Superpave沥青混合料设计方式探讨.docx
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Superpave沥青混合料设计方式探讨
Superpave沥青混合料设计方式探讨
摘要:
Superpave沥青混合料设计方式是一种新型的混合料设计方式,从目前国内的应用来看,它较传统的马歇尔设计方式沥青混合料性能有较大的改善,有效的避免了沥青路面初期损害的发生。
本文以实验为基础,依据Superpave沥青混合料设计实例对其探讨,以求指导路面设计与施工。
关键词:
Superpave青混合料设计期损害计实例
前言
1987年美国公路战略研究计划(SHRP)进行一项为期五年耗资5000万美元的沥青课题研究,旨在制定一个新的沥青和沥青混合料规范、实验、设计方式和评价体系。
SHRP沥青课题的最终研究功效称为Superpave,即高性能沥青路面,包括胶结料规范、混合料设计体系和混合料性能分析方式。
美国联邦公路局(FHWA)负责推行Superpave,并取得了AASHTO的全力支持。
至1998年,除加州和内华达州,在其余各州新的胶结料性能规范已全面取代了针入度规范和粘度规范,美国有近40个州采用Superpave混合料设计方式取代马歇尔混合料设计方式。
目前我国的Superpave技术的引进和应用较为普遍,国内许多单位都纷纷购买购买和采用Superpave体系的设备和仪器,Superpave沥青胶结料规范和混合料设计规范在许多项目中已被应用。
从实际路面运营的效果来看,其展现出比传统的AC类沥青混合料很多性能上的优势,有效的避免了沥青路面初期损害的发生。
本文基于已有的研究,以实验为基础,依据Sup20改性沥青混合料配合比设计实例对Superpave混合料设计方式进行探讨。
1Sup20改性沥青混合料设计实例
集料技术性质实验
实验选用石料为石灰岩石料、沥青为科氏161SBS改性沥青,依据Superpave设计要求,进行了集料技术性质实验,结果如下表所示:
表1-1集料技术性质实验结果汇总表
实验项目
实验值
设计标准
Superpave技术标准
集料
认同特性
粗集料棱角性(%)
100
/
≥100%
细集料棱角(%)
/
>45%
扁平颗粒(%)
≤15
<10%
砂当量(%)
≥70
>60%
集料
料源特性
牢固性(%)
≤30
<35~45%
安宁性(%)
≤12
<10~20%
注:
对于集料的料源特性,Superpave技术标准无具体要求,表中列出的标准为推荐值。
设计集料结构的选择
1)初选级配
依据Superpave设计的一般方式,在选择集料结构时,第一调试选出粗、中、细三个级配,按照集料的性质(密度和吸水率)计算出三个级配的初始用油量。
然后用初始用油量成型试件。
按如实验结果,计算出这三个级配的沥青混合料在间隙率为4%时所需的沥青用量及相应的沥青混合料性质,如矿料间隙率(VMA)、饱和度(VFA)、矿粉与有效沥青之比(F/A)、初始旋转次数的压实度(%Gmmatin)等。
图1-1为三种初选级配的曲线图,表1-2为估算沥青用量汇总表。
图1-1三种初选级配曲线图
表1-2估算沥青用量汇总表
实验级配
Gsb
(g/cm3)
Gsa
(g/cm3)
Gse
(g/cm3)
Vba
Vbe
Ws
Pbi
(%)
1
2
3
表中:
Gsb––––级配集料毛体积密度;
Gsa––––级配集料表观密度;
Gse––––级配集料有效密度;
Vba––––集料吸收的沥青胶结料体积;
Vbe––––有效沥青胶结料的体积;
Ws––––每立方厘米混合料中集料质量;
Pbi––––估算沥青用量。
2)三种实验级配评价
按照各个级配的估算沥青用量和设计经验,拟用%的沥青用量采用旋转压实仪成型试件,旋转压实仪设定的单位压力为。
按照交通量数据并考虑到工程施工实际的压实条件,选择压实次数N最初=8次,N设计=100次,N最大=160次。
按照Superpave的设计标准,在进行估算用油量成型试件时,将旋转压实次数设定在N设计,本次实验为N设计=100次,估算沥青用量下各级配旋转压实实验结果汇总于表1-3。
表1-3三种级配估算沥青用量实验结果评价表
级配
4%间隙率
沥青用量(%)
VMA(%)
(设计次数)
VFA(%)
(设计次数)
粉胶比
初始次数
压实度(%)
1
2
3
Superpave标准
不小于
65~75
~*
≤
注:
*表示当级配通过禁区下方,粉胶比可增加到~。
由上表数据可知级配一、级配2和级配3均知足Superpave设计要求,考虑到压实特性和工程实际的沥青用量,本次设计选择级配1为设计级配。
3)选择设计级配的沥青用量
设计级配肯定后由表1-3并按照设计经验,取Pb为%,四个沥青用量别离为:
%、%、%、%。
在进行肯定选择级配沥青用量的实验时,压实次数应设定在N设计,本次N设计=100次。
实验结果如表1-4所示:
表1-4四种沥青用量沥青混合料体积性质
沥青用量
(%)
在压实次数时
矿粉/有效沥青比例
初始压实度(%)
压实度(%)
(设计次数)
VMA(%)
VFA(%)
Superpave
标准
≥13
65~75
~
≤89
按照四个沥青用量混合料的体积性质,通过图表插值法能够取得设计沥青用量为%及其对应的体积性质。
4)设计沥青用量混合料体积性质验证
经以上分析设计结果取沥青用量为%,采用沥青用量%成型试件,验证%的沥青用量在压实次数设定在N最大时对应的体积性质指标(N最大=160次),实验结果见表1-5:
表1-5设计沥青用量验证明验结果表
沥青用量(%)
在压实次数时
F/A
初始压实度(%)
最大压实度(%)
压实度(%)
(设计次数)
VMA(%)
VFA(%)
Superpave标准
≥13
65~75
~*
≤89
≤98
注:
*表示当级配通过禁区下方,粉胶比可增加到~。
通过以上四个部份的实验和分析,咱们即可肯定级配1为设计级配,配合比为1#:
2#:
3#:
4#:
矿粉=21:
:
14:
25:
,设计沥青用量为%,设计沥青用量下沥青混合料各项体积指标均知足设计要求。
2结语
自Superpave沥青混合料设计方式在我国实践以来,能够说对道路界是一场新思想的变革,Superpave沥青混合料结构经实践证明较咱们传统的密实悬浮类混合料的抗车辙性能有了明显的改善,这一设计方式的最大亮点即为引用了混合料的体积性质作为设计的关键标准,同时旋转压实的成型工艺也较传统的马歇尔击实的成型方式更能模拟实际路面车轮的搓揉作用。
但作为一种新的设计方式,咱们要用一分为二的观点来看问题,这一设计方式还有许多方面需要咱们去研究探讨,例如:
在混合料配合比设计中只是单一的以体积指标为标准,并无引入力学性能指标这是不是适合,另外由于Superpave混合料采用的级配较粗,从目前国内已修筑的Superpave路面来看渗水系数过大的路段较多。
Superpave混合料级配设计中的限制区对于我国现有的石料性质还需要进一步的实验验证。
相信通过大量的研究,咱们会对Superpave有加倍深层次的熟悉和改良,从而有利于提高沥青混合料质量,为公路事业做出奉献。
参考文献
[1]余叔藩译,《Superpave水准I沥青混合料设计》,交通部重庆公路科学研究所,
[2]中华人民共和国行业标准,《公路工程沥青和沥青混合料实验规程》(JTJ052-2000),人民交通出版社,2000
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