Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ瀝青路面設計與應用

沈衛(wèi)平　史志剛

摘要：介紹了Superpave混合料的詳細設計過程和檢測數(shù)據(jù)。通過對設計實例的探討，以求指導路面設計與施工。

關鍵詞：Superpave 配合比 設計 施工 應用

0 引言

Superpave（Superior Performing Asphalt Pavements）即高性能瀝青路面，它是美國公路戰(zhàn)略研究計劃(SHRP)的重要研究成果。由于采用了新的瀝青混合料設計方法，其集料級配更趨于嵌擠、密實，高溫穩(wěn)定性好，適于交通量大和抗車轍要求高的公路。在施工確保合適空隙率的前提下，抗水害性能和抗疲勞性能也較好。本文以在江蘇南通204國道海安段擴建工程的改性瀝青混合料Sup20下面層配比設計為基礎，對 Superpave混合料設計方法進行探討。

1 原材料

所用1#、2#集料為浙江長興產(chǎn)石灰?guī)r，3#、4#集料為宜興佳樂產(chǎn)石灰?guī)r，瀝青為泰州中海產(chǎn)70＃道路石油瀝青，礦粉為溧陽中亞產(chǎn)，進行集料性質(zhì)試驗和瀝青的密度試驗。

2 設計集料結構的選擇

2.1 集料篩分及配合比設計 依據(jù)Superpave設計方法，在選擇設計集料結構時，首先調(diào)試選出粗、中、細三個級配，根據(jù)集料的性質(zhì)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)試驗計算出三個級配的瀝青混合料在空隙率為4%時的瀝青用量及相應體積性質(zhì)、礦料間隙率（VMA）、飽和度（VFA）、礦粉與有效瀝青之比（F/A）等。級配曲線見圖1。

2.2 試驗級配的評價 根據(jù)各個級配的估算瀝青用量和以往經(jīng)驗，用4.2%的瀝青用量成型試件，普通瀝青混合料的拌和及成型溫度由粘溫曲線確定，采用旋轉壓實儀成型試件，設定旋轉壓實儀的單位壓力為0.6MPa。根據(jù)交通量數(shù)據(jù)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設計標準，在進行估算用油量成型試件時，將旋轉壓實次數(shù)設定在N設計，本次試驗為N設計=100次，依據(jù)估算瀝青用量下各級配旋轉壓實試驗結果可以得出級配1、2滿足Superpave設計要求，根據(jù)經(jīng)驗選擇級配2為設計級配。

2.3 選擇設計級配的瀝青用量 所謂設計瀝青用量就是指在設計旋轉壓實次數(shù)下得到空隙率為4%的瀝青用量。根據(jù)Superpave 設計方法，選擇四種瀝青用量，它們分別為Pb、Pb±0.5%、Pb+1%。根據(jù)經(jīng)驗取Pb為4.2%，因此四個瀝青用量分別為：3.7%、4.2%、4.7%、5.2%，試驗結果見表1。在試驗時，壓實次數(shù)應設定在N設計，本次N設計=100次。

根據(jù)表4中，3.7%、4.2%、4.7%、5.2%四個瀝青用量的體積性質(zhì)，由內(nèi)插法可知瀝青用量為4.2%及其對應的體積性質(zhì)。

2.4 驗證 在4%空隙率下得到的最佳瀝青用量為4.2%，依據(jù)得到的瀝青用量，成型試件，驗證該瀝青用量在最大壓實次數(shù)N最大=160次時，對應的體積性質(zhì)指標，結果匯總于表2。

2.5 設計結果 通過以上試驗和分析，選定級配2為設計級配，配合比為1#:2#:3#:4#:礦粉=29.0%:32.0%:14.0%:23.5%:1.5%。其對應的混合料體積指標見表3。

2.5.1 馬歇爾試驗結果匯總表 依據(jù)Superpave設計方法得到的瀝青混合料，采用馬歇爾試驗方法成型試件，得到對應的馬歇爾指標，試驗結果匯總于表4。

2.5.2 高溫穩(wěn)定性試驗、水穩(wěn)定性試驗 為了檢驗Sup20瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性，按照有關規(guī)范進行了60℃車轍試驗、浸水馬歇爾穩(wěn)定度和凍融劈裂試驗，均符合要求。

2.5.3 目標配合比設計結論 采用委托單位送樣的集料、礦粉和70＃道路石油瀝青等原材料，按照美國Sup20標準確定配合比為1#:2#:3#:4#:礦粉=29.0%:32.0%:14.0%:23.5%:1.5%，瀝青用量為4.2%（油石比為4.4）。通過旋轉壓實與馬歇爾試驗驗證，其空隙率、VMA、VFA（飽和度）等均能滿足要求；通過車轍試驗得到其動穩(wěn)定度滿足要求；由浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗知，該級配抗水害性能滿足要求；因此本次目標配合比設計結果可作為生產(chǎn)配合比設計依據(jù)。

2.5.4 生產(chǎn)配合比調(diào)試 先對料場上進場原材料進行重新篩分，以驗證目標配比結果的代表性和集料級配的穩(wěn)定性。經(jīng)對比，做目標配比的原材料樣品與進場原材料礦料比例不變。生產(chǎn)設備是一臺邊寧霍夫4000型瀝青拌和樓，設定拌和樓產(chǎn)量為260噸/小時，根據(jù)以往施工經(jīng)驗以及礦料比例，確定各冷料斗皮帶轉速分配比例為：1#料：2#料：3#料：4#料=42：47：28：34，再對拌和樓熱料倉出料進行集料篩分試驗，最后確定各料倉比例為：1#倉：2#倉：3#倉：4#倉：5#倉：礦粉=29：11：21：12：25.5：1.5。根據(jù)目標配比設計結果，分別用3.9%、4.2%、4.5%的瀝青用量進行旋轉壓實試驗，壓實次數(shù)設定在N設計=100次，通過計算各項體積指標（數(shù)據(jù)略），確定最佳瀝青用量仍為4.2%（油石比為4.4），并對最佳油石比進行馬氏試驗驗證、水穩(wěn)定性檢驗，確定為最終生產(chǎn)配比。經(jīng)過拌和樓試拌，混合料各項試驗數(shù)據(jù)均滿足要求。經(jīng)試鋪，拌和樓出料和攤鋪后現(xiàn)場檢測各項指標均較理想。

參考文獻：

[1]中華人民共和國行業(yè)標準.公路瀝青路面施工技術規(guī)范.（JTG F40-

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[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.（JT

J052-2000）.

[3]南通市204國道擴建工程高性能瀝青路面下面層施工指導意見.