第14-講-美國Superpave設(shè)計方法-(一)

NCAT1第14講

美國Superpave

設(shè)計方法（一）NCAT2Superpave表示SuperiorPerformingAsphaltPavements，即高性能瀝青路面。

美國公路戰(zhàn)略研究計劃（SHRP）的背景SHRP的研究集中在瀝青膠結(jié)料、瀝青混凝土及結(jié)構(gòu)、道路運(yùn)營和長期路面性能等方面。Superpave簡介NCAT3NCAT4NCAT5Superpave體系設(shè)計混合料主要步驟●材料選擇●設(shè)計集料結(jié)構(gòu)的選擇●設(shè)計瀝青結(jié)合料含量的選擇●設(shè)計混合料的水敏感性評價NCAT6§1

材料選擇與級配范圍

一、材料選擇1、瀝青結(jié)合料的選擇

基于環(huán)境資料、交通水平及交通速度,即根據(jù)路面的最高和最低設(shè)計溫度和交通條件加以選擇。NCAT7—7d平均最高氣溫（一年的），℃

路面的最高設(shè)計溫度按下式計算：

計算出統(tǒng)計年限內(nèi)7d平均最高氣溫的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。不能采用低于20年記錄的氣象資料。NCAT8—

年最低氣溫，℃

路面的最低設(shè)計溫度按下式計算與計算7d平均最高氣溫的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差相似，計算出統(tǒng)計年限內(nèi)年最低氣溫（一天的溫度）的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。同樣，不能采用低于20年記錄的氣象資料。NCAT9可靠度思想

Superpave定義，可靠度是在一個單年中，實(shí)際溫度不超過設(shè)計溫度的概率。

如：美國某州夏季氣溫，在統(tǒng)計年限內(nèi)，具有平均7天最高氣溫32℃，標(biāo)準(zhǔn)差2℃，則在統(tǒng)計年限內(nèi)有50％的概率7天最高氣溫會超過32℃，然而，假定為正態(tài)概率分布，只有2％的概率7天最高值會超過36℃，因而如下圖所示，36℃的氣溫將提供98％（97.72％）的可靠度。對冬季條件可以采用類似方法，該州最低氣溫－21℃，標(biāo)準(zhǔn)差4℃，因而，在平均冬季，最低氣溫平均－21℃，最冷的冬季，氣溫會降至－29℃。NCAT10NCAT11選擇結(jié)合料的具體步驟（1）選擇荷載類型：快速。（2）確定路面設(shè)計溫度（以上述某州數(shù)據(jù)為例）①氣溫選擇：7天平均最高氣溫在最熱夏季此平均值可達(dá)36℃；最低氣溫－29℃。②路面溫度計算，該州緯度41.42°，代入上述公式計算，得到98％可靠度的路面設(shè)計溫度計算約為56℃和－23℃。（3）按路面溫度選擇結(jié)合料等級

①水平移動到最高路面設(shè)計溫度②向下移動到最低路面設(shè)計溫度

NCAT12表根據(jù)氣候、交通速度和交通量選擇結(jié)合料性能等級荷載最高路面設(shè)計溫度停車―――→28~3434~4040~4646~5252~5858~64慢速（50km/h）34~4040~4646~5252~5858~6464~70快速(100km/h)34~4646~5252~5858~6464~7070~76

最低路面設(shè)計溫度（℃）＞－10PG46－10PG52－10PG58－10PG64－10PG70－10PG76－10－10~

－16PG46－16PG52－16PG58－16PG64－16PG70－16PG76－16－16~

－22PG46－22PG52－22PG58－22PG64－22PG70－22PG76－22－22~

－28PG46－28PG52－28PG58

－28PG64－28PG70－28PG76－28－28~

－34PG46－34PG52－34PG58－34PG64－34PG70－34PG76－34－34~

－40PG46－40PG52－40PG58－40PG64－40PG70－40PG76－40－40~

－46PG46－46PG52－46PG58－46PG64－46PG70－46PG76－46地區(qū)阿拉斯加－加拿大美國北部加拿大美國北部美國南部美國西部、沙漠美國大陸慢速/重交通NCAT13

PG58－28表示的意義：指結(jié)合料將滿足高至58℃的高溫物理特性要求與低至－28℃的低溫物理特性要求?！?8”表示7天平均路面最高設(shè)計溫度，“－28”表示路面最低設(shè)計溫度。NCAT14NCAT152、集料的選擇（1）選擇依據(jù)：認(rèn)同特性和資源特性（2）認(rèn)同特性（ConsensusAggregateProperties）①粗集料棱角性：具有一個或多個破碎面的大于4.75mm集料的重量百分率。②細(xì)集料棱角性：小于2.36mm的未壓實(shí)集料的空隙百分率。③扁平、細(xì)長顆粒：具有最大與最小比值大于5的粗集料百分?jǐn)?shù)。④粘土含量：粘土含量是指在小于4.75mm篩孔的集料組成中所含粘土材料的百分?jǐn)?shù)。用砂當(dāng)量試驗(yàn)確定。

NCAT16NCAT17（3）資源特性是指堅固性、安定性和有害物質(zhì)。①堅固性：

堅固性是通過洛杉磯磨耗試驗(yàn)的集料混合物的質(zhì)量損失百分率。②安定性：

安定性是集料混合物通過硫酸鈉或硫酸鎂安定性試驗(yàn)的材料損失百分?jǐn)?shù)。

③有害物質(zhì)：

定義為在混和集料中的諸如粘土快、頁巖、木質(zhì)、煤等雜質(zhì)的質(zhì)量百分率。NCAT18二、集料級配范圍與集料結(jié)構(gòu)

NCAT19Example:4.75mmsieveplotsat(4.75)0.45=2.02SieveSize(mm)Raisedto0.45Power02040608010001234PercentPassing1．0.45PowerGradingChartNCAT201000

.07532.364.759.512.519.0PercentPassingcontrolpointrestrictedzonemaxdensitylinemaxsizenommaxsizeSieveSize(mm)Raisedto0.45Power2．ControlpointandrestrictedzoneNCAT213.SuperpaveAggregateGradation1000.075 .3 2.3612.5

19.0PercentPassingDesignAggregateStructureSieveSize(mm)Raisedto0.45PowerNCAT22“駝峰級配”通過限制區(qū)的級配稱為“駝峰級配”。大多數(shù)情況下，駝峰級配表明混合料中含有過量的細(xì)砂。該種級配在工程中常常引起混合料軟弱性狀。這種形狀在施工時難以壓實(shí)，運(yùn)營期抗永久變形能力減弱。這種混合料還會對瀝青用量過于敏感，使得混合料塑性變強(qiáng)。NCAT23§2瀝青混合料體積配比分析

NCAT24NCAT25NCAT26§3Superpave水準(zhǔn)1混合料設(shè)計

NCAT27開發(fā)幾種滿足Superpave級配要求的試驗(yàn)集料混合物（初擬若干條級配曲線）用試驗(yàn)混合物與瀝青混合并將瀝青混合料作短期烘箱老化壓實(shí)試件并分析試件的體積指標(biāo)根據(jù)試件的體積指標(biāo)選擇最佳的試驗(yàn)混合物作為設(shè)計集料結(jié)構(gòu)在幾種瀝青含量下壓實(shí)設(shè)計集料結(jié)構(gòu)的試樣以確定最佳設(shè)計瀝青含量NCAT28

試驗(yàn)設(shè)備旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀（SGC）NCAT29NCAT30NCAT31設(shè)計旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)Ndes

——設(shè)計瀝青用量在空隙率4％條件下產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)Nini——混合料密度小于最大理論密度89％的最大旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)，按以下公式確定Nmax——混合料密度小于最大理論密度98％或空隙率大于2％的最大旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)，可按以下公式確定：NCAT32設(shè)計ESALs(百萬次)7d平均最高氣溫<39℃39~40℃41~42℃43~44℃NiniNdesNmaxNiniNdesNmaxNiniNdesNmaxNiniNdesNmax<0.30.3-11-33-1010-3030-100＞100777889968768696109126143104117134152174204233778899107483951061211391581141291501691952282627788991078881001131281461651211381581812082402757889910108293105119135153172127146167192220253288Superpave設(shè)計旋轉(zhuǎn)壓實(shí)表NCAT33在級配范圍內(nèi)，通常選擇三種混合物

（1）一旦選定了試驗(yàn)混合物，有必要對混合集料特性進(jìn)行初步評價。包括四種認(rèn)同特性，集料的毛體積密度、表觀密度及集料的資源特性。

（2）然后，壓實(shí)試件，并確定每種試驗(yàn)混合物的體積特性。

選擇設(shè)計集料結(jié)構(gòu)NCAT34制件一、確定瀝青用量1、試驗(yàn)混合物的有效相對密度2、被集料吸收的瀝青結(jié)合料體積（單位體積的瀝青混合料中被集料吸收瀝青的體積）NCAT35Ws為“單位體積的瀝青混合料中礦料的質(zhì)量”式中:Pb—瀝青占混合料重量百分率，假定0.05；

Ps—集料占混合料重量百分率，則為0.95。NCAT363、有效瀝青結(jié)合料體積（單位體積的瀝青混合料試件中有效瀝青的體積）—集料混合料公稱最大尺寸（mm）4、初始試驗(yàn)瀝青結(jié)合料含量

NCAT37二、試件準(zhǔn)備與壓實(shí)

集料、瀝青結(jié)合料準(zhǔn)備

至少按2個試件準(zhǔn)備集料與瀝青結(jié)合料,瀝青混合料的重量按4800g計,試件尺寸為直徑150mm，高度115mm。拌和與壓實(shí)溫度確定：按粘溫曲線進(jìn)行，但使用改性瀝青時，要咨詢改性劑的生產(chǎn)廠家。瀝青加熱：將瀝青結(jié)合料加熱到要求的拌和溫度。集料及相關(guān)儀具加熱：將裝集料的盤放入烘箱中，溫度設(shè)置約比拌和溫度高約15℃。相關(guān)儀具同時加熱。將壓力鼓風(fēng)烘箱加熱到135℃，用于拌和后試樣的立即短期老化。NCAT382.混合料準(zhǔn)備

準(zhǔn)確稱取加熱集料，裝進(jìn)拌和鍋充分干拌，加進(jìn)所需瀝青用量拌和，待試樣拌和到集料被充分涂覆后，將混合料倒入平地淺盤攤開，然后將盤放進(jìn)