淺談SUPERPAVE12.5瀝青混凝土目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)過程

張靜　付濤

【摘 要】Superpave瀝青混合料采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀成型試件，依據(jù)瀝青混合料初始、設(shè)計(jì)和最大旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)時(shí)的密實(shí)度以及在設(shè)計(jì)壓實(shí)次數(shù)時(shí)的空隙率、礦料間隙率、瀝青填隙率、填料與有效瀝青之比進(jìn)行瀝青混合料的組成設(shè)計(jì)。它在瀝青混合料組成設(shè)計(jì)時(shí)首先依據(jù)石料的性質(zhì)進(jìn)行級(jí)配組成設(shè)計(jì)，然后再進(jìn)行油石比的選擇。

【關(guān)鍵詞】Superpave；瀝青混凝土；瀝青混合料

我國(guó)從建設(shè)高等級(jí)公路以來瀝青路面的設(shè)計(jì)一直采用馬歇爾設(shè)計(jì)方法，其混合料類型的選擇一般是：采用空隙率小、不透水的連續(xù)級(jí)配瀝青混凝土AC型，AC型是一種密實(shí)型瀝青混凝土結(jié)構(gòu)，其礦料級(jí)配按最大密實(shí)原則設(shè)計(jì)，屬于連續(xù)性級(jí)配，強(qiáng)度和穩(wěn)定性主要取決于混合料的粘聚力和內(nèi)摩阻力，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)密實(shí)、空隙率小，所以AC型路面的水穩(wěn)定性較好。但是，由于其表面不夠粗糙，耐磨、抗滑、高溫抗車轍等性能明顯不足，并且礦料間隙率也難以滿足要求，通常采用減少瀝青用量的方法來滿足間隙率的要求，這樣使瀝青路面的耐久性能降低，因此，AC型在高等級(jí)公路的上面層中已很少采用，主要用于中、下面層。現(xiàn)行上面層采用較多的是SMA型瀝青混凝土，隨著各種功能性路面結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，也有一部分高等級(jí)公路的上面層采用Superpave瀝青混合料?，F(xiàn)以襄荊高速公路路面養(yǎng)護(hù)工程上面層瀝青混凝土目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)舉例，淺談SUPERPAVE12.5瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)過程。SUPERPAVE12.5瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)從原材料的檢測(cè)、級(jí)配優(yōu)選、確定瀝青含量、混合料性能驗(yàn)證、配合比確定等五部分進(jìn)行。

1原材料

1.1集料檢測(cè)成果

集料來源于京山三里港石場(chǎng)生產(chǎn)的玄武巖。集料分9.5～13.2mm碎石、4.75～9.5mm碎石、2.36～4.75mm、0～2.36mm石屑四種。試驗(yàn)檢測(cè)項(xiàng)目及試驗(yàn)成果見表1。

1.2礦粉檢測(cè)成果

試驗(yàn)檢測(cè)項(xiàng)目包括篩分、表觀相對(duì)密度、外觀、親水系數(shù)等。檢測(cè)成果見表2。

1.3瀝青檢測(cè)成果

試驗(yàn)用瀝青由委托方提供，生產(chǎn)廠家為武漢思立特公路物資有限公司，瀝青標(biāo)號(hào)SBS改性瀝青I-D類。試驗(yàn)檢測(cè)項(xiàng)目包括瀝青三大指標(biāo)、針入度指數(shù)、溶解度、密度及旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱老化試驗(yàn)。試驗(yàn)成果見表3。

2瀝青混合料的級(jí)配優(yōu)選

所有原材料檢測(cè)合格后進(jìn)行級(jí)配優(yōu)選，依據(jù)Superpave設(shè)計(jì)方法，集料級(jí)配曲線應(yīng)控制在集料設(shè)計(jì)的控制點(diǎn)內(nèi)并避開限制區(qū)。在選擇集料結(jié)構(gòu)時(shí)，經(jīng)過調(diào)試選出三個(gè)合成級(jí)配，合成級(jí)配成果見表4、圖1。

按初試瀝青用量4.76%成型試件，旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀的成型壓力為600Kpa，設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)次數(shù)為N-Initial=9，N-Design=125和N-Max=205。在初試瀝青用量下各試拌級(jí)配旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試驗(yàn)結(jié)果如表5：

參照Superpave混合料書籍，并依據(jù)所設(shè)計(jì)交通量和公稱最大顆粒尺寸，優(yōu)選最佳級(jí)配參照以下體積和密實(shí)度要求：

（1）在設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)次數(shù)N-Design時(shí)空隙率為4%；

（2）初始?jí)簩?shí)度小于89%%；

（3）最大壓實(shí)度小于98%，且一般在97%～98%之間。

根據(jù)表5試驗(yàn)數(shù)據(jù)，綜合考慮性價(jià)比等因素選取合成級(jí)配2作為最佳級(jí)配。

3瀝青用量的選擇

設(shè)計(jì)級(jí)配確定后，根據(jù)推薦的瀝青用量4.76%，在其兩側(cè)選取4.36%，4.76%，5.06%和5.36%四個(gè)瀝青用量進(jìn)行設(shè)計(jì)級(jí)配的瀝青混合料壓實(shí)特性與體積性能評(píng)估，并結(jié)合混合料在不同瀝青用量下的性能確定最佳瀝青用量，其試驗(yàn)結(jié)果見表6。

通過不同瀝青用量下瀝青混合料壓實(shí)特性可以看出，當(dāng)Nd=125，瀝青用量為4.76%時(shí)，空隙率VV=4.0%。參照Superpave混合料設(shè)計(jì)規(guī)范，對(duì)應(yīng)空隙率為4.0%的瀝青用量即為最佳瀝青用量，最終確定最佳瀝青用量為4.76%。

4.目標(biāo)配合比性能驗(yàn)證

4.1瀝青混合料試件的制作方法。瀝青混合料物理力學(xué)性能試驗(yàn)試件的制作采用擊實(shí)法，集料的最大公稱粒徑13.2mm，選擇試件規(guī)格為φ101.6mm×63.5mm的標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件。本次配比采用聚合物Ⅰ-D類SBS改性瀝青，在瀝青混合料拌制過程中礦料加熱溫度控制190℃～220℃，瀝青加熱溫度165℃～170℃，試件成型溫度控制在165℃～170℃，根據(jù)道路等級(jí)（高速重交），試件兩面各錘擊75擊（凍融劈裂試件兩面各錘擊50擊）。瀝青混合料車轍試件成型采用輪碾法，試模規(guī)格尺寸為300mm×300mm×50mm；瀝青混合料拌制過程中礦料、瀝青、瀝青混合料的控制溫度同上，經(jīng)裝料碾壓后板狀試件的密度應(yīng)達(dá)到馬歇爾試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)密度的100%±1%。

4.2瀝青混合料試件的毛體積相對(duì)密度試驗(yàn)。瀝青混合料的密度試驗(yàn)需根據(jù)不同的吸水率采用不同的試驗(yàn)方法，由于此次制作的瀝青混合料試件吸水率小于0.5%，根據(jù)試驗(yàn)規(guī)程要求，瀝青混合料密度試驗(yàn)采用水中重法測(cè)定，確定瀝青混合料試件的毛體積相對(duì)密度。

4.3瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度、浸水馬歇爾試驗(yàn)。瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度、浸水馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)采用全自動(dòng)多功能瀝青混凝土試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行。試件恒溫溫度為60℃±1℃，對(duì)于馬歇爾穩(wěn)定度來說恒溫時(shí)間30～40min，對(duì)于浸水馬歇爾試驗(yàn)來說恒溫時(shí)間需48h；試驗(yàn)加載速率為50mm/min。

4.4瀝青混合料理論最大相對(duì)密度試驗(yàn)。瀝青混合料理論最大相對(duì)密度試驗(yàn)方法采用溶劑法，按四分法取分散冷卻后的瀝青混合料200g，同一試樣進(jìn)行二次平行試驗(yàn)，取平均值作為試驗(yàn)結(jié)果。

4.5瀝青混合料凍融劈裂試驗(yàn)。瀝青混合料的凍融劈裂試驗(yàn)采用全自動(dòng)多功能瀝青混凝土試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行，試件隨機(jī)分成兩組。第一組試件先真空飽水，然后將試件分別放入塑料袋中加10ml水，扎緊后放入溫度-18℃±2℃的冰箱中保持16h，再將試件放入已保溫為60℃±0.5℃的恒溫水槽中保溫24h；最后將第一組與第二組全部試件浸入溫度為25℃±0.5℃的水槽中不少于2h，試驗(yàn)加載速率50mm/min。

4.6瀝青混合料車轍試驗(yàn)。瀝青混合料車轍試驗(yàn)采用車轍試驗(yàn)儀進(jìn)行，試件成型后，連同試模置于常溫條件下48h，然后置于試驗(yàn)溫度60℃±1℃恒溫室中，保溫時(shí)間大于5h，且不多于24h。

4.7瀝青混合料性能驗(yàn)證。按最佳瀝青用量及優(yōu)選級(jí)配條件下，分別進(jìn)行浸水馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂強(qiáng)度比試驗(yàn)和車轍試驗(yàn)，其檢測(cè)結(jié)果分別如表7、表8和表9。

5目標(biāo)配合比

本次目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)選取瀝青含量為4.76%（油石比為5%），礦料組成9.5mm～16mm、4.75mm～9.5mm、2.36mm～4.75mm、0mm～2.36mm、礦粉按比例30%：19%：18%：31%：2%合成后，通過車轍試驗(yàn)、水穩(wěn)定性試驗(yàn)對(duì)本次瀝青目標(biāo)配合比進(jìn)行動(dòng)穩(wěn)定度、浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂殘留強(qiáng)度比驗(yàn)證，試驗(yàn)成果滿足規(guī)范要求。