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摘要：Superpave瀝青混合料設計方法是一種新型的混合料設計方法，從目前國內的應用來看，它較傳統的馬歇爾設計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生。本文以試驗為基礎，依據Superpave瀝青混合料設計實例對其探討，以求指導路面設計與施工。

關鍵詞：Superpave青混合料設計期損害計實例

前言

1987年美國公路戰略研究計劃(SHRP)進行一項為期五年耗資5000萬美元的瀝青課題研究，旨在制定一個新的瀝青和瀝青混合料規范、試驗、設計方法和評價體系。SHRP瀝青課題的最終研究成果稱為Superpave，即高性能瀝青路面，包括膠結料規范、混合料設計體系和混合料性能分析方法。美國聯邦公路局（FHWA）負責推廣Superpave，并得到了AASHTO的全力支持。至1998年，除加州和內華達州，在其余各州新的膠結料性能規范已全面取代了針入度規范和粘度規范，美國有近40個州采用Superpave混合料設計方法取代馬歇爾混合料設計方法。

目前我國的Superpave技術的引進和應用較為普遍，國內許多單位都紛紛購買購買和采用Superpave體系的設備和儀器，Superpave瀝青膠結料規范和混合料設計規范在許多項目中已被應用。從實際路面運營的效果來看，其展現出比傳統的AC類瀝青混合料很多性能上的優勢，有效的防止了瀝青路面早期損害的發生。

本文基于已有的研究，以試驗為基礎，依據Sup20改性瀝青混合料配合比設計實例對Superpave混合料設計方法進行探討。

1Sup20改性瀝青混合料設計實例

1.1集料技術性質試驗

試驗選用石料為石灰巖石料、瀝青為科氏161SBS改性瀝青，依據Superpave設計要求，進行了集料技術性質試驗，結果如下表所示：

表1-1集料技術性質試驗結果匯總表

試驗項目

試驗值

設計標準

Superpave技術標準

集料

認同特性

粗集料棱角性（%）

100

/

≥100%

細集料棱角（%）

46.0

/

>45%

扁平顆粒（％）

5.6

≤15

<10%

砂當量（％）

85.6

≥70

>60%

集料

料源特性

堅固性（％）

17.5

≤30

<35～45%

安定性（％）

3.3

≤12

<10～20%

注：對于集料的料源特性，Superpave技術標準無具體要求，表中列出的標準為推薦值。

1.2設計集料結構的選擇

1）初選級配

依據Superpave設計的一般方法，在選擇集料結構時，首先調試選出粗、中、細三個級配，根據集料的性質（密度和吸水率）計算出三個級配的初始用油量。然后用初始用油量成型試件。根據試驗結果，計算出這三個級配的瀝青混合料在空隙率為4%時所需的瀝青用量及相應的瀝青混合料性質，如礦料間隙率（VMA）、飽和度（VFA）、礦粉與有效瀝青之比（F/A）、初始旋轉次數的壓實度（%Gmmatin）等。圖1-1為三種初選級配的曲線圖，表1-2為估算瀝青用量匯總表。

圖1-1三種初選級配曲線圖

表1-2估算瀝青用量匯總表

試驗級配

Gsb

(g/cm3)

Gsa

(g/cm3)

Gse

(g/cm3)

Vba

Vbe

Ws

Pbi

（%）

1

2.669

2.720

2.710

0.0134

0.0897

2.3443

4.33

2

2.671

2.721

2.711

0.0129

0.0897

2.3450

4.31

3

2.673

2.721

2.712

0.0126

0.0897

2.3455

4.29

表中：Gsb––––級配集料毛體積密度；

Gsa––––級配集料表觀密度；

Gse––––級配集料有效密度；

Vba––––集料吸收的瀝青膠結料體積；

Vbe––––有效瀝青膠結料的體積；

Ws––––每立方厘米混合料中集料質量；

Pbi––––估算瀝青用量。

2）三種試驗級配評價

根據各個級配的估算瀝青用量和設計經驗，擬用4.3％的瀝青用量采用旋轉壓實儀成型試件，旋轉壓實儀設定的單位壓力為0.6MPa。根據交通量數據并考慮到工程施工實際的壓實條件，選擇壓實次數N最初=8次，N設計=100次，N最大=160次。根據Superpave的設計標準，在進行估算用油量成型試件時，將旋轉壓實次數設定在N設計，本次試驗為N設計=100次，估算瀝青用量下各級配旋轉壓實試驗結果匯總于表1-3。

表1-3三種級配估算瀝青用量試驗結果評價表

級配

4%空隙率

瀝青用量（％）

VMA（％）

（設計次數）

VFA（％）

（設計次數）

粉膠比

初始次數

壓實度（％）

1

4.37

13.0

69.3

1.26

83.9

2

4.59

13.5

70.3

1.14

83.8

3

4.89

14.1

71.6

0.92

84.6

Superpave標準

不小于13.0

65～75

0.6～1.2*

≤89.0

注：*表示當級配通過禁區下方，粉膠比可增加到0.8～1.6。

由上表數據可知級配1、級配2和級配3均滿足Superpave設計要求，考慮到壓實特性和工程實際的瀝青用量，本次設計選擇級配1為設計級配。

3）選擇設計級配的瀝青用量

設計級配確定后由表1-3并根據設計經驗，取Pb為4.3%，四個瀝青用量分別為：3.8%、4.3%、4.8%、5.3%。在進行確定選擇級配瀝青用量的試驗時，壓實次數應設定在N設計，本次N設計=100次。試驗結果如表1-4所示：

表1-4四種瀝青用量瀝青混合料體積性質

瀝青用量

（％）

在壓實次數時

礦粉/有效瀝青比例

初始壓實度（%）

壓實度（％）

（設計次數）

VMA（％）

VFA（％）

3.8

94.2

13.4

57.0

1.48

82.6

4.3

95.9

13.1

68.5

1.28

83.7

4.8

97.0

13.1

77.2

1.13

86.0

5.3

98.0

13.2

84.9

1.01

87.1

4.34

96.0

13.1

69.1

1.27

83.9

Superpave

標準

96.0

≥13

65～75

0.8～1.60

≤89

根據四個瀝青用量混合料的體積性質，通過圖表插值法可以得到設計瀝青用量為4.34%及其對應的體積性質。

4）設計瀝青用量混合料體積性質驗證

經以上分析設計結果取瀝青用量為4.34%，采用瀝青用量4.3%成型試件，驗證4.3%的瀝青用量在壓實次數設定在N最大時對應的體積性質指標（N最大=160次），試驗結果見表1-5：

表1-5設計瀝青用量驗證試驗結果表

瀝青用量（％）

在壓實次數時

F/A

初始壓實度（%）

最大壓實度（％）

壓實度（％）

（設計次數）

VMA（％）

VFA（％）

4.3

96.0

13.1

69.2

1.27

84.1

97.3

Superpave標準

96.0

≥13

65～75

0.6～1.2*

≤89

≤98

注：*表示當級配通過禁區下方，粉膠比可增加到0.8～1.6。

通過以上四個部分的試驗和分析，我們即可確定級配1為設計級配，配合比為1#：2#：3#：4#：礦粉=21：36.5：14：25：3.5，設計瀝青用量為4.3%，設計瀝青用量下瀝青混合料各項體積指標均滿足設計要求。

2結語

自Superpave瀝青混合料設計方法在我國實踐以來，可以說對道路界是一場新思想的變革，Superpave瀝青混合料結構經實踐證明較我們傳統的密實懸浮類混合料的抗車轍性能有了明顯的改善，這一設計方法的最大亮點即為引用了混合料的體積性質作為設計的關鍵標準，同時旋轉壓實的成型工藝也較傳統的馬歇爾擊實的成型方法更能模擬實際路面車輪的搓揉作用。但作為一種新的設計方法，我們要用一分為二的觀點來看問題，這一設計方法還有許多方面需要我們去研究探討，例如：在混合料配合比設計中只是單一的以體積指標為標準，并沒有引入力學性能指標這是否合適，此外由于Superpave混合料采用的級配較粗，從目前國內已修筑的Superpave路面來看滲水系數過大的路段較多。Superpave混合料級配設計中的限制區對于我國現有的石料性質還需要進一步的試驗驗證。相信通過大量的研究，我們會對Superpave有更加深層次的認識和改進，從而有利于提高瀝青混合料質量，為公路事業做出貢獻。

參考文獻

[1]余叔藩譯，《Superpave水準I瀝青混合料設計》，交通部重慶公路科學研究所，1997.12

[2]中華人民共和國行業標準，《公路工程瀝青和瀝青混合料試驗規程》（JTJ052-2000），人民交通出版社，2000