT或TFOT進行短期老化都有RTFOT或TFOT后的質(zhì)量損失指標要求主要不同點：分級指標不同指標體系不同針入度是經(jīng)驗性指標，性能級是流變指標第12頁/共149頁兩種瀝青指標體系比較瀝青的針入度等級和性能等級之間沒有直接關(guān)系。

瀝青品種ABCD針入度級AH-90AH-70AH-70AH-70性能等級PG58-22PG58-22PG64-22PG58-161、雖然瀝青A、B的針入度等級不同，但其性能等級卻相同2、雖然瀝青B、C、D的針入度等級相同，但其性能等級卻不相同（最大相差兩個性能等級：12℃）第13頁/共149頁主要內(nèi)容瀝青結(jié)合料性能分級：AASHTOM320Superpave混合料體積設(shè)計：AASHTOM323Superpave熱拌瀝青混合料（HMA）體積設(shè)計：AASHTOR35第14頁/共149頁瀝青結(jié)合料性能分級

AASHTOM320第15頁/共149頁性能等級7天最高路面溫度最小路面溫度PG64-22瀝青性能分級標準

——基于氣候的分級體系性能分級體系（PerformanceGrade）第16頁/共149頁第17頁/共149頁第18頁/共149頁第19頁/共149頁第20頁/共149頁瀝青結(jié)合料性能分級MP1MP1aM320-03G*/sinδ——高溫勁度；G*×sinδ——中溫勁度。M320-05對于表2，按PP42，結(jié)合T313和T314方法確定臨界低溫開裂溫度。M320-09對于表2，按R49（PP42），結(jié)合T313和T314方法確定臨界低溫開裂溫度；對于表3，按TP70-09（MSCR）確定不能回收結(jié)合料的蠕變?nèi)崃?，其中“S”、“H”、“V”分別對應(yīng)標準、高、非常高的交通量。第21頁/共149頁主要試驗方法T44,瀝青材料溶解度T48,克利夫蘭開口杯閃點‘與燃點T240,瀝青旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱試驗(RTFOT)R28,瀝青加速老化(PAV)T313,用彎曲梁流變儀測定瀝青結(jié)合料的彎曲蠕變勁度(BBR)T314,直接拉伸測定瀝青結(jié)合料的斷裂性質(zhì)（DT）T315,用動態(tài)剪切流變儀測定瀝青結(jié)合料的流變(DSR)T316,用旋轉(zhuǎn)粘度儀測定瀝青結(jié)合料的粘度TP70,用動態(tài)剪切流變儀進行瀝青結(jié)合料的多級應(yīng)力蠕變恢復(fù)試驗(MSCR)第22頁/共149頁試驗匯總疲勞開裂車轍RTFO短期老化原樣瀝青施工[RV][DSR]低溫開裂[BBR][DTT]PAV長期老化第23頁/共149頁動態(tài)剪切流變試驗原樣瀝青——瀝青分級與驗證：G*/Sinδ≥1.0kPaRTFOT后的瀝青——高溫性能：G*/Sinδ≥2.2kPaRTFOT+PAV后的瀝青——疲勞性能：G*?Sinδ≤5000kPa第24頁/共149頁動態(tài)剪切流變儀第25頁/共149頁動態(tài)剪切流變儀原理第26頁/共149頁粘彈性材料應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系（DSR）第27頁/共149頁瀝青材料的粘彈特性第28頁/共149頁彎曲梁流變試驗RTFOT+PAV后的瀝青——低溫性能：蠕變勁度S≤300MPa蠕變勁度曲線斜率m≥0.300第29頁/共149頁彎曲梁流變儀（BBR）第30頁/共149頁BBR試驗原理第31頁/共149頁BBR試驗應(yīng)力與變形曲線第32頁/共149頁彎曲蠕變曲線第33頁/共149頁BBR試驗之m值第34頁/共149頁直接拉伸試驗(DT)第35頁/共149頁確定低溫開裂溫度第36頁/共149頁瀝青老化短期老化：旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱試驗（RTFOT）模擬瀝青在加熱、拌和、運輸、攤鋪、碾壓期間的老化。長期老化：壓力老化箱（PAV）模擬瀝青在路面使用5～7年后產(chǎn)生的老化。第37頁/共149頁短期老化

——旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱試驗（RTFOT）第38頁/共149頁長期老化

——壓力老化容器（PAV）第39頁/共149頁瀝青可工作性

——泵送、拌和旋轉(zhuǎn)粘度計（Brookfield）135℃時的粘度≤3Pa.s第40頁/共149頁Brookfield旋轉(zhuǎn)粘度計第41頁/共149頁生產(chǎn)安全性閃點儀閃點溫度≥230℃第42頁/共149頁Superpave混合料體積設(shè)計

AASHTOM323標準技術(shù)要求第43頁/共149頁適用性該Superpave體積混合料設(shè)計規(guī)范使用集料和混合料性質(zhì)去產(chǎn)生熱拌瀝青混合料生產(chǎn)配合比該標準為Superpave體積混合料設(shè)計而對結(jié)合料、集料和熱拌瀝青混合料規(guī)定了最低質(zhì)量要求對于Superpave體積混合料，該標準可用于選擇和評價材料第44頁/共149頁相關(guān)標準、方法與文獻AASHTO標準M320,瀝青結(jié)合料性能分級R35,Superpave熱拌瀝青混合料(HMA)體積設(shè)計T11,礦粉水洗篩分T27,粗、細集料篩分T164,瀝青結(jié)合料的抽提T170,阿布森法瀝青結(jié)合料回收T176,用砂當量試驗確定級配集料中的塑性細顆粒和粘土T283,壓實瀝青混合料抗水損壞阻力T304，細集料未壓實空隙含量T308,用燃燒法確定熱拌瀝青混合料（HMA）的瀝青含量T312,用Superpave旋轉(zhuǎn)壓實機準備并測定熱拌瀝青混合料（HMA）試件的密度T319,從瀝青混合料從抽提和回收瀝青結(jié)合料第45頁/共149頁相關(guān)標準、方法與文獻ASTM標準：D4791,粗集料扁平、細長顆粒D5821,確定粗集料破碎顆粒百分率瀝青協(xié)會出版物：MS-2,瀝青混凝土和其他熱拌類混合料設(shè)計方法全國瀝青路面協(xié)會出版物：IS128,HMA路面混合料類型選擇指南其他參考文獻：LTPP季節(jié)性瀝青混凝土路面溫度模型LTPPBind3.1NCHRPReport452:回收瀝青路面在Superpave混合料設(shè)計方法中的使用建議：技術(shù)員手冊TRB項目D9-12,Washington,DC,2001.第46頁/共149頁結(jié)合料要求性能等級的結(jié)合料，滿足M320的要求，適合項目現(xiàn)場的氣候、交通、荷載條件或合同文件的規(guī)定。確定最高路面溫度確定最低路面溫度選擇可靠度結(jié)合料性能級調(diào)整第47頁/共149頁根據(jù)交通速度和交通量選擇瀝青

——考慮交通量與速度對高溫的影響設(shè)計ESALsb（106）

調(diào)整膠結(jié)料高溫等級a交通加荷速率停滯交通c

慢速交通d

標準交通e

<0.3–f

0.3～<3213～<102110～<3021–f

≥30211第48頁/共149頁根據(jù)交通速度和交通量選擇瀝青

——考慮交通量與速度對高溫的影響a、根據(jù)表示等級數(shù)（1級相當于6℃），增加高溫等級，低溫等級不變。b、設(shè)計的ESALs是設(shè)計車道20年預(yù)估的累計當量軸荷載次數(shù)，不管實際道路的設(shè)計壽命多少，總以20年的ESALs并以此選擇合適的N設(shè)計水平。c、停滯交通––––平均交通速度小于20km/h。d、慢速交通––––平均交通速度20～70km/h。e、標準交通––––平均交通速度大于70km/h。f、應(yīng)考慮增加一個高溫等級。注“從實際出發(fā)，應(yīng)避免使用性能等級大于PG82-XX，當要求調(diào)整高溫等級導致需要大于PG82時，應(yīng)仍規(guī)定PG82-XX并增加設(shè)計ESALs1個等級（如10～30×106增加到≥30×106）?！钡?9頁/共149頁根據(jù)回收瀝青混合料選擇瀝青建議的純?yōu)r青等級RAP百分比不改變＜15比通常使用瀝青軟一個等級15～25由摻合料產(chǎn)生的圖表確定＞25第50頁/共149頁根據(jù)回收瀝青混合料選擇瀝青NCHRPProject9-12項目的研究結(jié)果指出，高勁度RAP（回收瀝青為PG88-4）比中、低勁度（分別為PG82-16andPG82-22）對混合瀝青結(jié)合料的低溫性能的影響更大。參考NCHRP452報告，可以根據(jù)回收RAP結(jié)合料的低溫勁度修改表中限制RAP摻量的數(shù)據(jù)。第51頁/共149頁合成集料要求尺寸要求公稱最大尺寸4.75mm～19.0mm用于表面層用于底面層不大于37.5mm級配控制點級配分級粗集料棱角性要求細集料棱角性要求砂當量要求扁平細長顆粒要求第52頁/共149頁集料級配控制點篩孔尺寸公稱最大集料尺寸——控制點（通過百分率）37.525.019.012.59.54.75MinMaxMinMaxMinMaxMinMaxMinMaxMinMax50.010037.59010010025.0909010010019.0909010010012.590901001001009.59090100951004.7590901002.36154119452349285832671.1830600.075061728210210612第53頁/共149頁級配控制點與限制區(qū)篩孔尺寸(mm)Superpave-19Superpave-12.5控制點限制區(qū)控制點限制區(qū)25100199010010012.590901009.5902.36234934.634.6285839.139.11.1822.328.325.631.60.616.720.719.123.10.313.713.715.515.50.07528210第54頁/共149頁級配控制點與限制區(qū)第55頁/共149頁“S”型設(shè)計集料級配第56頁/共149頁級配限制區(qū)目的：避免混合料中含有過高比例的細砂（相對總砂量）避免級配遵從最大密實度線，以獲得適當?shù)腣MA不鼓勵在混合物中采用天然細砂，而提倡采用潔凈的人工砂這種設(shè)計集料結(jié)構(gòu)的方法能保證集料形成強而穩(wěn)定的石料骨架，以增強抵抗永久變形的能力，同時考慮了足夠的空隙以增強混合料耐久性。第57頁/共149頁細集料組成對級配的影響在0.6mm或1.18mm粒徑附近，常會觀察到“駝峰”現(xiàn)象，也就是說0.6mm或1.18mm粒徑附近的級配曲線會向上凸起，這種情況的出現(xiàn)將容易使級配曲線進入限制區(qū)。在多數(shù)情況下，駝峰級配表示級配中含有過多的砂或混合料中細料過多，這種級配會導致混合料變軟，是一種比較敏感的混合料，在壓實過程中容易出現(xiàn)問題，而且這種混合料的抗永久變形能力也較差。第58頁/共149頁粗、細集料級配分類混合料公稱最大尺寸PCS控制點（通過百分率）公稱最大集料尺寸（mm）37.525.019.012.59.5主要控制篩（mm）9.54.754.752.362.36PCS控制點（通過百分率）4740473947第59頁/共149頁第60頁/共149頁認同特性

——必須滿足的統(tǒng)一標準—合成級配（針對整個混合料，而不是單一集料組成）—粗集料棱角性（CAA）—細集料棱角性（FAA）—扁平與細長顆料（FAE）—砂當量（CE）第61頁/共149頁粗集料棱角性粗集料棱角性是指留在4.75mm篩上有一個或二個破碎面集料的重量百分比。破碎面的定義為破碎面的投影面積與該顆粒最大橫截面積之比大于25%時稱為破碎面。規(guī)定粗集料棱角性這個指標主要是為確保粗集料有高的內(nèi)摩擦力，從而保證瀝青混合料有較高的抗車轍能力。試驗方法：美國賓夕法利亞州運輸部PDOT621試驗方法ASTMD5821-95試驗方法JTGE42中的T0346-2000“破碎礫石含量試驗”第62頁/共149頁細集料棱角性——未壓實空隙率試驗方法：AASHTOT304方法AJTGE42T0344第63頁/共149頁扁平、細長顆?！壤?guī)試驗方法（1︰5）：ASTMD4791JTGE42T0312第64頁/共149頁砂當量——粘土含量試驗方法：AASHTOT176JTGE42T0334第65頁/共149頁集料認同特性要求設(shè)計當量軸次（106）a

粗集料棱角性（%）最小c

細集料棱角性（%）最小砂當量（%）最小扁平細長顆粒含量（%）最大≤100mm＞100mm

≤100mm＞100mm＜0.355/－―/―－－40－0.3～375/－50/－404040103～1085/80b60/－4540451010～3095/9080/7545404510≥30100/100100/10045455010a、不管實際道路的設(shè)計壽命多少，總以設(shè)計車道20年的預(yù)期交通量作為設(shè)計的ESALs。b、85/80表示85%的粗集料有一個破碎面，80%的粗集料有兩個或兩個以上的破碎面。c、粗集料棱角性標準不適合于4.75mm公稱最大集料尺寸的混合料注：如果施工層厚在表面層的100mm以內(nèi)少于25%

，該層可考慮為低于100mm以下。第66頁/共149頁料源特性

——地方政府自定標準—堅固性AASHTOT96、ASTMC131JTGE42T0317—安定性AASHTOT104、ASTMC88JTGE42T0314—有害物質(zhì)AASHTOT112、ASTMC142JTGE42T0310第67頁/共149頁熱拌瀝青混合料（HMA）設(shè)計要求瀝青、集料符合要求按T312壓實時，應(yīng)滿足相對密度、VMA、VFA和礦粉-瀝青比要求按T283進行試驗的最小拉伸強度比為0.8第68頁/共149頁SuperpaveHMA設(shè)計要求設(shè)計ESALS（106）a要求密度（壓實度）（最大理論密度%）礦料間隙率（VMA）（%）最小瀝青填隙率(VFA)b（%）粉膠比（DP）cN初始N設(shè)計N最大最大公稱集料尺寸，mm37.525.019.012.59.54.75＜0.3≤91.570～80d0.6～1.20.3～＜3≤90.596.0≤98.011.012.013.014.015.016.065～783～＜10≤89.065～75e

10～＜30≥30第69頁/共149頁SuperpaveHMA設(shè)計要求a、不管實際道路的設(shè)計壽命多少，總以設(shè)計車道20年的預(yù)期交通量作為設(shè)計的ESALs。b、對于公稱最大尺寸為37.5mm的混合料，所有交通量水平的VFA最小為64%。c、對于公稱最大尺寸為4.75mm的混合料，粉膠比應(yīng)為0.9～2.0。d、對于公稱最大尺寸為25.0mm的混合料，當設(shè)計交通量＜0.3×106ESALs時，VFA最小為67%。e、對于設(shè)計交通量＞3×106ESALs，9.5mm公稱最大尺寸混合料的VFA為73%～76%。4.75mm公稱最大尺寸混合料的VFA為75%～78%。注1：如果集料級配通過PCS控制點的下方，粉膠比可從0.6～1.2增加到0.8～1.6。注2：混合料的VMA低于要求的最小值超過2%時，可能會出現(xiàn)泛油和車轍，除非對使用具有高VMA的混合料有足夠的經(jīng)驗，應(yīng)避免使用VMA大于最小值2%以上的混合料。第70頁/共149頁水敏感性要求壓實HMA試樣的空隙率：7.0%±0.5%按AASHTOT283試驗方法測定的拉伸強度比應(yīng)≥80%第71頁/共149頁Superpave熱拌瀝青混合料（HMA）體積設(shè)計

AASHTOR35標準實踐第72頁/共149頁適用性基于熱拌瀝青混合料的空隙率、VMA、VFA等體積性質(zhì)進行混合料設(shè)計可為主要使用T320和T322方法進行混合料分析和性能預(yù)測解析提供混合料參數(shù)的初步選擇用于生產(chǎn)滿足SuperpaveHMA體積混合料設(shè)計要求的熱拌瀝青混合料（HMA）第73頁/共149頁相關(guān)標準、方法與文獻AASHTO標準:M320,瀝青結(jié)合料性能分級M323,Superpave體積混合料設(shè)計R30,熱拌瀝青混合料(HMA)的條件處理T2,集料取樣方法T11,礦料中細于75-μm(No.200)材料的水洗篩分T27,粗、細集料的篩分T84,細集料的比重和吸收T85,粗集料的比重和吸收T100,土的比重T166,用飽和面干試件測定壓實瀝青混合料的毛比重T209,熱拌瀝青混合料(HMA)的理論最大比重和密度第74頁/共149頁相關(guān)標準、方法與文獻AASHTO標準:T228,半固體瀝青材料的比重T248,集料縮樣到試驗尺寸T275,用蠟封試件測定壓實瀝青混合料的毛比重T283,壓實瀝青混合料抗水損壞能力T312,用Superpave旋轉(zhuǎn)壓實機準備并測定熱拌瀝青混合料（HMA）試件的密度T320,用Superpave剪切試驗機(SST)測定瀝青混合料的永久剪切應(yīng)變和勁度T322,用間接拉伸試驗設(shè)備測定熱拌瀝青混合料的蠕變?nèi)崃亢蛷姸葹r青協(xié)會標準:SP-2,Superpave混合料設(shè)計第75頁/共149頁瀝青混合料體積設(shè)計步驟選擇材料設(shè)計集料結(jié)構(gòu)選擇設(shè)計瀝青用量評價設(shè)計瀝青混合料的水敏感性第76頁/共149頁選擇材料瀝青結(jié)合料集料RAP選擇添加劑第77頁/共149頁選擇瀝青結(jié)合料確定項目所在地氣候條件確定路面設(shè)計溫度路面設(shè)計最高溫度路面設(shè)計最低溫度選擇可靠度水平選擇滿足最低設(shè)計可靠度要求的的PG結(jié)合料調(diào)整瀝青等級考慮交通量與速度的影響考慮RAP的使用確定試驗室拌和與壓實溫度第78頁/共149頁確定項目所在地氣候條件采用從氣象站取得數(shù)據(jù)確定工程所在地的氣候條件連續(xù)7天平均最高氣溫最低氣溫確定工程所在地的地理（緯度）位置資料第79頁/共149頁確定路面設(shè)計溫度

——最高路面設(shè)計溫度確定每年連續(xù)最熱的7天，并計算這7天的平均最高氣溫；確定計算年期（通常不少于20年）7天平均最高氣溫的平均值與標準差；將7天平均最高氣溫轉(zhuǎn)換為路面溫度最高路面設(shè)計溫度位于路表面下20mm采用凈熱流和能量平衡模型進行分析太陽吸收：0.90通過空氣的輻射傳輸：0.81大氣輻射：0.70風速：4.5m/sec轉(zhuǎn)換公式：T20mm=(Tair-0.00618Lat2+0.2289Lat+42.2)(0.9545)-17.78式中：T20mm=深20mm處最高路面設(shè)計溫度；

Tair=7天平均最高氣溫；

Lat=項目所在地的地理緯度。第80頁/共149頁確定路面設(shè)計溫度

——最低路面設(shè)計溫度美國SHRP：獲取年最低氣溫；確定計算年期（通常不少于20年）年最低氣溫的平均值與標準差；以年最低氣溫作為路面設(shè)計最低溫度。加拿大瀝青專家：Tmin=0.859Tair+1.7℃式中：Tmin=最低路面設(shè)計溫度，℃

Tair=平均年最低氣溫，℃第81頁/共149頁確定路面設(shè)計溫度——LTPPBind3.1版軟件第82頁/共149頁選擇可靠度

——根據(jù)交通量和公路的重要性平均值：50%平均值+1倍標準差：84.1%平均值+2倍標準差：97.7%平均值+3倍標準差：99.9%平均值+1.64倍標準差：95.0%平均值+1.28倍標準差：90.%第83頁/共149頁選擇可靠度

——年七天最高氣溫分布圖示例（Topeka，KS）：7天平均最高氣溫：36℃標準差：2℃50%可靠度時的氣溫為36℃98%可靠度時的氣溫為40℃第84頁/共149頁選擇可靠度

——年最低氣溫分布圖示例（Topeka，KS）平均年最低氣溫：-23℃標準差：4℃50%可靠度時的氣溫為-23℃98%可靠度時的氣溫為-31℃第85頁/共149頁選擇可靠度

——高、低設(shè)計氣溫分布圖第86頁/共149頁選擇可靠度

——高、低路面設(shè)計溫度分布圖第87頁/共149頁選擇可靠度

——按交通量選擇可靠度設(shè)計當量軸次（106）可靠度高溫低溫＜0.350500.3～380803～10808010～309595≥309595第88頁/共149頁選擇瀝青性能等級50%可靠度：PG56-23PG58-2898%可靠度：PG60-31PG64-34第89頁/共149頁調(diào)整瀝青等級

——考慮交通量與速度影響因素設(shè)計ESALs1

調(diào)整膠結(jié)料PG等級5

交通加荷速率停滯交通2

慢速交通3

標準交通4

＜0.3––（6）

0.3～＜3213～＜102110～＜3021––（6）

≥30211第90頁/共149頁確定試驗室拌和與壓實溫度拌和溫度：0.17±0.02Pa.s壓實溫度：0.28±0.03Pa.s第91頁/共149頁確定試驗室拌和與壓實溫度

粘度——溫度關(guān)系曲線第92頁/共149頁選擇集料認同（一致、共同、統(tǒng)一）特性——必須滿足料源特性——地方政府自定標準第93頁/共149頁選擇集料取樣洗篩分別測定粗、細集料的毛體積和表觀密度測定填料的比重第94頁/共149頁設(shè)計集料結(jié)構(gòu)準備試用混合物壓實試用混合物試件評價試用混合物選擇最合適的設(shè)計集料結(jié)構(gòu)供進一步分析第95頁/共149頁準備試用混合物準備最少三個不同級配的試用混合物粗、中、細評價合成級配集料的性質(zhì)將每個試用混合物級配繪制在0.45次方級配分析圖表上第96頁/共149頁0.45次方富勒曲線繪制第97頁/共149頁0.45次方富勒曲線最大密度線第98頁/共149頁三組試用級配曲線示例第99頁/共149頁（公稱）最大篩孔尺寸對級配曲線的影響我國現(xiàn)行規(guī)范的篩孔系列與美國標準的篩孔系列相比：我國現(xiàn)行規(guī)范的篩孔系列比美國標準多16mm和31.5mm兩個篩孔；雖然13.2mm與12.5mm和26.5mm與25mm兩組篩孔尺寸相差比較小，可以當作是同一個篩孔尺寸來處理，但由于多了16mm和31.5mm兩個篩孔，不僅多了兩個級配，而且相應(yīng)的（公稱）最大篩孔尺寸也隨之發(fā)生變化。第100頁/共149頁壓實試驗混合物試件確定初始試用瀝青結(jié)合料用量R35附錄A1方法——計算經(jīng)驗方法工程方法——類比對每個試用集料級配準備復(fù)份試用混合料（100mm、150mm）根據(jù)項目的設(shè)計交通量確定旋轉(zhuǎn)壓實次數(shù)條件處理試用混合料壓實試件并記錄每次壓實的試件高測定壓實試件的毛體積比重（Gmb）測定松散試樣的理論最大比重（Gmm）第101頁/共149頁初試瀝青用量（經(jīng)驗）集料公稱最大尺寸（mm）試驗瀝青含量（%）37.53.525.04.019.04.512.55.09.55.5表中數(shù)據(jù)適用于集料混合物毛體積密度約2.65的級配；集料混合物毛體積密度大于2.65的級配，瀝青用量可能會低一些，反之則可能會高一些。第102頁/共149頁旋轉(zhuǎn)壓實參數(shù)設(shè)計ESALs(百萬)壓實參數(shù)典型道路應(yīng)用

N初始N設(shè)計N最大＜0.365075輕交通量道路，如地方道路、縣、區(qū)道路和禁止卡車通行的市區(qū)道路。旅游區(qū)道路可屬于此類。0.3～＜3775115中等交通量道路，主要為集散道路和進入街道的道路,市區(qū)道路和大部分縣、區(qū)道路屬于這一類。3～＜308100160中等到高交通量道路，包括雙車道、多車道、部分和全封閉的進城道路，許多州道、國道和某些邊遠地區(qū)的州際公路。≥309125205重交通量道路，包括大部分城市道路和大部分美國州際公路。專用道路如卡車稱重站和卡車專用道、爬坡道路等。第103頁/共149頁旋轉(zhuǎn)壓實參數(shù)不管實際道路的設(shè)計壽命多少，總以設(shè)計車道20年的預(yù)期交通量作為設(shè)計的ESALs。當由公路部門自己規(guī)定和設(shè)計瀝青路面層厚度≥100mm，估計交通量ESALS≥0.3×106時，除非混合料是用于重要的干線交通，否則估計的設(shè)計交通量可以降一級。如果低于施工層厚的25%在路面表面100mm以內(nèi)時，這層考慮為100mm以下。當設(shè)計ESALS在3～10×106之間時，公路部門可以根據(jù)當?shù)貧夂蚝徒?jīng)驗，自己判斷是否用N初始=7、N設(shè)計=75和N最大=115。第104頁/共149頁旋轉(zhuǎn)壓實機示意圖第105頁/共149頁旋轉(zhuǎn)壓實原理圖第106頁/共149頁Troxler旋轉(zhuǎn)壓實機第107頁/共149頁瀝青混合料設(shè)計方法馬歇爾方法：體積指標：空隙率、礦質(zhì)集料間隙率、瀝青填隙率（飽和度）。力學指標：穩(wěn)定度、流值、殘留穩(wěn)定度。Superpave方法：體積指標：空隙率（壓實度）、礦質(zhì)集料間隙率、瀝青填隙率（飽和度）、粉膠比第108頁/共149頁瀝青混合料設(shè)計方法ASTMD1559：“使用馬歇爾設(shè)備測定瀝青混合料抗塑性流動能力”，可見馬歇爾穩(wěn)定度試驗主要用于考察瀝青混合料的抗高溫變形能力。大量的研究成果表明，瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度和流值與瀝青混合料的高溫性能并不相關(guān)，馬歇爾穩(wěn)定度和流值指標也并不能反映瀝青混合料的抗高溫變形能力。一些按常規(guī)設(shè)計的密級配瀝青混合料，其馬歇爾穩(wěn)定度大于10kN是相當普遍的現(xiàn)象，但其抗車轍能力并不一定好。相反，瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA）的馬歇爾穩(wěn)定度一般并不高，但抗高溫變形的能力卻很出色。第109頁/共149頁馬歇爾擊實法的局限性與路面設(shè)計相關(guān)性不好；不能精確的判斷不同交通量對瀝青混合料的技術(shù)指標要求；試件成型方法不能模擬行車壓實；不能預(yù)測路面是否會出現(xiàn)早期破壞。第110頁/共149頁旋轉(zhuǎn)壓實機（SGC）1939年：德州公路部研究并開發(fā)了第一代手動的旋轉(zhuǎn)壓實機；1946年：德州公路部對旋轉(zhuǎn)壓實機的技術(shù)要求和方法進行了標準化；50年代：JohnL.McRae與美國陸軍工兵部隊的工程師一起，根據(jù)德州公路部旋轉(zhuǎn)壓實機的原理，開發(fā)了“旋轉(zhuǎn)搓揉壓實機”，并于1957年申請了專利；90年代初：研制了SHRP旋轉(zhuǎn)壓實機。第111頁/共149頁室內(nèi)壓實效果與現(xiàn)場壓實的關(guān)系

——美國SHRP的結(jié)論壓實設(shè)備最接近現(xiàn)場鉆芯取樣（％）德州旋轉(zhuǎn)壓實45鋼輪碾壓25搓揉壓實23標準馬歇爾擊實7第112頁/共149頁旋轉(zhuǎn)壓實機的優(yōu)點旋轉(zhuǎn)壓實機中體現(xiàn)了搓揉作用，能較好的模擬混合料的現(xiàn)場壓實；旋轉(zhuǎn)壓實機試驗精度和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)自動化程度較高；不僅可以評價密實過程中某一點的壓實情況，還可以評價瀝青混合料在整個服務(wù)期間的密實特征。第113頁/共149頁SHRP旋轉(zhuǎn)壓實機的特點模擬實際路面在特定的氣候和交通條件下的壓實適用于最大粒徑50mmSuperpave體積設(shè)計測量壓實性用于現(xiàn)場質(zhì)量控制和質(zhì)量保證第114頁/共149頁旋轉(zhuǎn)壓實參數(shù)對壓實效果的影響旋轉(zhuǎn)角：角度越大，壓實越快；空隙率隨旋轉(zhuǎn)壓實角度增加而遞減。豎直壓力：豎直壓力越大，壓實越充分；空隙率隨豎直壓力增加而線性遞減。旋轉(zhuǎn)速率：旋轉(zhuǎn)壓實速率對體積特性影響最小。第115頁/共149頁壓實瀝青混合料

——體積與質(zhì)量的關(guān)系圖第116頁/共149頁條件處理瀝青混合料（短期老化）瀝青混合料在盛樣盤中的厚度25mm～50mm老化試驗溫度瀝青混合料壓實溫度±3℃老化時間2小時±5分鐘當集料的吸水率大于2%時，老化時間為4小時每60±5min攪拌一次第117頁/共149頁評價試驗混合物確定試驗混合料的體積要求計算每一個試驗混合料在N設(shè)計的空隙率（Va）和礦料間隙率（VMA）估算每個壓實試件達到4%空隙率的體積性質(zhì)確定在N設(shè)計的平均空隙率差△Va估算Va為4%時的Pb變化估算由△Va引起的VMA的變化計算在N設(shè)計和Va為4%時的VMA估算Va為4%時的試件在N初始相對密度估算有效瀝青結(jié)合料含量計算集料的有效比重，估算有效結(jié)合料的百分率和礦粉-結(jié)合料比將試驗混合料的體積特性與標準比較，并選擇一個最好的第118頁/共149頁計算在N設(shè)計的Va和VMA式中：Gmb=瀝青混合料試件的毛體積密度；Gmb=瀝青混合料試件的理論最大密度；Ps=瀝青混合料中集料百分率；Gsb=合成集料的毛體積密度。第119頁/共149頁確定在N設(shè)計的△Va確定在N設(shè)計的平均空隙率差△Va：第120頁/共149頁估算Va為4%時的Pb變化△Pb=-0.4（△Va）第121頁/共149頁估算由△Va引起的VMA的變化由于Pb變化使得壓實瀝青混合料試件的毛體積密度變化，從而影響VMA若△Va＞4.0

△VMA=0.2（△Va）若△Va＜4.0

△VMA=-0.1（△Va）第122頁/共149頁計算在N設(shè)計和Va為4%時的VMA

VMA設(shè)計=VMA試驗+△VMA式中：VMA設(shè)計=在設(shè)計空隙率為4%時的VMAVMA試驗=在初試瀝青結(jié)合料含量下的VMA第123頁/共149頁估算Va為4%時的試件在N初始相對密度式中：%Gmm初始=在N初始時調(diào)整瀝青含量后的相對密度；hd=在N設(shè)計后試件的高度，mm；hi=在N初始后試件的高度，mm。第124頁/共149頁估算有效瀝青結(jié)合料含量式中：Pbeest=估算的有效結(jié)合料含量；Ps=集料含量；Gb=結(jié)合料的密度；Gse=集料的有效密度；Gsb=合成集料的毛體積密度；Pbest=估算的結(jié)合料含量。第125頁/共149頁計算礦粉-結(jié)合料比式中：P0.075=0.075mm篩的通過率。第126頁/共149頁第127頁/共149頁選擇最合適的設(shè)計集料結(jié)構(gòu)確定符合混合料體積特性要求的級配從符合體積特性要求的級配中選擇一個最好的所有試驗級配都不符合要求時，重復(fù)上述過程第128頁/共149頁選擇設(shè)計瀝青用量用選定的集料級配，在估算瀝青用量、估算瀝青用量±0.5%、估算瀝青用量+1.0%等四個用油量下準備復(fù)份混合料條件處理混合料，壓實混合料到N設(shè)計并記錄每次壓實的試件高度測定壓實試件的毛體積比重測定松散試樣的理論最大比重確定在N設(shè)計、空隙率為4%時的設(shè)計結(jié)合料用量計算的最大相對密度百分率與N初始比較制備復(fù)份試件以確認在N最大時的相對密度是否滿足要求第129頁/共149頁在多個瀝青用量下壓實設(shè)計集料結(jié)構(gòu)制備復(fù)份設(shè)計集料結(jié)構(gòu)試樣條件并壓實試件到N設(shè)計確定壓實試件的毛體積密度確定每一組混合料試樣的理論最大密度第130頁/共149頁選擇瀝青用量計算在N設(shè)計時的Va、VMA（前述）計算VFA：第131頁/共149頁選擇瀝青用量計算礦粉-結(jié)合料比：式中：Pbe=有效結(jié)合料含量第132頁/共149頁選擇瀝青用量確定每一組混合料試件在N初始時修正的平均相對密度：第133頁/共149頁選擇瀝青用量——示例

（在N設(shè)計時的體積參數(shù)）Pb（%）Va（%）VMA（%）VFA（%）GN設(shè)計（kg/m3）4.39.515.940.323204.87.014.752.423665.36.014.959.523725.83.713.973.52412第134頁/共149頁選擇瀝青用量——示例

（繪制在N設(shè)計體積參數(shù)與瀝青用量間的關(guān)系曲線）第