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1、美国SHRP计划 Superpave沥青混合料设计方法 主讲人：张起森 教授、博导 2012年3月 一、SHRP简介 （Strategic Highway Research program） SHRP是美国国会1987年批准的为期五年 (19871993）的研究项目，耗资一亿五千万 美元（按当时汇率换算约占13.5亿人民币） 。由美国国家科学研究院(NRC)管理，由联邦 公路局（FHWA）和美国州公路和运输工作者 协会（AASHTO）合作完成。 主要研究内容四个： 公路运营 混凝土与结构 沥青（研究经费，5000万美元） 路面长期性能 取得主要成果130多项，1991年11月美国联 邦政府又拨
2、款一亿零八百万美元，作为成 果推广及路面长期性能（LTPP）观测的研 究经费，所以整个SHRP的经费达到二亿伍 仟八百万美元（约合人民币23.32亿元） 主要研究内容有六个 沥青胶结料和混合料的路用性能规范 沥青胶结料性能试验 沥青混合料的加速性能试验 沥青水敏感性 沥青样品准备和条件 沥青炼制指南及沥青成分分析技术。 二、沥青研究的主要内容 沥青研究项目总经费5千万美元（约4.5亿人民 币），整个SHRP经费的1/3。有世界各国30个 多个单位参加，经世五年时间取得22项成果， 其中superpave混合设计方法就是其中最重要 的成果之一。 SHRP沥青研究主要任务有三个： *制定以路面性能
3、为基础的沥青胶结料规范； *制定混合料设计规范； *将沥青的物理、化学性质、沥青混合料的性 质与路用性能联系起来，并进行验证。 三、沥青胶结料性能规范 特点： *沥青的相关指标直接与现场性能建立联系；以路 面温度（最高、最低温度）作为沥青分级的依据； *研究了一套全新的试验设备（旋转压实仪SGC）， 动力剪切流变仪（DSR），弯曲梁流变仪（BBR）, 直接拉力仪（DDT）等。 *适用于普通沥青和改性沥青。 Superpave结合料性能分级规范见下表 沥青使用性能等级PG 46PG 52 34404610162228344046 平均7天最高路面设计温度a4652 最低路面设计温度a 34404
4、610162228344046 初始结合料 闪点温度，T48：最小 a 230 粘度，ASTM D4402：b 最大，3pas， 试验温度， 135 动态剪切，TP5：c G*/sin，最小1.00kpa 试验温度 10rad/s/， 4652 R T F O T (T 240) 或 T F O T （T179） 残 留 沥 青 质量损失，最大，% 1.00 动态剪切，TP5： G*/sin，最小，2.20kpa 试验温度 10rad/s/， 4652 P A V 残 留 沥 青 （ P P 1） PAV老化温度，d9090 动态剪切，TP5： G*sin，最大5000kpa 试验温度 10r
5、ad/s/, 10742522191613107 物理硬化指数e 报 告 蠕变劲度，TP1：f S，最大，300MPa， m值，最小，0.300 试验温度 60s ， 243036061218243036 直接拉伸，TP3：f 破坏应变，最小，1.0% 试验温度1.0mm/min， 243036061218243036 沥青使用性能等级PG 58PG 64 1622283440101622283440 平均7天最高路面设计温度a58 64 最低路面设计温度a 1622283440101622283440 初始结合料 闪点温度，T48：最低 230 粘度，ASTM D4402：b 最大，3pas
6、， 试验温度， 135 动态剪切，TP5：c G*/sin，最小1.00kpa 试验温度 10rad/s/， 58 64 R T F O T (T 240) 或 T F O T （T179） 残 留 沥 青 质量损失，最大，%1.00 动态剪切，TP5： G*/sin，最小，2.20kpa 试验温度 10rad/s/， 58 64 P A V 残 留 沥 青 （ P P 1） PAV老化温度，d100 100 动态剪切，TP5： G*sin，最大5000kpa 试验温度 10rad/s/, 2522191613312825221916 物理硬化指数e 报 告 蠕变劲度，TP1：f S，最大，3
7、00MPa， m值，最小，0.300 试验温度 60s ， 6121824300612182430 直接拉伸，TP3：f 破坏应变，最小，1.0% 试验温度1.0mm/min， 6121824300612182430 沥青使用性能等级PG 70PG 76 1016222834401016222834 平均7天最高路面设计温度a7076 最低路面设计温度，a 10 16 22 28 34 40 10 16 22 28 34 初 始 结 合 料 闪点温度，T48：最低 230 粘度，ASTM D4402：b 最大，3pas， 试验温度， 135 动态剪切，TP5：c G*/sin，最小1.00kp
8、a 试验温度 10rad/s/， 7076 R T F O T (T 2 4 0) 或 T F O T （T 1 7 9） 残 留 沥 青 质量损失，最大，%1.00 动态剪切，TP5： G*/sin，最小，2.20kpa 试验温度 10 rad/s/， 7076 P A V 残 留 沥 青 （P P 1） PAV老化温度，d100（110）100（110） 动态剪切，TP5： G*sin，最大，5000kpa 试验温度 10rad/s/, 3431282522193734312825 物理硬化指数e 报 告 蠕变劲度，TP1：f S，最大，300MPa， m值，最小，0.300 试验温度 6
9、0s ， 061218243006121824 直接拉伸，TP3：f 破坏应变，最小，1.0% 试验温度1.0mm/min， 061218243006121824 沥青使用性能等级PG 82 1016222834 平均7天最高路面设计温度a82 最低路面设计温度，a1016222834 初 始 结 合 料 闪点温度，T48：最低 230 粘度，ASTM D4402：b 最大，3pas， 试验温度， 135 动态剪切，TP5：c G*/sin，最小1.00kpa 试验温度 10rad/s/， 82 R T F O T (T 2 4 0) 或 T F O T （T 1 7 9） 残 留 沥 青 质
10、量损失，最大，%1.00 动态剪切，TP5： G*/sin，最小，2.20kpa 试验温度 10 rad/s/， 82 P A V 残 留 沥 青 （P P 1） PAV老化温度，d100（110） 动态剪切，TP5： G*sin，最大，5000kpa 试验温度 10rad/s/, 4037343128 物理硬化指数e 报 告 蠕变劲度，TP1：f S，最大，300MPa， m值，最小，0.300 试验温度 60s ， 06121824 直接拉伸，TP3：f 破坏应变，最小，1.0% 试验温度1.0mm/min， 06121824 表中，沥青性能等级是按PG（performance grade
11、）进 行分级的。如PG6422，前面一个数字为“路面高温 等级”，后一数字为“空气低温等级”。对于PG64 22等级的沥青，可以满足路面最高温度（距路表2cm， 统计年份七天平均最高路面设计温度（）64的 物理特性要求；同样，可满足一年一天最低的空气温 度22的要求。 Superpave 结合料分为七级，每级温差6，见表， 高温等级（）低温等级（） PG 4634 40 46 5210 16 22 28 34 40 46 5816 22 28 34 40 6410 16 22 28 34 40 7010 16 22 28 34 40 7610 16 22 28 34 8210 16 22 28
12、 34 其中，PG76和PG82只适用于慢速或长期荷载（如 交叉口附近），或有超重载货车交通流的路段设计。 Superpave结合料规范取代了在固定温度进行试 验而改变试验规定值要求的传统做法，采用了试验要 求值是固定的，而达到此规定值的温度是变化的（根 据当地温度而定）。 Superpave 结合料规范解释如下： 沥青使用性能等级 PG 52PG 58 101622283440461622 7d平均路面最高设计温度5258 最低路面设计温度 10 16 22 28 34 40 46 16 22 原 始 结合料 闪点温度，T48：最小 230 粘度，ASTM D4402： 最大，3pas，（3
13、000cp） 试验温度， 135 动态剪切，TP5： G*/sin，最小1.00kpa 试验温度（） 5258 规范要求保持常量 改变试验温度 沥青使用性能等级 动态剪切，TP5： G*/sin，最小1.00kpa 试验温度, 10rad/s/， 旋转薄膜烘箱（T240） 质量损失，最大，% 动态剪切，TP5 G*/sin，最小，2.20kpa 试验温度 10rad/s/， 控制路面车辙而定的指标 PAV路面老化温度， 动态剪切，TP5： G*sin，最大5000kpa 试验温度，10rad/s/, 物理硬化指数e 蠕变劲度，TP1： S，最大，300MPa， m值，最小，0.300 试验温度
14、 60s ， 直接拉伸，TP3： 破坏应变，最小，1.0 % 试验温度，1.0mm/min， 为控制疲劳开裂而设定的指标 低温开裂控制指标标 路面最常见的 破坏现象 提出三个控制路面性能的指标： 永久变形（车辙） 疲劳开裂 低温（热）开裂 温度的确定： superpave搜集了美、加7500个气象的天气信息 数据库，多于20年的时间，计算七天平均最高气温 平均值和标准差；同样也计算每年一天最低气温和 七天平均最高气温平均值和标准差。 路面最高温度：路表以下20mm的温度，计算公式： 式中： 位于20mm深度处的最高路面设计温度； 七天平均最高气温，； 项目的地理纬度，度。 对于最低路面设计温度
15、计算公式为(加拿大提出)： 平均年最低气温， ； Superpave结合料规范的另一个特点，模拟结合料寿 命期三个临界阶段进行沥青结合料试验： * 第一阶段：原始沥青试验代表运输储存和 装卸阶段的性质； * 第二阶段：老化沥青(RTFO)试验代表拌合 铺筑过程中的沥青； * 第三阶段：物理硬化后的沥青(PAV)试验代 表热拌沥青铺筑后的长期老化阶段。 Superpave结合料试验设备和目的见下表 设备目的 旋转薄膜烘箱（RTFO） 压力老化箱（PAV） 模拟结合料老化（施工、储运过程） 模拟路面服务期老化（硬化，使用过程） 动力剪切流变仪（DSR） 测试结合料高温和中温性能，测定复数剪切 模量G*和相位角，确定车辙因子 G*/sin(注1)，G*sin确定疲劳因子 旋转粘度仪（RV） 测定结合料高温性能(135，旋转粘
