Superpave沥青混合料参考配合比设计方法的实践应用.doc

Superpave沥青混合料配合比设计方法实践应用张国辉1，关长禄2，陈波1，郭宏斌11.吉林省公路关键工程建设管理办公室长春市130021；2.吉林省公路质检站摘要：利用美国Superpave热拌沥青混合料配合比设计理念，采取旋转压实仪(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可行性，并深入指导路面施工。关键词：Superpave；剪切旋转压实仪(SGC)；SMA-16；级配现在中国热拌沥青混合料配合比设计大多采取马歇尔试验方法，其特点是它注意到沥青混合料密实度和空隙特征，进行这么分析以确保满足HMA混合料耐久性要求所适合空隙百分比；不过，伴随多种功效性路面结构出现，如多碎石沥青混合料、开级配抗滑磨耗层(OGFC)、SMA结构等采取是间断级配或开级配形式沥青混合料。而美国沥青协会出版沥青混合料设计中要求马歇尔法仅适适用于连续级配密实沥青混合料。同时因为马歇尔试验采取击实方法不可避免地会造成集料破碎，影响试件最终试验结果，如空隙率和用油量等。更为关键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抗剪强度，正是在充足考虑上述多种原因情况下，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机械模拟。它能够近似地模拟荷载在公路上行驶时轮胎和路面相互作用，经过旋转压实，使试件中沥青混合料密实度达成汽车轮胎实际作用于路面时所产生密实度，既模拟荷载在路面上产生垂直压应力。在试件压实过程中，剪切旋转压实仪能够经过采集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)，建立和旋转压实次数对应关系，依据在一定条件下Superpave交通水准及路面设计交通荷载情况，确定级配合理性及沥青混合料最好用油量。1单质材料要求1.1集料要求集料应采取坚硬、洁净、干燥、无风化、无杂质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，并尤其强调集料破碎面含量(三个破碎面含量最少为90%)和一定粗糙度。矿粉采取石灰石研磨而成。关键检测结果见表1。1.2改性沥青因为长余高速公路所处地理位置属于东北严寒地域及依据SMA结构特点，长余高速公路采取热塑橡胶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级配选择经过将部分材料级配数学组合为单一级配混合料方法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。级配设计依据4个控制筛孔和限制区要求，根据Superpave要求合成级配尽可能避开限制区，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旋转压实参数确实定依据美国沥青协会(AASHTOPP28-00)试验规程，SMA沥青混合料旋转压实参数和单轴荷载(ESALs)能力对应关系见表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，所以旋转压实参数采取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旋转压实。3.2粗集料间隙率VCADRCVCADRC是依据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最少压实2个试件。为确定混合料最大理论密度还需准备2个试样，对压实试件通常4700g集料质量即可，对确定最大理论密度测定通常g即可。为最大程度模拟沥青混合料拌和情况，对选定PG64-34结合料，在对应拌和温度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。然后将短期老化试样置于另一烘箱，使其温度达成压实温度135～145℃，然后取出试样冷却至室温方便测定混合料最大理论密度。3.4数据处理分析采取Superpave旋转压实仪，按确定旋转压实次数，初始油石比采取6.2%，得到相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。粗集料吸水率能够满足交通部规范要求，鉴于集料吸水率和吸附沥青没有直接关系，所以本试验采取集料有效比重替换合成集料毛体积比重方法，即：Gse=Gsb+0.8(Gsa-Gsb)(1)式中：Gse为合成集料有效密度，g/cm3；Gsb为合成集料毛体积密度，g/cm3；Gsa为合成集料表观密度，g/cm3。比较表5和表6，能够发觉2号(粗级