关于SUPERPAVE沥青混凝土

1、交 流 材 料关于SUPERPAVE沥青混凝土生产配合比论述 王大桅 一、Superpave沥青混凝土的优越性Superpave沥青混凝土是在19871993年间由美国公路战略研究计划历时5年投入1.5亿美元的研究成果。旨在提高美国道路的性能和耐久性superpave沥青混凝土的理论特征在配合比设计上采用0.45次方级配图设计配合比。使所设计的集料配合比在控制点内和不通过限制区。形成集料的嵌挤形式，他要求要具有一定的空隙率，经验证空隙率为4%和足够的矿料间隙率一般大于13%。沥青胶结料的沥青材料根据施工环境的气候进行PG分级。使用适合当地气候环境的沥青材料。他所体现的优越性在于由于集料间的相互

2、嵌挤能够获得较大的内摩阻力。他的4%空隙率可以避免通过车辆的过多次荷载产生的低空隙率危险，大于13%的矿料间隙率可以保证沥青胶结料有足够的存在空间。能够形成比较稳定的路面结构。能够抵抗车辆的荷载而产生的疲劳开裂、低温开裂和车辙现象的发生。AC型沥青混凝土的组成结构类型可分三类：悬浮密实结构、骨架空隙结构、骨架密实结构的沥青混凝土。悬浮密实结构的特点是粗集料用量少细集料用量多，上一集集料悬浮在次一级集料及沥青胶浆之间，无法形成骨架结构形式。这种结构的沥青混合料具有较高的粘聚力，但内摩阻力较低，高温稳定性差。易出现车辙现象。骨架空隙结构的特点是粗集料用量多细集料用量少因此空隙率较大，虽能形成骨架结

3、构，但细集料过少，粘结力较低。易发生疲劳开裂的情况。骨架密实结构是中和以上两种结构的特点是采用间断型密级配矿料混合料可以形成空间骨架，同时有较多细集料填密骨架空隙形成密实骨架结构。虽然这种结构比上两种结构稳定些。但这种结构还是不能使集料形成良好的嵌挤形式，不能获得很大的内摩阻力。它的路面稳定性还是不尽人意。在使用中经过车辆的荷载，容易出现低空隙率和负空隙率的危险。当沥青混凝土路面出现负空隙率时沥青胶结料没有留存的空间使沥青胶结料在车轮荷载的作用下挤向两侧，出现车辙。所以AC型沥青混凝土的集料间不能形成较好的嵌挤形式，集料间不能获得较大的内摩阻力。在车辆的荷载和低温的影响下容易产生疲劳开裂和低温

4、开裂和车辙现象的发生。所以它不适应现代化的大荷载大交通量的道路运输。而Superpave沥青混合料它的优越性能够克服AC沥青混合料的缺点。二、Superpave沥青混凝土与马歇尔沥青混凝土设计上的差异superpave的设计理念是以集料间的密集型的嵌挤结构来加强沥青混凝土的抗剪强度，增强抵抗永久变形的能力。使沥青混凝土具有足够的抗拉强度，能够抵抗施加的拉应力。改变疲劳开裂现象的发生。在克服低温开裂上使用较软的不易过度老化的沥青胶结料。Superpave沥青混合料在不改变拌合设备、施工机械设备下，在不改变原有的沥青混凝土材料下。通过Superpave设计方法而生产出的一种比较优越的高性能沥青混凝

5、土。而马歇尔混合料设计方法是用稳定度、流值和空隙率进行分析，获得适用的沥青混合料。他的优点是注重沥青混合料的密度和空隙率特性的分析。以保证混合料材料有合适的体积比例。而获得一个耐久的沥青混合料。但是马歇尔方法所采用的冲击压实不能模拟发生在实际沥青混凝土路面的压实程度。不能正确估计出沥青混合料的抗剪强度。而使马歇尔方法很难保证设计混合料的抗车辙能力。马歇尔方法以追求较高的路面密度为目的，形成较硬的沥青胶结料，容易产生疲劳开裂和低温开裂。所以不适用于现代沥青混凝土设计。Super pave沥青混合料的设计方法是对马歇尔混合料设计方法的创新和补充。Super pave体系的特点是试验室压实和力学性能

6、测试。它通过用旋转压实仪来完成沥青混合料的压实试验。并获取沥青混凝土的空隙率、矿料间隙率、密度等数据。旋转压实仪能比较好的模拟压路机的压实过程搓揉压实和对热拌沥青混合料的压密特性。通过super pave设计方法采用旋转压实仪可以避免热拌沥青混合料在长时间通车作用下的软弱和危险的较小空隙率的发生。还由于沥青混凝土路面的施工要受到由于热拌和压实后产生的混合料特性的影响。因此，在super pave系统中还包括一个短期老化方法，要求沥青混合料在旋转压实之前，按沥青混合料规定的压实温度老化两小时。通过这些试验结果来评价沥青路面的性能。估计出热拌沥青混合料的性能寿命。以及可能产生的车辙，疲劳开裂和低温

7、开裂。通过用旋转压实仪的试验我们能够获得每一次旋转压实次数的热拌沥青混合料的毛体积密度。通过N初始、N设计、N最大的旋压次数对沥青混合料的压实度来评价热拌沥青混合料是否符合super pave的设计要求，从而生产出满足super pave的沥青混合料。交通量等级与混合料时间旋转压实次数的关系设计ESALs（百万）压实次数应用范围N初始N设计N最大<0.365075很轻交通量0.3-3775115中等交通量3-308100160中等之中交通量>309125205重交通量压实成型的混合料试件体积检测指标设计ESALs（百万）要求压实度（理论最大相对密度）N初始N设计N最大<0.3

8、91.596.098.00.3-390.53-108910-30>30三、Superpave沥青混凝土对材料的要求 Superpave对集料的要求，粗集料要具有经过两次以上破碎有两个以上破碎面的近立方体的棱角性。要有满足要求的强度、坚固性、安定性、针片状颗粒含量和粘土含量。细集料要采用5mm-10mm的碎石为原料经过制砂机打制的机制砂要具有棱角性、坚固性、安定性和符合要求的粘土含量。细集料的粉尘含量不大于10%。矿粉必须采用5mm的碎石（石灰岩）经球磨机磨制生产的，它的细度，亲水系数，安定性要符合要求。沥青材料按照PG分级要具有高温性状、低温性状、和抗老化性状。Superpave沥青材料

9、的PG分级应符合PG所在气候分区的要求，具体可按以下步骤进行：（1） 收集工程项目所在地30年的气象资料，收集的资料内容有：a 施工当年以前30年的年降雨量。b 年极值最高最低气温。c 每一年连续7天的平均最高气温。（2）根据收集的气象资料，计算出全年平均7天最高路面设计温度和最低路面设计温度。（3）根据计算出的最高路面设计温度和最低路面设计温度，结合交通情况，经分析论证调整，确定出适宜的沥青胶结料PG设计等级。（4）PG分级检测试验指标：a 原状态沥青：做闪点，粘度，动态剪切试验。b旋转薄膜烘箱残留沥青损失，动态剪切试验。c压力老化试验残留沥青：做动态剪切，蠕变劲度，直接拉伸试验。上述试验温

10、度按最高路面设计温度和最低路面设计温度确定。根据试验结果，评定沥青是否符合PG等级的要求。四、Superpave沥青混凝土配合比Superpave沥青混合料配合比设计应严格按三个阶段进行，包括目标配合比设计，生产配合比设计以及生产配合比验证三个阶段。Superpave在目标配合比设计上，对集料的筛分结果在0.452级配图上进行配合比的组成设计。设计的级配曲线必须在控制点内并避开限制区。控制0.3mm-0.6mm的用料过多，不能出现驼峰级配。因为驼峰级配能使沥青混凝土较软。并且在施工中这种驼峰级配容易在碾压过程产生推移。通过筛分和级配组成设计确定满足级配要求的集料掺配比例，在试验室内拌制沥青混合

11、料，用旋转压实仪成型沥青混合料试件，计算沥青混合料的各项体积指标并满足要求，从而确定矿料的比例和最佳沥青用量。就此进行马歇尔试验及检验，并应满足沥青混凝土混合料马歇尔试验技术标准的要求。以此作为目标配合比，供热拌站伴和楼确定冷料仓的供料比例，进料速度及试拌使用。生产配合比的组成设计是将热伴站二次筛分后进入热料仓的材料取出筛分，再次确定各热料仓的材料比例，单集料的冷料上料比例按照目标配合比调整各单集料的冷料上料速度，按照热拌站的生产能力确定热拌站25%、50%、75%的生产效率。制定各单集料的冷料上料速度工作曲线，使我们能在任何生产效率下可以与生产配合比相匹配，保证生产配合比的稳定性。达到供料均

12、衡。以目标配合比设计的最佳沥青用量，-0.3，-+0.3三个沥青用量。进行旋转压实试验、马歇尔稳定度试验。分析试验结果保证旋转压实后的各项沥青混合料的体积指标满足Superpave的要求，即沥青混合料的空隙率为4%，矿料间隙率大于13%，沥青饱和度在65%-75%之间。马歇尔稳定度的技术指标要满足设计要求。通过以上的分析验证确定最佳沥青用量。完成施工生产配合比的施工验证。形成能够用于施工生产的生产配合比。保证Superpave的4%空隙率，要控制好粉胶比，控制矿粉用量，粉胶比一般在0.8-1.6之间，根据经验粉胶比在1.0-1.2之间较为适合。如以上试验满足要求，则综合确定生产配合比的最佳沥青

13、用量。如不符合应进一步调整热料仓比例使之更接近目标配合比级配。按生产配合比设计确定的比例进行试拌，试铺，并抽取试验段混合料按要求进行各种试验和施工质量检验，验证生产配合比设计确定的各种指标是否符合规定。同时观察沥青混凝土取芯芯样空隙率的大小，试验路的渗水情况，和评价碾压的难易程度，由此确定生产用的标准配合比。确定施工级配容许波动范围，制定施工用的级配控制范围，用于沥青混合料的生产质量检查控制。 集料合理级配组成：Superpave沥青混合料(HMA)的合理集料组成，可按设计的集料最大粒径，参考I法计算得到：PX=P0IX()式中：P0 ,PX分别为公称最大粒径D和不同粒径d时的通过率；X为级数

14、，X=3.321lg(D/d)；I为通过率的递减系数。热拌密级配沥青混合料（HMA）的集料级配组成根据我国规范，分粗型和细型，其实质即Superpave的禁区第一点，以通过率35为界。在分界点以下通过者为粗型，适用于重载交通，I=0.64-0.70；较低值适用于表面层。在分界点以上通过者为细型，适用于中轻交通，其I值一般宜用0.73-0.76。 集料目标级配的合理性评价检验用Superpave控制点和限制区检验：Superpave混合料体积的级配是通过控制点和限制区来进行的，要求级配需从各筛孔控制点范围内通过且不得经过限制区，级配的控制点及限制区依据公称最大粒径而各有不同的规定。控制点分别设于

15、公称最大粒径筛，中等筛2.36mm和最小筛0.075mm处。限制区处于沿最大密级配线中等筛和0.3mm筛之间，限制区形成一个级配不能通过的三角带。 superpave设计集料级配控制点界限筛孔尺寸 公称最大粒径-控制点（通过百分率）25mm19mm12.5mm9.5mm最小最大最小最大最小最大最小最大25mm9010010019mm909010010012.5mm90901001009.5mm90901004.75mm902.36mm19452349285832670.075mm1728210210 superpave设计集料级配限制区界限禁区内筛孔尺寸 公称最大粒径时筛孔尺寸的最小和最大界限

16、（最小和最大通过百分率） 25mm19mm12.5mm9.5mm最小最大最小最大最小最大最小最大0.30mm11.411.413.713.715.515.518.718.70.60mm13.617.616.720.719.123.123.527.51.18mm18.124.122.328.325.631.631.637.62.36mm26.830.834.634.639.139.147.247.24.75mm39.539.5 用贝雷法标准检验（检验集料嵌挤程度）做贝雷法粗集料的粗料率(CA)比与细集料率(FA)比检验。要求集料的粗料率比CA=0.4-0.8，小于0.4必然离析，大于0.8必然推

17、挤，集料的细料率比FA值应小于0.5，否则不能形成多级嵌挤，当然太小也不行，希望控制在0.25-0.5之间。 贝雷法各种结果形式对应分级筛孔结构形式 分级筛孔mm L 0L hL pcsL fa1L fa225mm2512.54.751.180.319mm199.54.751.180.312.5mm12.54.752.360.60.159.5mm9.54.752.360.60.15贝雷法比公式如下：CA=PLh-PLpcs/100-PLh FAC=PLfa1/PLpcs FAF=PLfa2/PLfa1 式2，3中：PLh,PLpcs,PLfa1,PLfa2分别指筛孔Lh,Lpcs,Lfa1,L

18、fa2在级配中的通过百分率。如果集料目标级配同时通过以上两种方法的检验，则以各级单粒级集料的筛分结果为依据，合成目标级配，并对合成级配进行筛分检验。五、Superpave沥青混凝土的施工工艺在Superpave沥青混凝土的施工方面，Superpave的嵌挤结构形成集料间的锁嵌，较以往的沥青混合料难以压实，所以要解决压实问题必须保证沥青混合料的摊铺碾压温度。控制摊铺机的摊铺速度，以每分钟不超过3米为宜。调整摊铺机的作业速度，与热拌站的生产能力相匹配。控制摊铺速度，摊铺速度必须均匀，不能忽快忽慢，这样就会保持有较好的平整度。要发挥摊铺机熨平板的夯实功能，保证初压温度，在碾压前压路机轮最好用植物油刷

19、轮。不要用冷水冲轮，避免沥青混合料因水洒在沥青混凝土上面而降低温度，影响压实效果。用植物油刷轮后的压路机经过与热沥青混合料接触，压路机轮被热沥青混合料汤热后压路机就不会出现粘轮现象。并建议用苫布做成围裙，围住压路机轮子。使压路机轮子保持较高的温度避免因压路机轮子温度低发生粘轮现象。确立压路机的压实方式，配备满足压实能力的压路机数量。每个工作面至少6台压路机。需用两台双钢轮震动压路机，两台轮胎压路机，两台双钢轮压路机。确定几组碾压方式，选择最佳的压实组合。实行紧跟慢压的压实方法。尤其要加强压路机的紧跟摊铺的机压实方式。保证改性沥青混合料在不低于150温度下压实。基质沥青混合料在不低于135温度下

20、压实。这样才能保证沥青混凝土的压实度满足要求。压路机压实作业要实行同进同退的梯队碾压方式，保证Superpave沥青混凝土的压实度和平整度。摊铺机要型号一致，功率不小于120KW。每台摊铺机的摊铺宽度不宜超过7.5米，通常采用两台摊铺机前后错开5-10米摊铺作业。在两幅之间应有20-30CM宽度的搭接，搭接处要避开车道轮迹带。下面层与中面层、中面层与上面层的沥青混凝土搭接位置都要错开20CM以上。下面层摊铺宜采用钢丝绳引导高程摊铺方式，中上面层宜采用非接触式平衡粱摊铺方式。摊铺机开工前应提前30-60分钟预热熨平板，温度不低于100.铺筑过程中调节好熨平板的频率和振幅，以提高路面的初始压实度。摊铺机的螺旋布料器的转速应与摊铺速度相匹配，并保持稳定均衡。布料器应有2/3以上埋在混合料中，以减少摊铺过程中混合料离析。 对沥青混凝土拌和站的要求：沥青混凝土拌和机