高性能瀝青路面superpave技術(shù)

高性能瀝青路面superpave技術(shù)第1頁/共149頁Strategic

Highway

Research

Program

——“公路戰(zhàn)略研究計(jì)劃”（SHRP）1987～19931億5千萬美元四個(gè)領(lǐng)域——瀝青——混凝土與結(jié)構(gòu)——公路運(yùn)營(yíng)——路面長(zhǎng)期性能（LTPP）第2頁/共149頁瀝青項(xiàng)目研究成果21項(xiàng)瀝青結(jié)合料10項(xiàng)混合料體積設(shè)計(jì)3項(xiàng)混合料分析與性能預(yù)測(cè)8項(xiàng)——Superpave技術(shù)（SUperiorPERformingAsphaltPAVEment)——相關(guān)試驗(yàn)設(shè)備、方法、軟件第3頁/共149頁Superpave技術(shù)瀝青結(jié)合（膠結(jié)）料性能規(guī)范（PG－）MP1M320瀝青混合料體積設(shè)計(jì)方法（SGC）MP2M323R35瀝青混合料性能預(yù)測(cè)（SST）第4頁/共149頁瀝青分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)針入度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（25℃）粘度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（60℃）性能分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（達(dá)到相同標(biāo)準(zhǔn)下的試驗(yàn)溫度）第5頁/共149頁瀝青針入度/粘度分級(jí)2560135-15稠度(針入度或粘度)hardsoft針入度粘度粘度ABC溫度,℃第6頁/共149頁瀝青針入度指標(biāo)體系原樣瀝青針入度：分級(jí)指標(biāo)針入度指數(shù)：感溫性指標(biāo)軟化點(diǎn)：高溫指標(biāo)60℃動(dòng)力粘度：高溫指標(biāo)10℃延度：低溫指標(biāo)15℃延度：蠟含量：與瀝青高、低溫特性有關(guān)閃點(diǎn)：安全指標(biāo)溶解度：純度（質(zhì)量）指標(biāo)密度：與瀝青組分組成有關(guān)TFOT（或RTFOT）后殘留物：老化指標(biāo)質(zhì)量變化：殘留針入度比：殘留延度：第7頁/共149頁瀝青針入度指標(biāo)體系滿足同一標(biāo)準(zhǔn)的瀝青可能有不同的溫度敏感性（組分不同）；瀝青指標(biāo)與瀝青路用性能的相關(guān)性并不顯著；軟化點(diǎn)可能存在假象10℃（延度）不能代表真正的“低溫”針入度指數(shù)曲線的外延并不可靠（特別是對(duì)于改性瀝青）第8頁/共149頁不同油源生產(chǎn)的100#瀝青——BTDC圖第9頁/共149頁瀝青針入度主要優(yōu)點(diǎn)：針入度分級(jí)試驗(yàn)溫度接近瀝青的平均使用溫度試驗(yàn)與檢測(cè)速度快可方便地應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備費(fèi)用較低試驗(yàn)精度較確定可測(cè)定瀝青的溫度敏感性第10頁/共149頁瀝青針入度主要缺點(diǎn)：經(jīng)驗(yàn)性的試驗(yàn)方法剪切速率高，且是一個(gè)變量不能獲得拌和與壓實(shí)溫度數(shù)據(jù)當(dāng)25℃針入度相似時(shí)，不能反映瀝青特性的較大差異第11頁/共149頁兩種瀝青指標(biāo)體系比較性能級(jí)與針入度級(jí)是兩種完全不同的指標(biāo)體系主要相同點(diǎn)：都有閃點(diǎn)指標(biāo)都采用RTFOT或TFOT進(jìn)行短期老化都有RTFOT或TFOT后的質(zhì)量損失指標(biāo)要求主要不同點(diǎn)：分級(jí)指標(biāo)不同指標(biāo)體系不同針入度是經(jīng)驗(yàn)性指標(biāo)，性能級(jí)是流變指標(biāo)第12頁/共149頁兩種瀝青指標(biāo)體系比較瀝青的針入度等級(jí)和性能等級(jí)之間沒有直接關(guān)系。

瀝青品種ABCD針入度級(jí)AH-90AH-70AH-70AH-70性能等級(jí)PG58-22PG58-22PG64-22PG58-161、雖然瀝青A、B的針入度等級(jí)不同，但其性能等級(jí)卻相同2、雖然瀝青B、C、D的針入度等級(jí)相同，但其性能等級(jí)卻不相同（最大相差兩個(gè)性能等級(jí)：12℃）第13頁/共149頁主要內(nèi)容瀝青結(jié)合料性能分級(jí)：AASHTOM320Superpave混合料體積設(shè)計(jì)：AASHTOM323Superpave熱拌瀝青混合料（HMA）體積設(shè)計(jì)：AASHTOR35第14頁/共149頁瀝青結(jié)合料性能分級(jí)

AASHTOM320第15頁/共149頁性能等級(jí)7天最高路面溫度最小路面溫度PG64-22瀝青性能分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

——基于氣候的分級(jí)體系性能分級(jí)體系（PerformanceGrade）第16頁/共149頁第17頁/共149頁第18頁/共149頁第19頁/共149頁第20頁/共149頁瀝青結(jié)合料性能分級(jí)MP1MP1aM320-03G*/sinδ——高溫勁度；G*×sinδ——中溫勁度。M320-05對(duì)于表2，按PP42，結(jié)合T313和T314方法確定臨界低溫開裂溫度。M320-09對(duì)于表2，按R49（PP42），結(jié)合T313和T314方法確定臨界低溫開裂溫度；對(duì)于表3，按TP70-09（MSCR）確定不能回收結(jié)合料的蠕變?nèi)崃浚渲小癝”、“H”、“V”分別對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)、高、非常高的交通量。第21頁/共149頁主要試驗(yàn)方法T44,瀝青材料溶解度T48,克利夫蘭開口杯閃點(diǎn)‘與燃點(diǎn)T240,瀝青旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱試驗(yàn)(RTFOT)R28,瀝青加速老化(PAV)T313,用彎曲梁流變儀測(cè)定瀝青結(jié)合料的彎曲蠕變勁度(BBR)T314,直接拉伸測(cè)定瀝青結(jié)合料的斷裂性質(zhì)（DT）T315,用動(dòng)態(tài)剪切流變儀測(cè)定瀝青結(jié)合料的流變(DSR)T316,用旋轉(zhuǎn)粘度儀測(cè)定瀝青結(jié)合料的粘度TP70,用動(dòng)態(tài)剪切流變儀進(jìn)行瀝青結(jié)合料的多級(jí)應(yīng)力蠕變恢復(fù)試驗(yàn)(MSCR)第22頁/共149頁試驗(yàn)匯總疲勞開裂車轍RTFO短期老化原樣瀝青施工[RV][DSR]低溫開裂[BBR][DTT]PAV長(zhǎng)期老化第23頁/共149頁動(dòng)態(tài)剪切流變?cè)囼?yàn)原樣瀝青——瀝青分級(jí)與驗(yàn)證：G*/Sinδ≥1.0kPaRTFOT后的瀝青——高溫性能：G*/Sinδ≥2.2kPaRTFOT+PAV后的瀝青——疲勞性能：G*?Sinδ≤5000kPa第24頁/共149頁動(dòng)態(tài)剪切流變儀第25頁/共149頁動(dòng)態(tài)剪切流變儀原理第26頁/共149頁粘彈性材料應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系（DSR）第27頁/共149頁瀝青材料的粘彈特性第28頁/共149頁彎曲梁流變?cè)囼?yàn)RTFOT+PAV后的瀝青——低溫性能：蠕變勁度S≤300MPa蠕變勁度曲線斜率m≥0.300第29頁/共149頁彎曲梁流變儀（BBR）第30頁/共149頁BBR試驗(yàn)原理第31頁/共149頁BBR試驗(yàn)應(yīng)力與變形曲線第32頁/共149頁彎曲蠕變曲線第33頁/共149頁BBR試驗(yàn)之m值第34頁/共149頁直接拉伸試驗(yàn)(DT)第35頁/共149頁確定低溫開裂溫度第36頁/共149頁瀝青老化短期老化：旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱試驗(yàn)（RTFOT）模擬瀝青在加熱、拌和、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓期間的老化。長(zhǎng)期老化：壓力老化箱（PAV）模擬瀝青在路面使用5～7年后產(chǎn)生的老化。第37頁/共149頁短期老化

——旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱試驗(yàn)（RTFOT）第38頁/共149頁長(zhǎng)期老化

——壓力老化容器（PAV）第39頁/共149頁瀝青可工作性

——泵送、拌和旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)（Brookfield）135℃時(shí)的粘度≤3Pa.s第40頁/共149頁Brookfield旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)第41頁/共149頁生產(chǎn)安全性閃點(diǎn)儀閃點(diǎn)溫度≥230℃第42頁/共149頁Superpave混合料體積設(shè)計(jì)

AASHTOM323標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求第43頁/共149頁適用性該Superpave體積混合料設(shè)計(jì)規(guī)范使用集料和混合料性質(zhì)去產(chǎn)生熱拌瀝青混合料生產(chǎn)配合比該標(biāo)準(zhǔn)為Superpave體積混合料設(shè)計(jì)而對(duì)結(jié)合料、集料和熱拌瀝青混合料規(guī)定了最低質(zhì)量要求對(duì)于Superpave體積混合料，該標(biāo)準(zhǔn)可用于選擇和評(píng)價(jià)材料第44頁/共149頁相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、方法與文獻(xiàn)AASHTO標(biāo)準(zhǔn)M320,瀝青結(jié)合料性能分級(jí)R35,Superpave熱拌瀝青混合料(HMA)體積設(shè)計(jì)T11,礦粉水洗篩分T27,粗、細(xì)集料篩分T164,瀝青結(jié)合料的抽提T170,阿布森法瀝青結(jié)合料回收T176,用砂當(dāng)量試驗(yàn)確定級(jí)配集料中的塑性細(xì)顆粒和粘土T283,壓實(shí)瀝青混合料抗水損壞阻力T304，細(xì)集料未壓實(shí)空隙含量T308,用燃燒法確定熱拌瀝青混合料（HMA）的瀝青含量T312,用Superpave旋轉(zhuǎn)壓實(shí)機(jī)準(zhǔn)備并測(cè)定熱拌瀝青混合料（HMA）試件的密度T319,從瀝青混合料從抽提和回收瀝青結(jié)合料第45頁/共149頁相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、方法與文獻(xiàn)ASTM標(biāo)準(zhǔn)：D4791,粗集料扁平、細(xì)長(zhǎng)顆粒D5821,確定粗集料破碎顆粒百分率瀝青協(xié)會(huì)出版物：MS-2,瀝青混凝土和其他熱拌類混合料設(shè)計(jì)方法全國(guó)瀝青路面協(xié)會(huì)出版物：IS128,HMA路面混合料類型選擇指南其他參考文獻(xiàn)：LTPP季節(jié)性瀝青混凝土路面溫度模型LTPPBind3.1NCHRPReport452:回收瀝青路面在Superpave混合料設(shè)計(jì)方法中的使用建議：技術(shù)員手冊(cè)TRB項(xiàng)目D9-12,Washington,DC,2001.第46頁/共149頁結(jié)合料要求性能等級(jí)的結(jié)合料，滿足M320的要求，適合項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的氣候、交通、荷載條件或合同文件的規(guī)定。確定最高路面溫度確定最低路面溫度選擇可靠度結(jié)合料性能級(jí)調(diào)整第47頁/共149頁根據(jù)交通速度和交通量選擇瀝青

——考慮交通量與速度對(duì)高溫的影響設(shè)計(jì)ESALsb（106）

調(diào)整膠結(jié)料高溫等級(jí)a交通加荷速率停滯交通c

慢速交通d

標(biāo)準(zhǔn)交通e

<0.3–f

0.3～<3213～<102110～<3021–f

≥30211第48頁/共149頁根據(jù)交通速度和交通量選擇瀝青

——考慮交通量與速度對(duì)高溫的影響a、根據(jù)表示等級(jí)數(shù)（1級(jí)相當(dāng)于6℃），增加高溫等級(jí)，低溫等級(jí)不變。b、設(shè)計(jì)的ESALs是設(shè)計(jì)車道20年預(yù)估的累計(jì)當(dāng)量軸荷載次數(shù)，不管實(shí)際道路的設(shè)計(jì)壽命多少，總以20年的ESALs并以此選擇合適的N設(shè)計(jì)水平。c、停滯交通––––平均交通速度小于20km/h。d、慢速交通––––平均交通速度20～70km/h。e、標(biāo)準(zhǔn)交通––––平均交通速度大于70km/h。f、應(yīng)考慮增加一個(gè)高溫等級(jí)。注“從實(shí)際出發(fā)，應(yīng)避免使用性能等級(jí)大于PG82-XX，當(dāng)要求調(diào)整高溫等級(jí)導(dǎo)致需要大于PG82時(shí)，應(yīng)仍規(guī)定PG82-XX并增加設(shè)計(jì)ESALs1個(gè)等級(jí)（如10～30×106增加到≥30×106）?！钡?9頁/共149頁根據(jù)回收瀝青混合料選擇瀝青建議的純?yōu)r青等級(jí)RAP百分比不改變＜15比通常使用瀝青軟一個(gè)等級(jí)15～25由摻合料產(chǎn)生的圖表確定＞25第50頁/共149頁根據(jù)回收瀝青混合料選擇瀝青NCHRPProject9-12項(xiàng)目的研究結(jié)果指出，高勁度RAP（回收瀝青為PG88-4）比中、低勁度（分別為PG82-16andPG82-22）對(duì)混合瀝青結(jié)合料的低溫性能的影響更大。參考NCHRP452報(bào)告，可以根據(jù)回收RAP結(jié)合料的低溫勁度修改表中限制RAP摻量的數(shù)據(jù)。第51頁/共149頁合成集料要求尺寸要求公稱最大尺寸4.75mm～19.0mm用于表面層用于底面層不大于37.5mm級(jí)配控制點(diǎn)級(jí)配分級(jí)粗集料棱角性要求細(xì)集料棱角性要求砂當(dāng)量要求扁平細(xì)長(zhǎng)顆粒要求第52頁/共149頁集料級(jí)配控制點(diǎn)篩孔尺寸公稱最大集料尺寸——控制點(diǎn)（通過百分率）37.525.019.012.59.54.75MinMaxMinMaxMinMaxMinMaxMinMaxMinMax50.010037.59010010025.0909010010019.0909010010012.590901001001009.59090100951004.7590901002.36154119452349285832671.1830600.075061728210210612第53頁/共149頁級(jí)配控制點(diǎn)與限制區(qū)篩孔尺寸(mm)Superpave-19Superpave-12.5控制點(diǎn)限制區(qū)控制點(diǎn)限制區(qū)25100199010010012.590901009.5902.36234934.634.6285839.139.11.1822.328.325.631.60.616.720.719.123.10.313.713.715.515.50.07528210第54頁/共149頁級(jí)配控制點(diǎn)與限制區(qū)第55頁/共149頁“S”型設(shè)計(jì)集料級(jí)配第56頁/共149頁級(jí)配限制區(qū)目的：避免混合料中含有過高比例的細(xì)砂（相對(duì)總砂量）避免級(jí)配遵從最大密實(shí)度線，以獲得適當(dāng)?shù)腣MA不鼓勵(lì)在混合物中采用天然細(xì)砂，而提倡采用潔凈的人工砂這種設(shè)計(jì)集料結(jié)構(gòu)的方法能保證集料形成強(qiáng)而穩(wěn)定的石料骨架，以增強(qiáng)抵抗永久變形的能力，同時(shí)考慮了足夠的空隙以增強(qiáng)混合料耐久性。第57頁/共149頁細(xì)集料組成對(duì)級(jí)配的影響在0.6mm或1.18mm粒徑附近，常會(huì)觀察到“駝峰”現(xiàn)象，也就是說0.6mm或1.18mm粒徑附近的級(jí)配曲線會(huì)向上凸起，這種情況的出現(xiàn)將容易使級(jí)配曲線進(jìn)入限制區(qū)。在多數(shù)情況下，駝峰級(jí)配表示級(jí)配中含有過多的砂或混合料中細(xì)料過多，這種級(jí)配會(huì)導(dǎo)致混合料變軟，是一種比較敏感的混合料，在壓實(shí)過程中容易出現(xiàn)問題，而且這種混合料的抗永久變形能力也較差。第58頁/共149頁粗、細(xì)集料級(jí)配分類混合料公稱最大尺寸PCS控制點(diǎn)（通過百分率）公稱最大集料尺寸（mm）37.525.019.012.59.5主要控制篩（mm）9.54.754.752.362.36PCS控制點(diǎn)（通過百分率）4740473947第59頁/共149頁第60頁/共149頁認(rèn)同特性

——必須滿足的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)—合成級(jí)配（針對(duì)整個(gè)混合料，而不是單一集料組成）—粗集料棱角性（CAA）—細(xì)集料棱角性（FAA）—扁平與細(xì)長(zhǎng)顆料（FAE）—砂當(dāng)量（CE）第61頁/共149頁粗集料棱角性粗集料棱角性是指留在4.75mm篩上有一個(gè)或二個(gè)破碎面集料的重量百分比。破碎面的定義為破碎面的投影面積與該顆粒最大橫截面積之比大于25%時(shí)稱為破碎面。規(guī)定粗集料棱角性這個(gè)指標(biāo)主要是為確保粗集料有高的內(nèi)摩擦力，從而保證瀝青混合料有較高的抗車轍能力。試驗(yàn)方法：美國(guó)賓夕法利亞州運(yùn)輸部PDOT621試驗(yàn)方法ASTMD5821-95試驗(yàn)方法JTGE42中的T0346-2000“破碎礫石含量試驗(yàn)”第62頁/共149頁細(xì)集料棱角性——未壓實(shí)空隙率試驗(yàn)方法：AASHTOT304方法AJTGE42T0344第63頁/共149頁扁平、細(xì)長(zhǎng)顆?！壤?guī)試驗(yàn)方法（1︰5）：ASTMD4791JTGE42T0312第64頁/共149頁砂當(dāng)量——粘土含量試驗(yàn)方法：AASHTOT176JTGE42T0334第65頁/共149頁集料認(rèn)同特性要求設(shè)計(jì)當(dāng)量軸次（106）a

粗集料棱角性（%）最小c

細(xì)集料棱角性（%）最小砂當(dāng)量（%）最小扁平細(xì)長(zhǎng)顆粒含量（%）最大≤100mm＞100mm

≤100mm＞100mm＜0.355/－―/―－－40－0.3～375/－50/－404040103～1085/80b60/－4540451010～3095/9080/7545404510≥30100/100100/10045455010a、不管實(shí)際道路的設(shè)計(jì)壽命多少，總以設(shè)計(jì)車道20年的預(yù)期交通量作為設(shè)計(jì)的ESALs。b、85/80表示85%的粗集料有一個(gè)破碎面，80%的粗集料有兩個(gè)或兩個(gè)以上的破碎面。c、粗集料棱角性標(biāo)準(zhǔn)不適合于4.75mm公稱最大集料尺寸的混合料注：如果施工層厚在表面層的100mm以內(nèi)少于25%

，該層可考慮為低于100mm以下。第66頁/共149頁料源特性

——地方政府自定標(biāo)準(zhǔn)—堅(jiān)固性AASHTOT96、ASTMC131JTGE42T0317—安定性AASHTOT104、ASTMC88JTGE42T0314—有害物質(zhì)AASHTOT112、ASTMC142JTGE42T0310第67頁/共149頁熱拌瀝青混合料（HMA）設(shè)計(jì)要求瀝青、集料符合要求按T312壓實(shí)時(shí)，應(yīng)滿足相對(duì)密度、VMA、VFA和礦粉-瀝青比要求按T283進(jìn)行試驗(yàn)的最小拉伸強(qiáng)度比為0.8第68頁/共149頁SuperpaveHMA設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)ESALS（106）a要求密度（壓實(shí)度）（最大理論密度%）礦料間隙率（VMA）（%）最小瀝青填隙率(VFA)b（%）粉膠比（DP）cN初始N設(shè)計(jì)N最大最大公稱集料尺寸，mm37.525.019.012.59.54.75＜0.3≤91.570～80d0.6～1.20.3～＜3≤90.596.0≤98.011.012.013.014.015.016.065～783～＜10≤89.065～75e

10～＜30≥30第69頁/共149頁SuperpaveHMA設(shè)計(jì)要求a、不管實(shí)際道路的設(shè)計(jì)壽命多少，總以設(shè)計(jì)車道20年的預(yù)期交通量作為設(shè)計(jì)的ESALs。b、對(duì)于公稱最大尺寸為37.5mm的混合料，所有交通量水平的VFA最小為64%。c、對(duì)于公稱最大尺寸為4.75mm的混合料，粉膠比應(yīng)為0.9～2.0。d、對(duì)于公稱最大尺寸為25.0mm的混合料，當(dāng)設(shè)計(jì)交通量＜0.3×106ESALs時(shí)，VFA最小為67%。e、對(duì)于設(shè)計(jì)交通量＞3×106ESALs，9.5mm公稱最大尺寸混合料的VFA為73%～76%。4.75mm公稱最大尺寸混合料的VFA為75%～78%。注1：如果集料級(jí)配通過PCS控制點(diǎn)的下方，粉膠比可從0.6～1.2增加到0.8～1.6。注2：混合料的VMA低于要求的最小值超過2%時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)泛油和車轍，除非對(duì)使用具有高VMA的混合料有足夠的經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)避免使用VMA大于最小值2%以上的混合料。第70頁/共149頁水敏感性要求壓實(shí)HMA試樣的空隙率：7.0%±0.5%按AASHTOT283試驗(yàn)方法測(cè)定的拉伸強(qiáng)度比應(yīng)≥80%第71頁/共149頁Superpave熱拌瀝青混合料（HMA）體積設(shè)計(jì)

AASHTOR35標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐第72頁/共149頁適用性基于熱拌瀝青混合料的空隙率、VMA、VFA等體積性質(zhì)進(jìn)行混合料設(shè)計(jì)可為主要使用T320和T322方法進(jìn)行混合料分析和性能預(yù)測(cè)解析提供混合料參數(shù)的初步選擇用于生產(chǎn)滿足SuperpaveHMA體積混合料設(shè)計(jì)要求的熱拌瀝青混合料（HMA）第73頁/共149頁相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、方法與文獻(xiàn)AASHTO標(biāo)準(zhǔn):M320,瀝青結(jié)合料性能分級(jí)M323,Superpave體積混合料設(shè)計(jì)R30,熱拌瀝青混合料(HMA)的條件處理T2,集料取樣方法T11,礦料中細(xì)于75-μm(No.200)材料的水洗篩分T27,粗、細(xì)集料的篩分T84,細(xì)集料的比重和吸收T85,粗集料的比重和吸收T100,土的比重T166,用飽和面干試件測(cè)定壓實(shí)瀝青混合料的毛比重T209,熱拌瀝青混合料(HMA)的理論最大比重和密度第74頁/共149頁相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、方法與文獻(xiàn)AASHTO標(biāo)準(zhǔn):T228,半固體瀝青材料的比重T248,集料縮樣到試驗(yàn)尺寸T275,用蠟封試件測(cè)定壓實(shí)瀝青混合料的毛比重T283,壓實(shí)瀝青混合料抗水損壞能力T312,用Superpave旋轉(zhuǎn)壓實(shí)機(jī)準(zhǔn)備并測(cè)定熱拌瀝青混合料（HMA）試件的密度T320,用Superpave剪切試驗(yàn)機(jī)(SST)測(cè)定瀝青混合料的永久剪切應(yīng)變和勁度T322,用間接拉伸試驗(yàn)設(shè)備測(cè)定熱拌瀝青混合料的蠕變?nèi)崃亢蛷?qiáng)度瀝青協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn):SP-2,Superpave混合料設(shè)計(jì)第75頁/共149頁瀝青混合料體積設(shè)計(jì)步驟選擇材料設(shè)計(jì)集料結(jié)構(gòu)選擇設(shè)計(jì)瀝青用量評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)瀝青混合料的水敏感性第76頁/共149頁選擇材料瀝青結(jié)合料集料RAP選擇添加劑第77頁/共149頁選擇瀝青結(jié)合料確定項(xiàng)目所在地氣候條件確定路面設(shè)計(jì)溫度路面設(shè)計(jì)最高溫度路面設(shè)計(jì)最低溫度選擇可靠度水平選擇滿足最低設(shè)計(jì)可靠度要求的的PG結(jié)合料調(diào)整瀝青等級(jí)考慮交通量與速度的影響考慮RAP的使用確定試驗(yàn)室拌和與壓實(shí)溫度第78頁/共149頁確定項(xiàng)目所在地氣候條件采用從氣象站取得數(shù)據(jù)確定工程所在地的氣候條件連續(xù)7天平均最高氣溫最低氣溫確定工程所在地的地理（緯度）位置資料第79頁/共149頁確定路面設(shè)計(jì)溫度

——最高路面設(shè)計(jì)溫度確定每年連續(xù)最熱的7天，并計(jì)算這7天的平均最高氣溫；確定計(jì)算年期（通常不少于20年）7天平均最高氣溫的平均值與標(biāo)準(zhǔn)差；將7天平均最高氣溫轉(zhuǎn)換為路面溫度最高路面設(shè)計(jì)溫度位于路表面下20mm采用凈熱流和能量平衡模型進(jìn)行分析太陽吸收：0.90通過空氣的輻射傳輸：0.81大氣輻射：0.70風(fēng)速：4.5m/sec轉(zhuǎn)換公式：T20mm=(Tair-0.00618Lat2+0.2289Lat+42.2)(0.9545)-17.78式中：T20mm=深20mm處最高路面設(shè)計(jì)溫度；

Tair=7天平均最高氣溫；

Lat=項(xiàng)目所在地的地理緯度。第80頁/共149頁確定路面設(shè)計(jì)溫度

——最低路面設(shè)計(jì)溫度美國(guó)SHRP：獲取年最低氣溫；確定計(jì)算年期（通常不少于20年）年最低氣溫的平均值與標(biāo)準(zhǔn)差；以年最低氣溫作為路面設(shè)計(jì)最低溫度。加拿大瀝青專家：Tmin=0.859Tair+1.7℃式中：Tmin=最低路面設(shè)計(jì)溫度，℃

Tair=平均年最低氣溫，℃第81頁/共149頁確定路面設(shè)計(jì)溫度——LTPPBind3.1版軟件第82頁/共149頁選擇可靠度

——根據(jù)交通量和公路的重要性平均值：50%平均值+1倍標(biāo)準(zhǔn)差：84.1%平均值+2倍標(biāo)準(zhǔn)差：97.7%平均值+3倍標(biāo)準(zhǔn)差：99.9%平均值+1.64倍標(biāo)準(zhǔn)差：95.0%平均值+1.28倍標(biāo)準(zhǔn)差：90.%第83頁/共149頁選擇可靠度

——年七天最高氣溫分布圖示例（Topeka，KS）：7天平均最高氣溫：36℃標(biāo)準(zhǔn)差：2℃50%可靠度時(shí)的氣溫為36℃98%可靠度時(shí)的氣溫為40℃第84頁/共149頁選擇可靠度

——年最低氣溫分布圖示例（Topeka，KS）平均年最低氣溫：-23℃標(biāo)準(zhǔn)差：4℃50%可靠度時(shí)的氣溫為-23℃98%可靠度時(shí)的氣溫為-31℃第85頁/共149頁選擇可靠度

——高、低設(shè)計(jì)氣溫分布圖第86頁/共149頁選擇可靠度

——高、低路面設(shè)計(jì)溫度分布圖第87頁/共149頁選擇可靠度

——按交通量選擇可靠度設(shè)計(jì)當(dāng)量軸次（106）可靠度高溫低溫＜0.350500.3～380803～10808010～309595≥309595第88頁/共149頁選擇瀝青性能等級(jí)50%可靠度：PG56-23PG58-2898%可靠度：PG60-31PG64-34第89頁/共149頁調(diào)整瀝青等級(jí)

——考慮交通量與速度影響因素設(shè)計(jì)ESALs1

調(diào)整膠結(jié)料PG等級(jí)5

交通加荷速率停滯交通2

慢速交通3

標(biāo)準(zhǔn)交通4

＜0.3––（6）

0.3～＜3213～＜102110～＜3021––（6）

≥30211第90頁/共149頁確定試驗(yàn)室拌和與壓實(shí)溫度拌和溫度：0.17±0.02Pa.s壓實(shí)溫度：0.28±0.03Pa.s第91頁/共149頁確定試驗(yàn)室拌和與壓實(shí)溫度

粘度——溫度關(guān)系曲線第92頁/共149頁選擇集料認(rèn)同（一致、共同、統(tǒng)一）特性——必須滿足料源特性——地方政府自定標(biāo)準(zhǔn)第93頁/共149頁選擇集料取樣洗篩分別測(cè)定粗、細(xì)集料的毛體積和表觀密度測(cè)定填料的比重第94頁/共149頁設(shè)計(jì)集料結(jié)構(gòu)準(zhǔn)備試用混合物壓實(shí)試用混合物試件評(píng)價(jià)試用混合物選擇最合適的設(shè)計(jì)集料結(jié)構(gòu)供進(jìn)一步分析第95頁/共149頁準(zhǔn)備試用混合物準(zhǔn)備最少三個(gè)不同級(jí)配的試用混合物粗、中、細(xì)評(píng)價(jià)合成級(jí)配集料的性質(zhì)將每個(gè)試用混合物級(jí)配繪制在0.45次方級(jí)配分析圖表上第96頁/共149頁0.45次方富勒曲線繪制第97頁/共149頁0.45次方富勒曲線最大密度線第98頁/共149頁三組試用級(jí)配曲線示例第99頁/共149頁（公稱）最大篩孔尺寸對(duì)級(jí)配曲線的影響我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范的篩孔系列與美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的篩孔系列相比：我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范的篩孔系列比美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)多16mm和31.5mm兩個(gè)篩孔；雖然13.2mm與12.5mm和26.5mm與25mm兩組篩孔尺寸相差比較小，可以當(dāng)作是同一個(gè)篩孔尺寸來處理，但由于多了16mm和31.5mm兩個(gè)篩孔，不僅多了兩個(gè)級(jí)配，而且相應(yīng)的（公稱）最大篩孔尺寸也隨之發(fā)生變化。第100頁/共149頁壓實(shí)試驗(yàn)混合物試件確定初始試用瀝青結(jié)合料用量R35附錄A1方法——計(jì)算經(jīng)驗(yàn)方法工程方法——類比對(duì)每個(gè)試用集料級(jí)配準(zhǔn)備復(fù)份試用混合料（100mm、150mm）根據(jù)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)交通量確定旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)條件處理試用混合料壓實(shí)試件并記錄每次壓實(shí)的試件高測(cè)定壓實(shí)試件的毛體積比重（Gmb）測(cè)定松散試樣的理論最大比重（Gmm）第101頁/共149頁初試瀝青用量（經(jīng)驗(yàn)）集料公稱最大尺寸（mm）試驗(yàn)瀝青含量（%）37.53.525.04.019.04.512.55.09.55.5表中數(shù)據(jù)適用于集料混合物毛體積密度約2.65的級(jí)配；集料混合物毛體積密度大于2.65的級(jí)配，瀝青用量可能會(huì)低一些，反之則可能會(huì)高一些。第102頁/共149頁旋轉(zhuǎn)壓實(shí)參數(shù)設(shè)計(jì)ESALs(百萬)壓實(shí)參數(shù)典型道路應(yīng)用

N初始N設(shè)計(jì)N最大＜0.365075輕交通量道路，如地方道路、縣、區(qū)道路和禁止卡車通行的市區(qū)道路。旅游區(qū)道路可屬于此類。0.3～＜3775115中等交通量道路，主要為集散道路和進(jìn)入街道的道路,市區(qū)道路和大部分縣、區(qū)道路屬于這一類。3～＜308100160中等到高交通量道路，包括雙車道、多車道、部分和全封閉的進(jìn)城道路，許多州道、國(guó)道和某些邊遠(yuǎn)地區(qū)的州際公路?！?09125205重交通量道路，包括大部分城市道路和大部分美國(guó)州際公路。專用道路如卡車稱重站和卡車專用道、爬坡道路等。第103頁/共149頁旋轉(zhuǎn)壓實(shí)參數(shù)不管實(shí)際道路的設(shè)計(jì)壽命多少，總以設(shè)計(jì)車道20年的預(yù)期交通量作為設(shè)計(jì)的ESALs。當(dāng)由公路部門自己規(guī)定和設(shè)計(jì)瀝青路面層厚度≥100mm，估計(jì)交通量ESALS≥0.3×106時(shí)，除非混合料是用于重要的干線交通，否則估計(jì)的設(shè)計(jì)交通量可以降一級(jí)。如果低于施工層厚的25%在路面表面100mm以內(nèi)時(shí)，這層考慮為100mm以下。當(dāng)設(shè)計(jì)ESALS在3～10×106之間時(shí)，公路部門可以根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蚝徒?jīng)驗(yàn)，自己判斷是否用N初始=7、N設(shè)計(jì)=75和N最大=115。第104頁/共149頁旋轉(zhuǎn)壓實(shí)機(jī)示意圖第105頁/共149頁旋轉(zhuǎn)壓實(shí)原理圖第106頁/共149頁Troxler旋轉(zhuǎn)壓實(shí)機(jī)第107頁/共149頁瀝青混合料設(shè)計(jì)方法馬歇爾方法：體積指標(biāo)：空隙率、礦質(zhì)集料間隙率、瀝青填隙率（飽和度）。力學(xué)指標(biāo)：穩(wěn)定度、流值、殘留穩(wěn)定度。Superpave方法：體積指標(biāo)：空隙率（壓實(shí)度）、礦質(zhì)集料間隙率、瀝青填隙率（飽和度）、粉膠比第108頁/共149頁瀝青混合料設(shè)計(jì)方法ASTMD1559：“使用馬歇爾設(shè)備測(cè)定瀝青混合料抗塑性流動(dòng)能力”，可見馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)主要用于考察瀝青混合料的抗高溫變形能力。大量的研究成果表明，瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度和流值與瀝青混合料的高溫性能并不相關(guān)，馬歇爾穩(wěn)定度和流值指標(biāo)也并不能反映瀝青混合料的抗高溫變形能力。一些按常規(guī)設(shè)計(jì)的密級(jí)配瀝青混合料，其馬歇爾穩(wěn)定度大于10kN是相當(dāng)普遍的現(xiàn)象，但其抗車轍能力并不一定好。相反，瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA）的馬歇爾穩(wěn)定度一般并不高，但抗高溫變形的能力卻很出色。第109頁/共149頁馬歇爾擊實(shí)法的局限性與路面設(shè)計(jì)相關(guān)性不好；不能精確的判斷不同交通量對(duì)瀝青混合料的技術(shù)指標(biāo)要求；試件成型方法不能模擬行車壓實(shí)；不能預(yù)測(cè)路面是否會(huì)出現(xiàn)早期破壞。第110頁/共149頁旋轉(zhuǎn)壓實(shí)機(jī)（SGC）1939年：德州公路部研究并開發(fā)了第一代手動(dòng)的旋轉(zhuǎn)壓實(shí)機(jī)；1946年：德州公路部對(duì)旋轉(zhuǎn)壓實(shí)機(jī)的技術(shù)要求和方法進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化；50年代：JohnL.McRae與美國(guó)陸軍工兵部隊(duì)的工程師一起，根據(jù)德州公路部旋轉(zhuǎn)壓實(shí)機(jī)的原理，開發(fā)了“旋轉(zhuǎn)搓揉壓實(shí)機(jī)”，并于1957年申請(qǐng)了專利；90年代初：研制了SHRP旋轉(zhuǎn)壓實(shí)機(jī)。第111頁/共149頁室內(nèi)壓實(shí)效果與現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)的關(guān)系

——美國(guó)SHRP的結(jié)論壓實(shí)設(shè)備最接近現(xiàn)場(chǎng)鉆芯取樣（％）德州旋轉(zhuǎn)壓實(shí)45鋼輪碾壓25搓揉壓實(shí)23標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾擊實(shí)7第112頁/共149頁旋轉(zhuǎn)壓實(shí)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)壓實(shí)機(jī)中體現(xiàn)了搓揉作用，能較好的模擬混合料的現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)；旋轉(zhuǎn)壓實(shí)機(jī)試驗(yàn)精度和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)自動(dòng)化程度較高；不僅可以評(píng)價(jià)密實(shí)過程中某一點(diǎn)的壓實(shí)情況，還可以評(píng)價(jià)瀝青混合料在整個(gè)服務(wù)期間的密實(shí)特征。第113頁/共149頁SHRP旋轉(zhuǎn)壓實(shí)機(jī)的特點(diǎn)模擬實(shí)際路面在特定的氣候和交通條件下的壓實(shí)適用于最大粒徑50mmSuperpave體積設(shè)計(jì)測(cè)量壓實(shí)性用于現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制和質(zhì)量保證第114頁/共149頁旋轉(zhuǎn)壓實(shí)參數(shù)對(duì)壓實(shí)效果的影響旋轉(zhuǎn)角：角度越大，壓實(shí)越快；空隙率隨旋轉(zhuǎn)壓實(shí)角度增加而遞減。豎直壓力：豎直壓力越大，壓實(shí)越充分；空隙率隨豎直壓力增加而線性遞減。旋轉(zhuǎn)速率：旋轉(zhuǎn)壓實(shí)速率對(duì)體積特性影響最小。第115頁/共149頁壓實(shí)瀝青混合料

——體積與質(zhì)量的關(guān)系圖第116頁/共149頁條件處理瀝青混合料（短期老化）瀝青混合料在盛樣盤中的厚度25mm～50mm老化試驗(yàn)溫度瀝青混合料壓實(shí)溫度±3℃老化時(shí)間2小時(shí)±5分鐘當(dāng)集料的吸水率大于2%時(shí)，老化時(shí)間為4小時(shí)每60±5min攪拌一次第117頁/共149頁評(píng)價(jià)試驗(yàn)混合物確定試驗(yàn)混合料的體積要求計(jì)算每一個(gè)試驗(yàn)混合料在N設(shè)計(jì)的空隙率（Va）和礦料間隙率（VMA）估算每個(gè)壓實(shí)試件達(dá)到4%空隙率的體積性質(zhì)確定在N設(shè)計(jì)的平均空隙率差△Va估算Va為4%時(shí)的Pb變化估算由△Va引起的VMA的變化計(jì)算在N設(shè)計(jì)和Va為4%時(shí)的VMA估算Va為4%時(shí)的試件在N初始相對(duì)密度估算有效瀝青結(jié)合料含量計(jì)算集料的有效比重，估算有效結(jié)合料的百分率和礦粉-結(jié)合料比將試驗(yàn)混合料的體積特性與標(biāo)準(zhǔn)比較，并選擇一個(gè)最好的第118頁/共149頁計(jì)算在N設(shè)計(jì)的Va和VMA式中：Gmb=瀝青混合料試件的毛體積密度；Gmb=瀝青混合料試件的理論最大密度；Ps=瀝青混合料中集料百分率；Gsb=合成集料的毛體積密度。第119頁/共149頁確定在N設(shè)計(jì)的△Va確定在N設(shè)計(jì)的平均空隙率差△Va：第120頁/共149頁估算Va為4%時(shí)的Pb變化△Pb=-0.4（△Va）第121頁/共149頁估算由△Va引起的VMA的變化由于Pb變化使得壓實(shí)瀝青混合料試件的毛體積密度變化，從而影響VMA若△Va＞4.0

△VMA=0.2（△Va）若△Va＜4.0

△VMA=-0.1（△Va）第122頁/共149頁計(jì)算在N設(shè)計(jì)和Va為4%時(shí)的VMA

VMA設(shè)計(jì)=VMA試驗(yàn)+△VMA式中：VMA設(shè)計(jì)=在設(shè)計(jì)空隙率為4%時(shí)的VMAVMA試驗(yàn)=在初試瀝青結(jié)合料含量下的VMA第123頁/共149頁估算Va為4%時(shí)的試件在N初始相對(duì)密度式中：%Gmm初始=在N初始時(shí)調(diào)整瀝青含量后的相對(duì)密度；hd=在N設(shè)計(jì)后試件的高度，mm；hi=在N初始后試件的高度，mm。第124頁/共149頁估算有效瀝青結(jié)合料含量式中：Pbeest=估算的有效結(jié)合料含量；Ps=集料含量；Gb=結(jié)合料的密度；Gse=集料的有效密度；Gsb=合成集料的毛體積密度；Pbest=估算的結(jié)合料含量。第125頁/共149頁計(jì)算礦粉-結(jié)合料比式中：P0.075=0.075mm篩的通過率。第126頁/共149頁第127頁/共149頁選擇最合適的設(shè)計(jì)集料結(jié)構(gòu)確定符合混合料體積特性要求的級(jí)配從符合體積特性要求的級(jí)配中選擇一個(gè)最好的所有試驗(yàn)級(jí)配都不符合要求時(shí)，重復(fù)上述過程第128頁/共149頁選擇設(shè)計(jì)瀝青用量用選定的集料級(jí)配，在估算瀝青用量、估算瀝青用量±0.5%、估算瀝青用量+1.0%等四個(gè)用油量下準(zhǔn)備復(fù)份混合料條件處理混合料，壓實(shí)混合料到N設(shè)計(jì)并記錄每次壓實(shí)的試件高度測(cè)定壓實(shí)試件的毛體積比重測(cè)定松散試樣的理論最大比重確定在N設(shè)計(jì)、空隙率為4%時(shí)的設(shè)計(jì)結(jié)合料用量計(jì)算的最大相對(duì)密度百分率與N初始比較制備復(fù)份試件以確認(rèn)在N最大時(shí)的相對(duì)密度是否滿足要求第129頁/共149頁在多個(gè)瀝青用量下壓實(shí)設(shè)計(jì)集料結(jié)構(gòu)制備復(fù)份設(shè)計(jì)集料結(jié)構(gòu)試樣條件并壓實(shí)試件到N設(shè)計(jì)確定壓實(shí)試件的毛體積密度確定每一組混合料試樣的理論最大密度第130頁/共149頁選擇瀝青用量計(jì)算在N設(shè)計(jì)時(shí)的Va、VMA（前述）計(jì)算VFA：第131頁/共149頁選擇瀝青用量計(jì)算礦粉-結(jié)合料比：式中：Pbe=有效結(jié)合料含量第132頁/共149頁選擇瀝青用量確定每一組混合料試件在N初始時(shí)修正的平均相對(duì)密度：第133頁/共149頁選擇瀝青用量——示例

（在N設(shè)計(jì)時(shí)的體積參數(shù)）Pb（%）Va（%）VMA（%）VFA（%）GN設(shè)計(jì)（kg/m3）4.39.515.940.323204.87.014.752.423665.36.014.959.523725.83.713.973.52412第134頁/共149頁選擇瀝青用量——示例

（繪制在N設(shè)計(jì)體積參數(shù)與瀝青用量間的關(guān)系曲線）第