Superpave技术在通凤公路沥青面层中的应用研究

尹秀杰，闫文俊，德勒嘿，蔡 军

（1.通辽市交通工程局，通辽 028000；2.正镶白旗查汗淖尔养路工区，明安图 013800；3.锡林郭勒盟边防公路机械化养护队，锡林浩特 026000；4.武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室，武汉 430070）

通辽至凤凰岭一级公路（下称通凤公路）起点位于通辽市科尔沁区河西镇通霍铁路西（K602＋500），终点位于通辽市与赤峰市的交界风凰岭处的新开河大桥，顺接国道303线凤凰岭至天山段公路。全长约110km，采用平丘区一级公路标准修建，设计速度100km/h，面层采用6cm Superpave20＋4cm Superpave13沥青混凝土双层结构设计，其中下面层采用90号重交石油沥青，上面层采用SBS改性沥青，级配设计采用了Superpave设计理论和设计方法，在施工过程中取得了良好的效果。

1 材料性能要求与配合比优化

1.1 气候特性对沥青胶结料性能要求

根据设计文件统计结果，项目所在地通辽市位于北纬42°14′37″～45°59′24″，年均最高气温41℃，最低气温－30.9℃，采用SHRP研究提出的公式，项目采用沥青胶结料性能高、低温设计公式分别如下：

式中，Tair为最近30年中每年连续7d平均气温最高值的平均值；

式中，Tair为最近30年中每年极端低气温的平均值。

将项目所处纬度代入上式（1）计算得设计高温等级为

将统计所得平均最低气温代入（2）式计算的路表低温设计值为

依照Superpave沥青胶结料等级表，在50%可靠度下，应选用PG64－22的道路沥青；在98%可靠度下，高低温等级都应提高一级。综合考虑温度及交通量的影响，通凤公路路面改性沥青性能等级应达PG70－28，同时其性能技术指标需满足JTG F40—2004《公路沥青路面施工技术规范》表4.6.2聚合物改性沥青SBS类I－C类技术要求。

1.2 交通量对集料性能要求

项目设计交通量累计当量轴次（BZZ－100）11.22×106，根据SHRP规范设计方法，其标准轴载为BZZ－80，因此与我国的标准轴载BZZ－100有以下换算关系

式中，P1为我国标准轴载，取值100kN；P2为美国标准轴载，取值80kN；n为弯沉等效系数，取值4.35；N0为设计交通量当量轴载次数，次。

该项目设计轴载采用BZZ－100；路面沥青混凝土面层设计使用年限15年；设计交通量累计当量轴次为1 122×104，换算BZZ－80的当量轴载次数为

根据标准轴载换算结果，结合SHRP设计交通量等级划分原则，该项目当量轴载次数可以划归重载交通量等级，其所用碎石材料技术指标应较规范要求提高一个技术等级，该项目要求碎石材料主要技术指标为：表观密度≥2.7g/cm3、吸水率≤2.0%、压碎值≤16%、洛杉矶磨耗值≤18%。级配设计旋转压实次数选用Nini＝9次、Ndes＝105次、Nmax＝205次。

2 集料级配优化与最佳油石比确定

2.1 集料级配优化

该项目集料结构设计根据Superpave沥青混合料级配设计要求，在进行级配设计时合成级配位于控制点之间并避开限制区来优化级配。按要求选择粗、中、细三个级配试拌，其合成级配通过率如表1所示。

表1 试拌合成级配通过率 /%

对3个初试级配进行旋转压实试验，根据软件推荐初试油石比5.2%拌和混合料。在试验模拟生产过程实际，沥青加热温度160℃，矿料加热温度180℃，拌锅温度170℃，拌和出料温度165～170℃。为模拟运输过程中的短期老化过程，新拌混合料在出锅之后用方盘盛放并放置在170℃烘箱中恒温2h，进行短期老化。随后从烘箱中取出，稍晾数分钟，当表面温度降至165℃左右，开始装入旋转压实仪模具中。控制装模完毕时混合料的温度在155～160℃之间（与施工现场的初压温度基本一致），采用旋转压实仪成型试件，旋转压实仪的成型压力0.6MPa，旋转次数为Nini＝9次、Ndes＝105次、Nmax＝205次。根据试验结果（表2所示）得出级配2和级配3各项预估体积和压实度性能均可满足要求，但级配2沥青用量更为合理。

表2 初试级配旋转压实结果

2.2 最佳油石比确定

结合集料级配优选试验结果，初步微调试验油石比，采用0.3%间隔变化，选定4.5%、4.8%、5.1%、5.4%四个油石比进行设计级配的沥青混合料压实特性与体积性能评估，并结合混合料在不同油石比下的性能确定最佳油石比，其试验结果见表3。

表3 设计级配四种油石比试验结果汇总

由表3可知，不同油石比下沥青混合料压实特性与体积性能，确定最佳油石比为5.1%（沥青用量为4.85%）。

2.3 目标配合比混合料性能验证

在最佳油石比条件下，分别进行马歇尔试验、冻融劈裂强度比试验和车辙试验，其试验结果如表4所示。

表4 目标配合比混合料性能验证

3 生产配合比验证

3.1 生产配合比调整原则

Superpave混合料的生产配合比设计与热拌沥青混合料过程相同，根据拌和站热料仓矿料的筛分结果，调整生产配合比与目标配合比相一致，生产配合比调整原则为：

1）4.75mm（含4.75mm）以上粗集料通过率生产与目标之间偏差控制在±4%之间；

2）2.36mm（含2.36mm）以下细集料通过率生产与目标之间偏差控制在±2%之间；

3）0.075mm通过率生产与目标之间偏差控制在±1%之间；

4）控制生产配合比CA值在0.2～0.4之间，FA值在0.3～0.5之间，粉胶比Dp在0.8～1.4之间。

综合考虑施工设备偏差及所在地区气候、交通量、公路等级等因素，确保合成级配在规定范围内，确定各种矿料的掺配比例如表5所示。

表5 生产配合比验证级配 /%

3.2 生产配合比混合料性能验证

按照优选的最佳油石比5.1%进行生产配合比混合料性能验证试验，结果见表6所示。

表6 生产配合比混合料性能验证

4 Superpave混合料的施工

通凤公路地处内蒙古东北部，纬度相对较高，冬季严寒漫长，最低气温能达到零下30℃；同时夏季气温又能达到40℃，因此整条路所承受的温度差达到70℃以上，对原材料质量、施工配合比、施工工艺和施工质量都提出了严格要求。

4.1 混合料拌和

拌和设备采用日工4000型间歇式沥青混凝土拌和机，拌和时间为干拌6s，湿拌42s。以拌和混合料外观均匀、色泽鲜亮、颗粒集料表面油膜裹覆饱满，混合料粘聚性好，出料温度在170～180℃之间，表面冒出淡蓝色的烟为宜。

4.2 摊铺

采用两台福格勒2100型摊铺机联合梯队进行摊铺。摊铺前检测混合料的温度，混合料的摊铺最佳温度宜在160～175℃间，摊铺时利用刮板输送器和料位计控制好进入摊铺室的供料量，布料高度以没过螺旋叶片2/3高度为宜，并确保沿螺旋全长布料一致。选择合适的料斗阀门开度，使其与供料速度恰当配合，进而达到刮板输料器连续、均匀地供料。上面层摊铺速度一般为2.5～3m/min，在摊铺时注意摊铺的连续性。为防止运料车撞击摊铺机影响平整度，运料车在摊铺机前30cm处要停住挂空档，靠摊铺机推动前进，卸料要缓起以防离析。

4.3 碾压

压实分初压、复压、终压3个步骤进行，根据现场设备，初压采用宝马双钢轮BW219D压路机静压一遍，复压采用2台宝马双钢轮BW219D振动碾压3～4遍，中间以30t胶轮压路机交替往复碾压2～3遍，最后用11t双钢轮压路机收光1～2遍作为终压。所有钢轮压路机都须有1/3错轮，压实原则遵循从外侧向中心碾压，在超高段由低向高碾压，从而保证达到要求的压实度。

另外由于施工时散热较快，故铺筑后应立即碾压采取双钢轮压路机紧跟摊铺机，胶轮压路机紧跟着钢轮压路机来回碾压，每段长度应控制在40～50m之间。

5 结 论

根据通凤公路的路面结构组成、原材料以及地理气候等特点，结合相关高速公路沥青路面科研实践成果、施工成功经验和通凤公路项目工期要求，在通凤公路沥青路面目标、生产配合比设计的基础上，采用该地区优质石料厂并对级配进行了系统的研究。所设计的Superpave沥青混凝土路面从目前的情况看满足该地区的行车要求，并且施工难度较小，施工质量可控。

［1］ JTG F40—2004公路沥青施工技术规范［M］.人民交通出版社，2004.

［2］ JTG E40—2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程［M］.人民交通出版社，2011.

［3］ 贾 渝，曹荣吉，李本京.高性能沥青路面（Superpave）基础参考手册［M］.人民交通出版社，2005.

［4］ 张春刚，熊小群，潘 攀，等.Superpave混合料设计在金查高速建设中的应用研究［J］.建材世界，2011，32（5）：55－57.

［5］ 余世根，张 敏，吴少鹏，等.Superpave技术在十漫高速公路建设中的应用［J］.国外建材科技，2008，29（5）：122－125.

［6］ 付 玉，邱 健，张登峰，等.Superpave沥青混合料组成设计研究［J］.国外建材科技，2007，28（3）：48－50.