Superpave沥青混合料配合比设计方法的实践应用.doc

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2020年4月19日

Superpave沥青混合料配合比设计方法的实践应用

文档仅供参考
Superpave沥青混合料配合比设计方法的实践应用
张国辉1，关长禄2，陈波1，郭宏斌1
1.吉林省公路重点工程建设管理办公室长春市130021；
2.吉林省公路质检站
摘要：运用美国Superpave热拌沥青混合料配合比设计理念，采用旋转压实仪(SGC)方法，经过对改性沥青结合料、SMA-16沥青混合料试验检测及各项指标分析，综合评定长余高速公路SMA-16结构改性沥青混合料级配的可行性，并进一步指导路面施工。
关键词：Superpave；剪切旋转压实仪(SGC)；SMA-16；级配

当前国内热拌沥青混合料配合比设计大多采用马歇尔试验方法，其特点是它注意到沥青混合料的密实度和空隙特性，进行这样的分析以确保满足HMA混合料耐久性要求所适合的空隙比例；可是，随着各种功能性路面结构的出现，如多碎石沥青混合料、开级配抗滑磨耗层(OGFC)、SMA结构等采用的是间断级配或开级配形式的沥青混合料。而美国沥青协会出版的沥青混合料设计中规定马歇尔法仅适用于连续级配密实沥青混合料。同时由于马歇尔试验采用的击实方式不可避免地会造成集料破碎，影响试件的最终试验结果，如空隙率和用油量等。更为重要的是马歇尔试验方法无法模拟路面碾压实际情况，不能正确评价沥青混合料的抗剪强度，正是在充分考虑上述各种因素情况下，剪切旋转压实仪(ShearGyratoryCompactor简写SGC)应运而生。
剪切旋转压实仪(SGC)是柔性路面在荷载作用下的机械模拟。它能够近似地模拟荷载在公路上行驶时轮胎与路面的相互作用，经过旋转压实，使试件中沥青混合料的密实度达到汽车轮胎实际作用于路面时所产生的密实度，既模拟荷载在路面上产生的垂直压应力。在试件压实的过程中，剪切旋转压实仪能够经过采集的试件混合料压实数据(空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度、压实度及有效沥青含量等)，建立与旋转压实次数的对应关系，根据在一定条件下的Superpave交通水准及路面设计交通荷载情况，确定级配的合理性及沥青混合料最佳用油量。
1单质材料要求
1.1集料要求
集料应采用坚硬、洁净、干燥、无风化、无杂质的安山岩并要求使用反击和锤式破碎机经三级破碎加工而成，并特别强调集料的破碎面含量(三个破碎面含量至少为90%)和一定的粗糙度。矿粉采用石灰石研磨而成。主要检测结果见表1。

1.2改性沥青
由于长余高速公路所处地理位置属于东北寒冷地区及根据SMA结构特点，长余高速公路采用热塑橡胶SBS型改性沥青并满足美国SHRP规范PG64-34等级要求。改性沥青检测指标及结果见表2。

2SMA沥青混合料试验检测
2.1级配选择
经过将个别材料的级配数学组合为单一级配混合料的方式来确定设计集料结构，然后将混合料级配同长余高速公路规范进行比较。级配设计根据4个控制筛孔和限制区要求，按照Superpave规定合成级配尽量避开限制区，表3为试验用4种合成试验级配和长余高速公路SMA-16级配规范要求，合成级配见图1。

3SMA-16面层级配Superpave旋转压实评价
3.1旋转压实参数的确定
根据美国沥青协会(AASHTOPP28-00)试验规程，SMA沥青混合料旋转压实参数与单轴荷载(ESALs)能力的对应关系见表4。长余高速公路设计交通期望值在10×106和30×106单轴载之间，因而旋转压实参数采用N初试=8、N设计=100、N最大=160。

沥青混合料短期老化条件为135℃烘箱中烘2h，然后在135℃条件下进行沥青混合料试件的旋转压实。
3.2粗集料的间隙率VCADRC
VCADRC是根据4.75mm以上粗集料毛体积相对密度rca及用捣实法测定4.75mm以上粗集料的松方毛体积相对密度rs计算得到。4种试验级配VCADRC计算结果见表5。

3.3试件制备
用Superpave旋转压实仪，对每种试验级配混合料至少压实2个试件。为确定混合料最大理论密度还需准备2个试样，对压实试件一般4700g集料质量即可，对确定最大理论密度测定一般g即可。
为最大限度模拟沥青混合料拌和情况，对选定的PG64-34结合料，在相应的拌和温度165～175℃拌和试样，再将该混合料放进135℃烘箱放置2h对试样进行短期老化。然后将短期老化的试样置于另一烘箱，使其温度达到压实温度135～145℃，然后取出试样冷却至室温以便测定混合料最大理论密度。
3.4数据处理分析
采用Superpave旋转压实仪，按确定的旋转压实次数，初始油石比采用6.2%，得到有关沥青混合料各项性能指标数据，4种试验级配SMA-16旋转压实试验结果汇总见表6。粗集料的吸水率能够满足交通部规范要求，鉴于集料的