高性能沥青路面Superpave技术研究

摘要：文章对高性能沥青路面Superpave技术的设计方法进行了分析，并对高性能沥青路面施工中的关键技术进行了阐述。

关键词：高性能沥青路面，Superpave

中图分类号：U416.2文献标识码：Ａ

1前言

目前，交通量剧增，轮胎气压和轴载增加，以及环境和材料等方面都产生了很多新变化。大量实践证明马歇尔稳定度和流值与沥青路面的长期使用性能关系不显著，往往流值合格的沥青路面而高温车辙仍很严重。针对马氏沥青混合料设计中的种种缺陷，美国公路战略研究计划(SHRP)投资5000万美元,进行一项历时5年的沥青课题研究,寻求新的沥青和沥青混合料试验、设计方法,并制定新的规范。

2Superpave设计方法主要优点

2.1材料选择与评价

配制沥青混合料主要材料是集料与沥青。对于这两类材料, Superpave设计规范最基本的思想是根据道路所处的自然和交通条件来进行选择。对于集料,规范特别重视集料的棱角性要求。棱角性与交通量相挂钩,交通量越大,要求棱角性越好。对于针片状颗粒含量要求限制在10%以内。

对于沥青结合料的选择,即根据路面的最高温度与最低设计温度和交通条件加以选择。如路面最高温度为64℃,最低气温为-16℃,则可选择PG64-16等级的沥青,若交通量大于10x106,则高温还应该提高一个等级,即选择PG70-16。传统的混合料设计虽然也考虑当地温度,但往往比较粗略，或用70号沥青,或用90号沥青,没有更仔细地考虑。

2.2试件成型采用旋转压实仪

压实过程是一种搓揉运动,集料能够重新调整位置而获得密实,不会发生压碎损伤现象。同时在压实过程中仪器能够画出压实曲线,可以用来评价混合料的压实特性。旋转压实仪可以成型直径为150mm试件,因而对最大粒径25mm以上的混合料都能够适用。马歇尔试件采用锤击方式成型,只能成型直径为100mm的试件,压实方式为重锤击实,与现场施工压实有所差别,如碎石材料比较软弱,则可能被锤击破碎。

2.3试件成型的压实次数

按交通量大小分成4个等级。交通量不同,试件成型的压实功应该有所不同, Superpave混合料体积设计方法的压实次数与交通量挂钩是正确的,相对于马歇尔试验方法只粗略分为50次和75次要合理得多。

2.4混合料的沥青饱和度VFA

根据交通量不同提出相应的控制标准,交通量小,VFA为70%一80%；交通量大,VFA为65%-75%。这是考虑到不同交通量情况下,对路面的压实程度是不同的。显然交通量大,初始沥青饱和度小一些,以便预留较多的空隙,起到防止在车辆压实下空隙率减小而使混合料失稳的作用。

2.5集料开口空隙吸收沥青现象

将这部分沥青不作为有用沥青,为此提出了有效沥青含量的概念。因为对于某些空隙率较大的碎石材料有可能吸收较多的沥青,而这部分沥青实际上是无效的。

由于碎石会不同程度地吸收一定数量的沥青,无论采用表干密度、毛体积密度,都不能真实反映集料在混合料中的状态,因而对于集料也提出采用有效密度的概念和相应的计算方法。由于考虑碎石材料吸收沥青的特性,对于沥青混合料体积参数的计算方法也都发生了改变,其中包括矿料间歇率VMA、饱和度以及沥青用量等重要参数。可以认为,按有效沥青、有效密度等概念是比较合理的。

３施工控制

3.1材料控制

（1）沥青

沥青是沥青混凝土施工最重要的原材料，是控制沥青混合料性能的最核心因素。在沥青质量控制上，一定要坚持从源头控制，安排试验检测人员在沥青发出地对各项技术指标进行检测，合格后出库运至施工现场使用。

（2）集料

对粗集料的棱角性指标试验可使用粗糙度试验规程,针片状和棱角性指标以组合矿料的试验结果为标准。对细集料应关注级配砂当量(粉尘含量)、密度等指标,尽量不用0~5mm的统货,而选用0~3mm和3~5mm的细集料。矿粉的试验应注意级配、含水量和亲水系数等指标,注意防潮结块。

3.2配合比

在根据Superpave体系进行配合比设计时，我们根据选定的集料结构，进行了多次马歇尔击实对比试验（击实温度150 ℃），试件最大毛体积密度只能达到2.38。而根据以往的施工经验，马歇尔试件的毛体积密度一般能达到2.42。据此重新调整集料结构（偏级配范围上限），分别在150℃和155℃ 进行马歇尔击实试验，试件的毛体积密度还是不能提高。

Superpave理论体系的主要特性是改变室内压实方法，室内压实采用旋转压实仪（ＳＧＣ）完成，模拟施工现场压路机在碾压过程中对混合料的揉搓效应。选定的混合料经过旋转压实（Ｎ设计＝100次）后，试件毛体积密度能达到2.42，混合料最大理论密度为2.53，计算的空隙率接近设计文件要求（４％），集料结构合理。

在进行生产配合比设计时，对同一规格的集料，一定要做４次以上的筛分试验，一是检验筛分试验过程的准确性；二是检验样品的代表性，确保试验数据接近或偏差不大。在测试密度时，应进行对比试验，保证所有数据准确、真实。

3.3压实控制

美国关于Superpave施工谈论最多的是关于混合料的压实。Superpave 混合料与传统AC-C型混合料相比，粗集料比例较大。对于superpave混合料的压实关键在于一些细节的处理。

（1）不要过分提高混合料的摊铺温度

众所周知，混合料要获得有效的、足够的压实度，压实温度尤为重要。但是，过分提高混合料的温度会导致压实期间的许多问题，并加速沥青粘结料的老化，从而引起路面变硬变脆。混合料的摊铺温度尽可能地低一些，只要通过合理地碾压组合能获得要求的压实度即可，这样混合料的劲度模量会增大，从而软弱性减小。

（2）早用振动压路机

美国的Superpave混合料的初压基本上都直接使用了振动压实，静压被弃用。振动压实可以较快地获得要求的压实度，这样就可以降低摊铺温度。

4结语

虽然世界许多国家认为Superpave 是目前最先进的全面基于路用性能的沥青混合料设计分析体系，但同时也认为 Superpave设计分析体系的研究远远不够。高性能沥青路面在我国已经应用了一段时间,并取得了良好的效果。施工中应对Superpave混合料的生产配合比和碾压工作给予足够重视,找出其与普通沥青混凝土的不同,抓住关键环节,就能够取得较好的效果。特别是近年来路桥施工机械不断更新换代,直接推动了Superpave路面施工质量的改善,促进了Superpave路面在城市交通和重交通路面的推广。

参考文献:

[1] 江苏省交通科学研究院.高性能沥青路面Superpave技术实用手册[C]. 2002, 5.

[2]美国联邦公路管理局． 高性能沥青路面( Superpave) 基础参考手册［M］． 北京: 人民交通出版社，2005．

[3]ＪＴＧＦ４０－２００４公路沥青路面施工技术规范［Ｓ］