SHRP高性能瀝青混凝土技術與發(fā)展ppt課件

1、SHRP高性能瀝青混凝土技術高性能瀝青混凝土技術運用與開展現(xiàn)狀運用與開展現(xiàn)狀 硅酸鹽建筑資料國家重點實驗室吳少鵬2021年4月n瀝青混合料的特性n瀝青膠結料與混合料nSHRP的來源及開展現(xiàn)狀內容提要瀝青混合料的特性瀝青膠結料的性能n瀝青膠結料的性能 另一ppt已有引見n礦料的性能n瀝青混合料的性能n 永久變形n 疲勞變形n 低溫開裂n現(xiàn)有的瀝青目確實定方法n現(xiàn)有的瀝青混合料設計步驟礦料的性能集料的棱角n不論集料的來源，要求提供的集料有一定的強度和外表特性以抵抗反復荷載的作用。n多邊形及具有粗糙紋理外表的集料比圓和光滑的紋理能提供更強的強度。n粗糙紋理的集料可以相互嵌鎖，而光滑紋理不能相互嵌鎖，

2、其外表能夠相互滑動。圓形顆粒資料圓形顆粒資料 立方形顆粒資料立方形顆粒資料 礦料的性能集料的堆積特性立方形顆粒資料立方形顆粒資料 圓形顆粒資料圓形顆粒資料為了保證路面有較高的抗剪強度，最好運用立方形顆粒集料，防止運用圓形顆粒集料！礦料的性能集料的受力特性荷載作用前荷載作用前 荷載作用后荷載作用后 集料的剪切變形，在公路轉彎處尤為明顯！瀝青混合料的性能瀝青混合料的性能混合料系統(tǒng)混合料系統(tǒng)n雖然瀝青混合料中單個物質的性能對混合料的性能非常重要，但是，由于瀝青混合料中瀝青和集料是一致的系統(tǒng)，其組合特性對瀝青混合料的性能影響更大。了解瀝青混合料性能的目的是工程技術人員希望防止瀝青路面發(fā)生破壞，即永久變

3、形、疲勞開裂、低溫開裂。瀝青混合料的性能瀝青混合料的性能永久變形永久變形第一緣由是作用在土基、底基層、基層和瀝青外表層的反復應力較大瀝青混合料的性能瀝青混合料的性能永久變形永久變形第二個重要緣由是路面面層在反復荷載的作用下瀝青面層抵抗反復荷載的抗剪強度較小。瀝青混合料的性能瀝青混合料的性能疲勞變形疲勞變形瀝青路面的疲勞開裂是反復荷載的作用在行車道出現(xiàn)的一種破壞。疲勞開裂的早期景象是路面出如今縱向出現(xiàn)不延續(xù)的裂痕，之后，路面出現(xiàn)更多的變形。這種疲勞開裂有時被稱為“龜裂。瀝青混合料的性能瀝青混合料的性能疲勞變形疲勞變形n抑制路面過早出現(xiàn)疲勞開裂有以下途徑：n充分思索路面設計年限內的重載交通；n利用

4、隔水措施，保證路面土基枯燥；n用厚的路面；n路面資料在水的作用下不致出現(xiàn)多的減弱；n路面資料有一定的剛度。瀝青混合料的性能瀝青混合料的性能低溫開裂低溫開裂瀝青混合料的性能瀝青混合料的性能低溫開裂低溫開裂n路面的低溫開裂普通出如今溫度的單一循環(huán)中。也有人以為是路面的溫度疲勞引起的。n路面的低溫開裂與路面資料有關，普通硬的資料比柔的資料更容易出現(xiàn)低溫開裂。n 瀝青在環(huán)境要素的作用下出現(xiàn)氧化就會更容易出現(xiàn)低溫開裂。n 因此，為了減少低溫開裂，必需選用軟的瀝青，減少瀝青混合料的空隙率。瀝青膠結料與混合料瀝青膠結料與混合料根本實驗 旋轉式簿膜烘箱RTFO壓力老化容器PAV動態(tài)剪切流變儀DSR旋轉式粘度計

5、RTV 彎曲梁流變儀BBR 直接拉伸實驗DTT瀝青膠結料與混合料根本實驗-短期老化實驗旋轉式簿膜烘箱RTFO-模擬施工期的老化瀝青膠結料與混合料根本實驗-長期老化實驗壓力老化容器PAV實驗-模擬路面運用期的老化 瀝青膠結料與混合料 瀝青膠結料根本實驗-動態(tài)剪切流變儀檢驗瀝青膠結料的粘彈性特性，它經過測定瀝青的復合剪切模量G*和相位角的關系來闡明瀝青的溫度特性。 瀝青膠結料與混合料 瀝青膠結料根本實驗-動態(tài)剪切流變儀復合剪切模量G*和相位角的關系。瀝青膠結料與混合料 瀝青膠結料根本實驗-動態(tài)剪切流變儀n實驗目的：n經過控制高溫時的勁度，保證瀝青膠結料在高溫時的剪切強度，n限定瀝青膠結料低溫時的勁

6、度在中間形狀就能保證瀝青混合料的疲勞性能。瀝青膠結料與混合料 瀝青膠結料根本實驗-旋轉式粘度計RTV旋轉式粘度計RTVBrookfield粘度計實驗目的：保證瀝青在泵送和拌和時的具有足夠的流動性。瀝青膠結料與混合料 瀝青膠結料根本實驗-彎曲梁流變儀BBR彎曲梁流變儀BBR實驗-主要測定瀝青的蠕變勁度S和瀝青勁度變化率m瀝青膠結料與混合料 瀝青膠結料根本實驗-彎曲梁流變儀BBRn彎曲梁流變儀BBR實驗-測定低溫時勁度，即蠕變勁度S和瀝青勁度變化率m A：測定小梁所施加荷載和小梁的彎曲變形，運用工程中梁的實際就可以計算小梁的勁度。B：經過測定瀝青小梁試件在蠕變荷載作用下的勁度就可以確定瀝青的性質。

7、C：大的m值將促使瀝青路面在溫度發(fā)生變化時內應力能及時散失，從而減少路面的溫度開裂。D：膠結料規(guī)范規(guī)定了路面實踐的氣候條件下的蠕變勁度和m值。 瀝青膠結料與混合料 瀝青膠結料根本實驗-直接拉伸實驗DTT直接拉伸實驗DTT表示圖瀝青膠結料與混合料 瀝青膠結料根本實驗-直接拉伸實驗DTTn直接拉伸實驗DTT目的： A：對一些膠結料，尤其是聚合物改性瀝青，其低溫時的勁度比設計的要小，但其裂痕率依然比較小的緣由是低溫時的瀝青勁度變化率較大。B：因此，假設瀝青在低溫時具有較小的直接拉伸實驗DTT結果，瀝青膠結料規(guī)范規(guī)定允許瀝青可以具有較高的蠕變勁度。瀝青膠結料與混合料nSuperpave對瀝青膠結料的選

8、擇n SUPERPAVE 氣候數(shù)據庫n 可靠性n 原始氣溫n 路面溫度的轉化n 選擇膠結料的等級n 荷載等級對膠結料選擇的影響n 交通等級對膠結料選擇的影響瀝青膠結料與混合料 Superpave對瀝青膠結料的選擇nSUPERPAVE氣候數(shù)據庫Superpave軟件提供美國和加拿大6500個觀測站的溫度數(shù)據庫，設計人員可以根據所在地域的溫度選擇膠結料的等級。每個觀測站根據觀測結果，計算7天最高溫度的區(qū)間及對應的溫度的平均值，經過對一切這些觀測計算的平均值和規(guī)范差計算分析； 同樣，可以計算最低溫度的平均值和規(guī)范差。瀝青膠結料與混合料 Superpave對瀝青膠結料的選擇n可靠性 Superpave

9、設計系統(tǒng)中，可靠性指某一年的實踐溫度不超越設計溫度的百分率。 n Superpave設計系統(tǒng)提供不同的可以采用的高溫暖低溫的可靠度程度。假定在Topeka和Kansas的平均最高氣溫為36，規(guī)范差為2，7天的平均最高溫度為36，但溫度超越40的概率僅有2%，即設計溫度為40的可靠度為98%。瀝青膠結料與混合料 Superpave對瀝青膠結料的選擇可靠性瀝青膠結料與混合料 Superpave對瀝青膠結料的選擇n原始氣溫 Topeka的設計事例。以以下圖為設計氣溫最高和最低溫度分布曲線。對普通的夏天，平均7天的最高溫度為36，規(guī)范差為2，在普通的冬天，平均7天的最低溫度為-23，規(guī)范差為4。對某一

10、非常冷的冬天，其最低溫度為-31。瀝青膠結料與混合料 Superpave對瀝青膠結料的選擇原始氣溫瀝青膠結料與混合料 Superpave對瀝青膠結料的選擇n路面溫度的轉化 Superpave提供了計算路面下20mm的最高溫度和路表最低溫度的計算方法。對路表磨耗層，假定可靠度為50%的Topeka地域的路面溫度為56和-23。假定可靠度為98%的Topeka地域的路面溫度為60和-31。 如以以下圖 瀝青膠結料與混合料 Superpave對瀝青膠結料的選擇路面溫度的轉化瀝青膠結料與混合料 Superpave對瀝青膠結料的選擇n路面最高溫度的轉化在Superpave路面設計體系中，在路面下20mm

11、的路面最高設計溫度按下式計算：n式中：T20mm-路面下20mm的路面最高設計溫度；n Tair最高7天的溫度的平均值；n Lat工程所處的緯度，。78.17)2 .422298. 000618. 0(*9545. 0220LatLatTTairmm瀝青膠結料與混合料 Superpave對瀝青膠結料的選擇n路面最低溫度的轉化 有兩種確定路面最低溫度的方法，第一，路面最低溫度簡單地假定與最低氣溫一樣，這種方法最初由SHRP研討人員提出，這是一種很保守的假定，由于在冬天，路面的溫度高于氣溫，在Topeka和Kansas運用這種方法。第二用以下由加拿大研討人員提出的方法：n式中：Tmin-路表的最低

12、設計溫度；n Tair最低溫度的平均值。n這樣，Topeka的路面最低溫度為0.895*-23+1.7= -187 . 1895. 0minairTT瀝青膠結料與混合料 Superpave對瀝青膠結料的選擇n選擇膠結料的等級如以以下圖溫度的可靠度至少必需到達50%。Topeka的最高溫度56至少應該大于PG58，實踐上PG58這個等級的可靠度到達85%；另一個稍低的等級為PG52，其可靠度將小于50%。低溫-23等級應該為PGXX-28，實踐上該低溫等級的可靠度將到達90%。對98%的可靠度，其高溫等級應該為PG64；低溫等級應該為PGXX-34。瀝青膠結料與混合料 Superpave對瀝青膠

13、結料的選擇選擇膠結料的等級 瀝青膠結料與混合料 Superpave對瀝青膠結料的選擇n荷載等級對膠結料選擇的影響A:SHRP膠結料選擇方法假定路面接受快速挪動荷載。B:動態(tài)剪切流變儀的荷載變化速率是10轉/分，對應的汽車速度為90Km/h，小的旋轉速度對交叉口和收費站比較適宜，其它一些場所的荷載靜止，膠結料必需具有高的勁度以抵抗資料的蠕變。C:為了滿足以上特殊情況，膠結料必需至少提高一到二個等級。D:假設基于溫度的膠結料等級為PG64-22，為了減少低速荷載對路面的破壞，設計的膠結料等級應該為PG70-22，對靜止荷載，設計的膠結料等級應該為PG76-22，E:荷載速率對低溫等級沒有影響。瀝青

14、膠結料與混合料 Superpave對瀝青膠結料的選擇n交通等級對膠結料選擇的影響 Superpave的膠結料等級必需思索交通等級。 當設計的交通等級超越107的當量單輪荷載ESWL，設計人員必需將膠結料提高一個等級。 同荷載等級一樣，交通等級對低溫等級沒有影響。 對Topeka選擇的溫度等級為PG58-28，當接受很高的交通等級時，溫度等級應該為PG64-28瀝青膠結料與混合料SHRP級配實際nSHRP采用了對原來方法改良的級配方法，它采用0.45次方最大級配線圖來規(guī)定允許級配。 這種級配圖利用單一繪圖技術來確定集料粒徑在橫軸上的分布，縱座標為集料的經過百分率。橫座標是以mm為單位的粒徑的計算

15、刻度，它是粒徑的0.45次方。 在以以下圖上，粒徑4.75mm的位置在距原點2.02處，2.02為集料篩孔尺寸4.75mm的0.45次方，通常在橫座標上不繪制粒徑的 0.45次方的值，而是直接繪制粒徑值。瀝青膠結料與混合料SHRP級配實際瀝青膠結料與混合料SHRP級配實際最大密度線是最大粒徑100%經過量與原點的連線。瀝青膠結料與混合料SHRP級配實際n為了闡明集料級配，在0.45次方圖上的另兩個級配控制點：控制點和禁區(qū)?？刂泣c為級配曲線必需經過的幾個特定的尺寸范圍，禁區(qū)為最大密度線附近0.3-2.36mm范圍不希望級配經過的區(qū)域。 禁區(qū)的范圍在中間粒徑2.36mm或4.75mm與0.3mm之

16、間的最大密度線附近，這一范圍級配曲線不能經過。經過禁區(qū)的級配的普通稱為“駝峰級配。在大多數(shù)情況下，駝峰級配中細砂的含量較高，這種級配能夠導致混合料軟化，使得施工時難以壓實和混合料抵抗永久變形的才干下降。瀝青混合料的強度主要由膠結料的粘結力提供，集料的骨架作用較小。這種混合料同時對瀝青用量很敏感及極容易塑性化。瀝青膠結料與混合料SHRP級配實際瀝青膠結料與混合料瀝青混合料體積需求n混合料的體積規(guī)范包含空隙率、礦料間隙率、瀝青的填隙率?；旌狭峡障堵适且粋€很重要的規(guī)范，由于它跟瀝青的用量關系親密。在Superpave混合料設計中，混合料的空隙率規(guī)定4%。瀝青膠結料與混合料瀝青混合料體積需求nSupe

17、rpave礦物集料骨架空隙率VMA為不為集料所占的體積，即壓實混合料減去集料毛體積。對4%的空隙率規(guī)定的最小VMA是集料公稱最大粒徑的函數(shù)。詳細的規(guī)定。 Superpave 礦料間隙率規(guī)范n集料公稱最大粒徑 最小的VMA 9.5mm 15.0 12.5mm 14.0 19.0mm 13.0 25.0mm 12.0 37.5mm 11.0瀝青膠結料與混合料瀝青混合料體積需求n瀝青飽和度VFA為規(guī)定的VMA中瀝青的百分率。因此，VFA為瀝青的體積百分率與VMA之比。Superpave 瀝青飽和度規(guī)范當量單輪荷載累計交通量 *106 設計的VFA % 0.3 7080 1.0 6578 3.0 65

18、78 10.0 6575 30.0 6575 300.0 6575SHRP的來源及開展現(xiàn)狀SHRP的來源及開展現(xiàn)狀SHRP的來源 Superpave是美國耗資 1.5億美圓的戰(zhàn)略公路研討方案SHRP的重要組成部分之一，1987年1993年，美國公路戰(zhàn)略研討方案SHRP進展了一項為期5年耗資5000萬美圓的瀝青路面研討，最終提出了一套全新的瀝青混合料設計方法Superpave設計方法，而用Superpave設計方法設計的瀝青混合料也叫SuperpaveSHRP的來源及開展現(xiàn)狀n1992年SHRP方案終了后，在美國聯(lián)邦公路局FHWA的大力推行下，美國大部分州已開場建筑Superpave路面，199

19、6年新建Superpave工程工程93個，1997年316個，2000年達3900個。200年一年消費瀝青混合料13400萬噸，占瀝青混合料總量的62%，2001年采用Superpave方法設計施工的瀝青混合料占總量的82%。SHRP的來源及開展現(xiàn)狀Superpave在我國的開展 我國對美國SHRP方案的研討進展及其成果不斷非常關注。 1989年在申報“八五國家科技攻關方案重點專題“道路瀝青及瀝青混合料的路用性能的可行性報告及立項方案時，就以跟蹤美國最新研討成果為目的，意在把國內的專題研討搞成中國的戰(zhàn)略公路研討方案C-SHRP。SHRP的來源及開展現(xiàn)狀Superpave在我國的開展 “九五以來

20、，SuPerpave的成果陸續(xù)發(fā)布，除了瀝青結合料規(guī)范外，瀝青混合料的配合比設計等也開場影響我國，我國?公路瀝青路面施工技術規(guī)范? JTGF40一2004中也表達了其許多設計理念，2020年7月中華人民共和國交通運輸部發(fā)布了?旋轉壓實儀? JT/T724一2020規(guī)范。SHRP的來源及開展現(xiàn)狀Superpave在我國的開展 1995年江蘇省交通科學研討院在國內率先引進了Superpave設備與技術; 2000年在江蘇京滬高速淮陰南銜接線鋪筑了第一段實驗路，全長7km; 2001年在連徐、寧宿徐高速鋪筑了 10km的實驗路; 2002年在連徐、汾灌、寧靖鹽高速推行運用，全長70km;在寧連改造、

21、無錫太湖大道推行運用，約50km; SHRP的來源及開展現(xiàn)狀Superpave在我國的開展 2003年在寧連、錫宜、徐宿、滬寧東段運用; 2004年在通啟、揚州西北繞城、潤揚大橋南接線、滬寧擴建運用; 2005至2006年在連鹽高速、京福高速徐州西北繞城等中下面層中運用。 2020年在104國道徐州段、204國道鹽城段中上面層中運用，至2020年底，我國已修筑了近2000公里的Superpave路面。SHRP的來源及開展現(xiàn)狀國外研討現(xiàn)狀n日本也對SHRP研討非常關注。n 在Supeprvae出臺后，立刻以建立省土n 木研討所為中心對該方案的研討成果進展全面調查。1994年引進瀝青結合料的實驗設

22、備，1996年引進瀝青混合料實驗設備，開場開展實驗研討。SHRP的來源及開展現(xiàn)狀國外研討現(xiàn)狀n歐洲從一開場就對瀝青結合料的研討設備感興趣。n 目前，Superpave設計系統(tǒng)的部分實驗安裝及路面性能預測模型等已在歐洲部分國家開場運用。n 羅馬尼亞和墨西哥也已引進了Superpave技術，并建立了國家實驗中心，正將該技術外鄉(xiāng)化并加以推行運用。n 地處北歐的芬蘭等國也同樣開發(fā)出了旋轉壓實設備SGC。作為目前世界上最為先進的瀝青路面技術之n 一， Superpave逐漸得到了世界各國的普遍認同。SHRP的來源及開展現(xiàn)狀國外研討現(xiàn)狀n自1993年Superpave設計方法發(fā)布施行以來，美國依然在繼續(xù)未完成的研討項n 目，尤其是關于Supe