Superpave沥青混合料路用性能研究

何 艳，陆立波

（1.武汉市政工程设计研究院有限责任公司,湖北 武汉 430000；2.武汉中央商务区投资控股集团有限公司,湖北 武汉 430000）

Superpave沥青混合料路用性能研究

何 艳1，陆立波2

（1.武汉市政工程设计研究院有限责任公司,湖北 武汉 430000；2.武汉中央商务区投资控股集团有限公司,湖北 武汉 430000）

针对Superpave集料级配的设计方法,采用现行规范中要求的马歇尔法进行沥青混合料相关的路用性能研究。结果表明采用Superpave禁区下方级配的沥青混合料具有较好的高温性能、抗疲劳性能及抗滑性能；通过调整混合料的级配组成对其改善水稳定性的作用是有限的；通过与旋转压实成型法（SGC）的对比研究表明,沥青含量的变化对马歇尔成型试件的影响较大。

Superpave级配,沥青混合料,马歇尔法,SGC法

0 引言

沥青混合料的类型在一定程度上决定了路面承载能力的大小,而现行规范对沥青混合料的性能要求仍采用马歇尔实验体系进行相关的验证。马歇尔法并不能模拟实际路面的压实过程,压实功作用效果明显不足,而旋转压实仪（SGC）的压实过程具有较好的模拟性和便捷的数据采集方式,使其成为沥青混合料较为理想的压实工具。本文所介绍的是针对Superpave的集料级配设计方法进行相关沥青混合料路用性能的研究。

1 实验方案

首先对原材料进行技术分析以满足Superpave的要求；其次,按照Superpave的集料级配规定的控制点和限制区进行配合比设计,使得集料级配满足Superpave的要求；而后,选择三种不同的级配进行混合料的路用性能研究；最后将马歇尔法与SGC法成型的试件进行参数对比。

2 原材料分析

沥青混合料原材料的质量优劣直接影响道路的使用性能及耐久性,所以对原材料的技术性质要严格把控。

2.1 沥青

该项实验研究采用壳牌90#道路石油沥青,拟应用于陕西户县某过境高速公路的试验段。按照AASHTO Superpave沥青胶结料的相关规定对所选择的沥青材料进行PG分级测试,实验结果见表1所列。

表1 沥青PG分级实验结果一览表

由PG分级结果可以看出,该沥青结合料的性能分级为PG64-28。

2.2 集料

根据该项工程相关料源调查,该项实验研究所选用的集料来自蓝田产辉长岩10～15、10～20、5～10三档料。其水洗筛分、密度、特性实验结果见表2所列。

通过对集料的实验分析,所选用的集料密度、吸水率均满足要求。

3 混合料级配设计

为了探讨Superpave沥青混合料的优越性,选择上面层常用的Sup-16进行相关的性能研究,通过试配,选择以下三个级配,其通过率见表3所列。

表2 集料水洗筛分、密度、特性实验结果一览表

表3 三种实验级配混合料的通过率一览表

其中,级配1位于禁区上方,级配2穿过禁区,级配3位于禁区下方,而且级配2满足我国现行规范AC-16的要求。

4 Superpave沥青混合料性能研究

4.1 Superpave沥青混合料高温性能

该项试验研究采用马歇尔击实实验及车辙实验来评价混合料高温性能,以进行沥青混合料的配合比设计及沥青路面施工质量的检验。其实验结果见表4、表5所列。

表4 Sup-16马歇尔实验结果一览表

表5 Sup-16沥青混合料车辙实验结果一览表

由表4、表5可知,级配3的动稳定度明显高于级配1、级配2,产生的车辙深度也最小,这是由于级配3处于禁区下方形成骨架密实结构,粗集料含量较多、细集料较少,集料颗粒之间形成较高的摩阻力,抵抗车辙的高温稳定性较好。

4.2 沥青混合料低温性能

该项实验研究采用MTS材料实验机对沥青混合料进行低温弯曲破坏实验。试件为车辙实验成型的车辙板切割成40 mm×40 mm×240 mm的小梁,实验温度为-10℃,加载速率为50 mm/min,采用中央集中加载的方式,小梁跨径为20.0 cm。

其实验结果见表6所列。

由小梁弯曲实验结果可知,三种级配的弯拉应变及弯曲劲度模量相差不大,均满足现行规范的要求。

4.3 沥青混合料水稳定性能

该项实验研究采用冻融劈裂实验来评价沥青混合料的水稳定性能,大量工程应用表明冻融劈裂强度指标与水稳定性有很好的相关性。其实验结果见表7所列。

表6 沥青混合料小梁弯曲实验结果一览表

表7 沥青混合料冻融劈裂实验结果一览表

由表7可知,三种级配的冻融劈裂强度比均较小,而且是不满足现行规范要求的,在工程应用中须考虑添加抗剥落剂,这也从侧面反映出矿料级配对改善沥青混合料水稳定性能的作用是有限的。

4.4 沥青混合料的疲劳性能

该项实验研究采用简支梁弯曲实验方法,加载模式为控制应力方式,试件为车辙实验成型的疲劳板切割而成的50 mm×50 mm×240 mm的小梁,跨径15 cm,采用三分点加载方式。其实验结果见表8所列。

表8 Sup-16沥青混合料疲劳实验结果一览表

由表8可知,沥青混合料的疲劳寿命排序为:级配3＞级配1＞级配2,也再次表明粗集料形成的骨料间的嵌挤作用明显能够承受较大的荷载冲击,更加容易获得稳定耐久的结构。

4.5 马歇尔击实法与旋转压实法的比较

在Superpave设计体系中,以空隙率4%来确定旋转压实仪的标准旋转次数。以前文中的级配3作为研究对象,在沥青用量相同的条件下分别进行马歇尔击实和旋转压实,其实验结果见表9所列。沥青混合料的SGC实验结果见表10所列。

表9 沥青混合料的马歇尔实验结果一览表

表10 沥青混合料的SGC实验结果一览表

由表9、表10可以看出,在不同的沥青用量条件下,SGC法比马歇尔法相关参数要稳定,沥青含量的变化对旋转压实的影响较小,而对马歇尔成型的影响较大。

5 结论

采用传统的马歇尔法进行沥青混合料的性能研究得出,禁区下方的级配3具有较好的高温性能、抗疲劳性能及抗滑性能,通过调整沥青混合料的级配对改善混合料的水稳定性的作用是有限的。在工程实际应用中对Superpave的级配设计应采用禁区下方的粗集料类型；对级配相同、沥青含量相同的沥青混合料分别进行马歇尔击实与SGC实验结果表明沥青含量的变化对马歇尔击实试件的影响较大,所以在工程应用中要准确计量沥青用量以降低对混合料性能的不良影响。

U416.217

A

1009-7716（2017）07-0248-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.07.076

2017-03-28

何艳（1982-）,女,湖北武穴人,硕士,高级工程师,从事道路工程设计研究工作。