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| Superpave-13沥青混合料配合比设计与应用研究 |
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| 来源：铺面材料工程中心 日期：[2017-1-13] |
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沥青混凝土路面以其良好的力学性能、平整耐磨的表面、舒适的行车性能而得到了广泛应用。而我国沥青混凝土路面结构层沥青混合料的设计方法依旧采用半个多世纪以来使用的马歇尔设计方法，显然已不能满足现今复杂、多变交通环境下的路面使用性能。美国Superpave体系的设计方法具有广泛的国际影响，但Superpave沥青混合料设计和分析体系是根据美国的气候、环境以及荷载情况而研究出来的，该方法能否完全应用于我国甘肃地区还有待进一步研究。为此，本研究首先从Superpave-13沥青混合料原材料性能检测出发，对Superpave-13沥青混合料目标配合比进行设计，其次对Superpave-13沥青混合料高温稳定性、低温抗裂性以及抗水损害能力进行试验研究，最后通过铺筑试验段对Superpave-13沥青混凝土路面路用性能进行检测，以期Superpave在甘肃地区推广应用。
原材料
沥青胶结料
沥青采用镇海90号A级SBS类改性沥青，其改性沥青技术指标按《公路沥青路面施工技术规范》测试。其沥青的相对密度试验结果为1.030。
集料
石料采用陕西铜川鹏飞碎石厂生产的石灰岩，机制砂产自陕西铜川焦坪机制砂场，填料采用宁夏甜水堡石灰岩磨砂的矿粉。集料共设5种规格：1号料粒径9.5~19mm、2号料粒径9.5~15mm、3号料粒径4.75~9.5mm、4号料粒径2.36~4.75mm、5号料粒径0~2.36mm。
Superpave目标配合比设计
初选级配
依据Superpave设计方法，在初选级配时，首先调试选出粗、中、细3个级配，根据集料的性质(密度和吸水率)计算出3个级配的初始沥青用量，然后用初始沥青用量成型试件，根据试验结果计算出这3个级配的沥青混合料在空隙率为4.0%时所需的沥青用量及相应的沥青混合料体积性质，如矿料间隙率、沥青饱和度、粉胶比、初始旋转次数压实度等。3种级配的估算沥青用量分别是：级配1为4.74%、级配2为4.77%、级配3为4.80%。
级配的评价
根据各个级配的估算沥青用量结果及当地气候条件，采用估算沥青用量Pbi进行旋转压实仪成型试件，旋转压实仪设定的单位压力为0.6MPa。本次设计选择压实次数N初始=8次，N设计=100次，N最大=160次。
数据可知，级配3是较细的一类集料，其实测毛体积相对密度最大，设计次数压实度也最大，说明级配3是3种试验级配中最密实的。可以看出，级配3矿料间隙率<14%，不能满足Superpave的设计要求，级配1和级配2能满足Superpave设计要求，但根据当地气候环境、交通情况和已有实际应用经验等方面综合考虑，本次配合比设计以级配2作为目标配合比。
最佳沥青用量
取4个沥青用量分别为4.3%、4.8%、5.3%、5.8%进行试验。在选择设计沥青用量的试验时，压实次数设定为Ｎ设计=100次。
4个沥青用量的体积性质，通过图表插值法得到空隙率4%时对应的沥青用量为4.78%，取设计沥青用量为4.8%。
最大次数验证
取设计沥青用量4.8%成型试件，验证4.8%的沥青用量在压实次数设定在N最大=160次时对应的体积性质指标。
可以看出，各项试验指标均符合技术标准。通过以上试验分析，最终确定级配2为目标配合比，其配合比为1号:2号:3号:4号:矿粉=27:30:11:29:3，最佳沥青用量为4.8%。
Superpave-13沥青混合料性能检验
水稳定性检验
为检验Superpave-13沥青混合料的抗水损害能力，分别进行了AASHTOT283试验(热拌沥青混合料抗水损害能力分析)和浸水马歇尔试验。
看出，Superpave-13沥青混合料TSR＊均值大于Superpave标准要求的80%；Superpave-13沥青混合料残留稳定度MSO均值大于Superpave标准要求的85%，说明Superpave-13沥青混合料满足抗水损害能力。
高温稳定性检验
在试验条件为(60±1)℃、(0.7±0.05)MPa下进行车辙试验以检验Superpave-13沥青混合料的高温稳定性。每组试件制备4个车辙板。
可以看出，混合料空隙率均大于设计空隙率4%，试验测得空隙率处于4.0%~4.5%之间，分析其原因：在车辙试验中车辙板采用的成型方法为轮碾法，故其压实度低于目标配合比中的压实度；车辙试验动稳定度大于设计要求，说明Superpave-13沥青混合料能够满足高温抗车辙能力。
低温抗裂性检验
在试验条件为-10℃、加载速率50mm/min下进行Superpave-13沥青混合料小梁弯曲试验。
结果可以看出，破坏应变均值大于2800με，说明Superpave-13沥青混合料满足低温抗裂能力。
试验段
为进一步检验Superpave-13的路用性能，探索其施工工艺及质量控制技术，首先利用本设计提出的目标配合比进行了生产配合比的设计，并对混合料的水稳定性、高温稳定性、旋转压实试件体积指标等进行了检测，结果符合Superpave标准的要求，由于篇幅原因此处不再赘述；其次，在合水县太白镇至庆阳市西峰区李家寺道路段铺筑了400m的Superpave-13路面，以检测Superpave-13沥青混凝土路面的路用性能。
铺筑过程中混合料性能检测
在混合料拌和至第4车后，采用燃烧法检测矿料级配实测油石比为4.84%，并对Superpave-13沥青混合料取样进行了马歇尔试件及旋转压实试件成型，每组成型5个。
可以看出，Superpave-13沥青混合料在铺筑试验路段上没有发生离析等现象，且配合比符合要求。
路面现场检测
压实度检测
在试验段现场共取芯两处，上面层芯样厚度分别为4.2cm、4.4cm。外观判定芯样与上面层黏结牢固，对芯样进行了密度和压实度的检测。
看出该试验段Superpave-13沥青混凝土路面满足压实度的要求。
渗水检测
在试验段现场共抽检6处。分析渗水检测数据，渗水系数合格率为100%，试验段渗水判定为“基本不透水”，符合《公路沥青路面施工技术规范》要求。
平整度检测
采用八轮平整度仪对每车道平整度进行检测，共检测6个测点。
测点平均标准差为0.66，符合《公路沥青路面施工技术规范》要求。
抗滑性能检测
采用摩察系数摆式仪及构造深度检测仪对试验段进行了抗滑指标的检测，共检测6点。检测时路表温度为30℃，潮湿状态。
可以看出，摩察系数大于规范要求值，构造深度均大于规范要求值，所以抗滑性能满足《公路沥青路面施工技术规范》要求。
结语
(1)Superpave-13沥青混合料在集料级配的选择上，级配较细的矿料间隙率不能满足设计要求，应选择中值级配做为设计级配。本次设计的Superpave-13沥青混合料最佳沥青用量为4.8%。
(2)通过冻融劈裂试验、浸水马歇尔试验、车辙试验和小梁低温弯曲试验测定本设计Superpave-13沥青混合料的水稳定性、高温稳定性及低温抗裂性，结果表明该目标级配能够满足规范要求。
(3)通过试验段测试分析，结果表明本设计Superpave-13沥青混凝土路面路用性能良好。
(4)本次Superpave-13沥青混合料配合比设计研究中，由于时间有限，没有对集料及沥青使用性能等级进行更大范围的优化验证，建议在不同气候分区的公路项目建设中，能够增加Superpave-13的级配优化设计，对比选取更适合建设项目的Superpave-13沥青混合料级配。 |
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