Superpave沥青混合料设计

2014-12-25刘宜平

交通运输研究 2014年16期

刘宜平

（中交路星（北京）工程检测技术有限公司，北京100121）

0 引言

广河高速公路是广东省、地、市高速公路连接线的重要组成部分，是粤赣高速和京珠高速两条出省主要通道的重要横向联系道路，也是广州“四环四联络十八射”主骨架之一。本文以广河高速沥青路面上面层SP-12.5 沥青混合料设计为例，从材料选择、骨料级配结构设计、最佳沥青用量确定、压实特性验证、路用性能检验等方面，详细介绍了Superpave 技术，对于其在国内其他工程的应用及推广具有重要的参考价值。

1 Superpave技术背景

Superpave 沥青混合料设计方法是继维姆（Hveem）和马歇尔（Marshall）沥青混合料设计方法之后，美国沥青协会发布和推广的最新沥青混合料设计方法。Superpave 沥青混合料设计方法经过十多年的不断研究和完善，已被北美大多数的州和省份所采用[1]。该设计方法是采用最新的工程设计理念，试件成型最接近沥青路面的碾压成型机理，矿料级配结构设计标准较为合理，沥青混合料性能最优化的一种沥青混合料设计方法。采用Superpave 方法设计和施工的沥青路面比采用马歇尔方法设计的沥青路面在抵抗车辙、抗疲劳破坏、抗温度裂缝和水稳定性能方面都有较大的提高。

2 沥青混合料配合比设计

2.1 Superpave关键参数的确定

根据广河高速惠州段路面工程项目采用的SBS改性沥青的黏度与温度试验曲线，并考虑试验过程中的温度损失，确定沥青混合料的拌和温度为170℃，压实成型温度为158℃。试件成型压力为600kPa，旋转角度为1.25°，旋转速度为30r/min，试件标准高度为115mm，试件直径为150mm。根据本项目的道路等级、交通荷载和交通量，在设计使用年限内，当量轴载次数换算为Superpave 80kN 的标准当量轴载次数均大于3 000 万次[2]。因此，根据Superpave 设计方法的要求，应选取试件成型的初始旋转次数Nini为9次，设计旋转次数Ndes为125次，最大旋转次数Nmax为205次。

2.2 原材料选择

结合广河高速公路所在地的气候和交通条件，计算确定了上面层所用的沥青应满足性能等级PG76—16 的要求，经多方调研论证后，采用某牌SBS 改性AH—70 沥青。集料采用规格为11～16mm、6～11mm、3～6mm、0～3mm 的四种辉绿岩，填料采用石灰岩矿粉。

2.3 骨料级配结构设计

按照级配的粗细程度不同试选了粗、中、细三种级配，具体情况如表1所示。

表1 三种试配明细表

根据集料的技术指标计算出三种级配的试拌沥青用量均为4.5%。按照2.1的参数进行拌和与成型，试验结果如表2所示。Superpave要求混合料在设计的压实功能下（Ndes=125 次）的空隙率为4%，因此要对集料级配进行选择评价，必须估算其在空隙率为4%时的各种体积特性和压实功能是否满足要求，估算结果如表3所示。

表2 三种试配的旋转压实指标汇总表（%）

表3 估算的三种试配旋转压实指标汇总表

比较表3 中所列各试配沥青混合料的各项性能指标发现：级配一、级配二、级配三要达到4%的空隙率所需沥青用量分别为5.2%、4.9%、4.7%，且级配二估算各项指标均优于级配一和级配三，符合设计要求，故选用级配二作为设计级配。

2.4 最佳沥青用量确定

设计级配确定后，在设计的旋转压实功能（Ndes=125 次）下采用不同的沥青用量成型试件，并对其体积参数进行测定，结果如表4所示。

表4 不同沥青用量下旋转压实指标汇总表（%）

由表4 中结果可知，沥青用量为4.4%时，空隙率偏高，沥青填充率偏低；沥青用量为5.4%和5.9%时，空隙率偏低，沥青填充率超出规范要求。沥青用量为4.9%时，沥青混合料空隙率、矿料间隙率、沥青填充率、粉胶比等各项指标均满足Superpave 设计标准要求，且沥青混合料外观良好。因此，依据设计及相关工程经验选定沥青用量为4.9%。

2.5 压实特性验证

为了防止沥青混合料在极限情况下的过度碾压而造成沥青路面的塑性变形，还必须对设计的沥青混合料在最大压实次数下的压实度进行验证。对于确定的试配二在最佳沥青含量4.9%下拌制沥青混合料，并在最大旋转压实次数Nmax=205次下用SGC 成型试件，对其体积特性及最大理论密度进行试验。结果表明：此时压实度为97.6%（＜98%），可以满足Superpave标准的要求。