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1、第二章 高性能沥青路面,1987年，美国国家研究理事会 确立了一个耗资15亿美元的研究项目 美国公路战略研究计划(SHRP)， 历时5年， 提出了一套全新的沥青混 合料设计方法， 即Superpave Superior performing Asphalt Pavements混合料设计 体系。,它由沥青胶结料规范、 混合料设计和分析体系、 计算机软件系统3个部分组成， 研究成果共21项：沥青胶结料10项， 混合料体积设计3项， 混合料分析和性能预测8项。,Superpave是20世纪90年代沥青路面科研和设计方面突破性的成就，已在世界范围内引起了广泛关注，对世界道路建设产生了重要的影响。许多国
2、家都在学习和借鉴这一成果，包括我国在内。,第一节 Superpave沥青混合料设计,沥青混凝土(有时称为“热拌沥青混凝土”或简称“HMA”) 由沥青胶结料和矿质集料组成的铺路材料。 其中，沥青胶结料(即沥青或改性沥青)起： （1）防水（使混合料具有防渗功能） （2）粘结作用（使矿料粘结在一起）。 矿质集料构成混合料的骨架。,一.Superpave对沥青路用性能的试验方法,影响沥青路用性能的主要因素： 温度 加载速率 老化程度 不同温度、不同的老化阶段、不同加载时长的情况下性能有很大差别。 （其中，加载速率对沥青性能（主要是沥青劲度）的影响可用温度来模拟：缓慢的加载可用低温来模拟，快速加载可用高
3、温来模拟。）,Superpave胶结料规范的精髓在于，它是在模拟胶结料寿命期3个重要阶段的情况下进行沥青胶结料试验的。 （1） 用原样沥青进行的试验，代表运输、储存和装卸的第一阶段； （2） 第二阶段代表在拌和铺筑过程中沥青的老化，Superpave的胶结料“规范”借助于旋转薄膜烘箱中老化胶结料的方法进行模拟。 （这种方法是将胶结料薄膜暴露于热和空气中，相当于在热拌过程中、运输中和摊铺时的胶结料老化.）,（1） 三阶段则体现了作为热拌沥青路面部分的胶结料的长期老化过程，“规范”中用压力老化箱模拟这一阶段，将沥青试样暴露于热和压力条 件下来模拟路面服务期间的老化。,Superpave 胶结料试验
4、设备及目的,旋转薄膜烘箱-模拟胶结料施工期的老化特性 动态剪切流变仪-测试胶结料高温和中温性能 旋转粘度仪-测试胶结料高温性能 弯曲梁流变仪、直接拉伸试验机-测试胶结料低温性能,旋转式簿膜烘箱（RTFO）-模拟施工期的老化,压力老化容器（PAV）试验-模拟路面使用期的老化,旋转式粘度计（RTV）试验- 保证沥青在泵送和拌和时具有足够的流动性。,弯曲梁流变仪（BBR）试验-主要测定沥青的蠕变劲度（S）和沥青劲度变化率（m）,直接拉伸试验（DTT）-检验低温性能,沥青胶结料的选择,Superpave沥青等级 Superpave 气候数据库 可靠性 原始气温 路面温度的转化 选择胶结料的等级 荷载等
5、级对胶结料选择的影响 交通等级对胶结料选择的影响,PG (Performance Grade) PG 64-22,性能分级,七天平均 最高路面 设计温度,最低路面 设计温度,一般的Superpave等级,Superpave气候数据库 Superpave软件提供美国和加拿大6500个观测站的温度数据库，设计人员可以根据所在地区的温度选择胶结料的等级。 每个观测站根据观测结果，计算7天最高温度的区间及对应的温度的平均值，通过对所有这些观测计算的平均值和标准差计算分析； 同样，可以计算最低温度的平均值和标准差。,可靠性 Superpave设计系统中，可靠性指某一年的实际温度不超过设计温度的百分率。S
6、uperpave设计系统提供不同的可以采用的高温和低温的可靠度水平。,路面最高温度的转化 在Superpave路面设计体系中，在路面下20mm的路面最高设计温度按下式计算： 式中：T20mm-路面下20mm的路面最高设计温度； Tair最高7天的温度的平均值； Lat工程所处的纬度，。,路面最低温度 路面最低温度的转化 有两种确定路面最低温度的方法，第一，路面最低温度简单地假定与最低气温相同，这种方法最初由SHRP研究人员提出，这是一种很保守的假定，因为在冬天，路面的温度高于气温。第二用以下由加拿大研究人员提出的方法： 式中：Tmin-路表的最低设计温度； Tair最低温度的平均值。,荷载等级
7、对胶结料选择的影响 A:SHRP胶结料选择方法假定路面承受快速移动荷载。 B:动态剪切流变仪的荷载变化速率是10转/分，对应的汽车速度为90Km/h.小的旋转速度对交叉口和收费站比较合适, 有些情况须按静止荷载设计，则胶结料必须具有高的劲度以抵抗材料的蠕变。 C:为了满足以上特殊情况，胶结料必须至少提高一到二个等级。 D:如果基于温度的胶结料等级为PG64-22，为了减少低速荷载对路面的破坏，设计的胶结料等级应该为PG70-22，对静止荷载，设计的胶结料等级应该为PG76-22， E:荷载速率对低温等级没有影响。,交通等级对胶结料选择的影响 Superpave的胶结料等级必须考虑交通等级。 当
8、设计的交通等级超过107的当量单轮荷载（ESWL），设计人员必须将胶结料提高一个等级,二.Superpave对集料的要求,集料的特性： （1）集料的共同特性 粗集料的棱角性； 细集料的棱角性 集料的针片状含量； 含泥量 （2）岩石特性 坚固性 安定性 风化颗粒 级配,粗集料棱角性 粗集料棱角是指留在4.75mm筛上有一个或二个破碎面集料的质量百分比 破碎面的定义为破碎面的投影面积与该颗粒最大横截面积之比大于25%时称为破碎面 这一特性主要是为了保证混合料具有较高的内摩擦角和抵抗永久变形的能力,细集料棱角性： 细集料棱角性指小于2.36mm的松压集料的空隙率 细集料的这一特性主要是为了保证混合料
9、具有较高的内摩擦角和抵抗永久变形的能力。,细集料棱角性试验： 高的空隙率表明 其棱角性较好。,集料的针片状含量： 集料的针片状指粗集料的长边与短边之比大于5的颗粒的百分率（质量比）。 它主要对大于4.75mm的粗集料进行试验。,含泥量 小于4.75mm的细集料中粘粒质量占集料总质量的百分率，用砂当量表示。,岩石特性-坚固性 集料的坚固性通过洛杉矶磨耗试验进行测定。 它表征在施工、运输、车轮碾压过程中集料抵抗磨损的能力。 它测定大于2.36mm颗粒在试验过程中的磨耗性能。最大容许值约为35-45%。,岩石特性-安定性 安定性是指集料在硫酸钠或硫酸镁溶液中浸泡损失的百分率，用来估计集料在路用服务过
10、程中抵抗风化的能力，最大损失值通常在10-20之间变化 。,岩石特性-风化颗粒 风化颗粒定义为易风化材料在集料混合物中的质量百分率，风化材料包括：页岩、树木、云母和木炭。 可以采用粗集料和细集料水洗筛分分析，其要求值可在0210之间变化，主要取决于风化颗粒的确切组成成分。,集料级配,集料公称最大尺寸：第一筛余大于10%的筛子尺寸的上一级筛子尺寸。 集料最大尺寸：大于集料公称最大尺寸的筛子尺寸。,Superpave 级配标准,说明 Superpave采用了对原来方法改进的级配方法，它采用0.45次方级配图来规定容许级配。 其纵坐标为集料的通过百分率，横坐标是以mm为单位的粒径的计算刻度，它是粒径
11、的0.45次方。 在横坐标上不绘制粒径的 0.45次方的值，而是直接绘制粒径值。 (见下图）,Superpave设计集料结构必须从级配控制点之间通过并避开禁区(见下图)。禁区为最大密度线附近0.3-2.36mm范围不希望级配通过的区域。 禁区的范围在中间粒径（2.36mm或4.75mm）与0.3mm之间的最大密度线附近，这一范围级配曲线不能通过。通过禁区的级配在大多数情况下，细砂的含量较高，通常不具有适合的矿质集料空隙（VMA），这种混合料对沥青用量很敏感，且往往难以压实，抵抗永久变形的能力低。,三.Superpave沥青混合料设计步骤,根据工程所在地区的气候和交通条件，首先选择沥青性能等级。
12、Superpave沥青胶结料有一个高温和一个低温等级，采用的沥青的性能等级必须满足这个性能等级的要求。 根据交通量和集料使用层位，选择满足共同特性和岩石特性要求的集料。,使用Superpave旋转压实机评价至少三种试验级配，每种级配要准备四个试件，两个用于压实，两个用于测量最大理论密度 分析混合料体积性质并与Superpave混合料设计标准进行比较，只要符合标准，就可选为设计集料结构。,确定沥青含量：采用设计集料结构变化沥青含量，使得到的混合料的体积特性与压实性质符合Superpave标准。 评价设计混合料的水敏感性：可采用T283试验以评价设计混合料的水敏感性是否满足要求。,（首先将试件压实到约为7的空隙率，将一组3个试件作为对比试件，而另一组3个试件为条件试件，将条件试件进行局部真空饱水，接着进行冰冻循环，然后在60C进行24h融化循环，对所有试件都进行试验（冻融劈裂试验）以确定其间接抗拉强度。水敏感性定义为条件试件的平均抗拉强度除以对比试件平均抗拉强度的比值(Superpave抗拉强度比，标准最小为80)。）,旋转压实特点简介,Superpave混合料试件采有旋转压实仪制作，压实方式更接近现场压实条件，压实次数根据设计交通量确定，混合料的拌和温度和试件的碾压温度均根据规定的粘度值由沥青的粘温曲线确定。,
