Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ沥青路面设计与应用

沈卫平　史志刚

摘要：介绍了Superpave混合料的详细设计过程和检测数据。通过对设计实例的探讨，以求指导路面设计与施工。

关键词：Superpave 配合比 设计 施工 应用

0 引言

Superpave（Superior Performing Asphalt Pavements）即高性能沥青路面，它是美国公路战略研究计划(SHRP)的重要研究成果。由于采用了新的沥青混合料设计方法，其集料级配更趋于嵌挤、密实，高温稳定性好，适于交通量大和抗车辙要求高的公路。在施工确保合适空隙率的前提下，抗水害性能和抗疲劳性能也较好。本文以在江苏南通204国道海安段扩建工程的改性沥青混合料Sup20下面层配比设计为基础，对 Superpave混合料设计方法进行探讨。

1 原材料

所用1#、2#集料为浙江长兴产石灰岩，3#、4#集料为宜兴佳乐产石灰岩，沥青为泰州中海产70＃道路石油沥青，矿粉为溧阳中亚产，进行集料性质试验和沥青的密度试验。

2 设计集料结构的选择

2.1 集料筛分及配合比设计 依据Superpave设计方法，在选择设计集料结构时，首先调试选出粗、中、细三个级配，根据集料的性质算出三个级配的初始用油量。然后用初始用油量成型试件，根据试验计算出三个级配的沥青混合料在空隙率为4%时的沥青用量及相应体积性质、矿料间隙率（VMA）、饱和度（VFA）、矿粉与有效沥青之比（F/A）等。级配曲线见图1。

2.2 试验级配的评价 根据各个级配的估算沥青用量和以往经验，用4.2%的沥青用量成型试件，普通沥青混合料的拌和及成型温度由粘温曲线确定，采用旋转压实仪成型试件，设定旋转压实仪的单位压力为0.6MPa。根据交通量数据选择压实次数N最初=8次，N设计=100次，N最大=160次。根据Superpave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，本次试验为N设计=100次，依据估算沥青用量下各级配旋转压实试验结果可以得出级配1、2满足Superpave设计要求，根据经验选择级配2为设计级配。

2.3 选择设计级配的沥青用量 所谓设计沥青用量就是指在设计旋转压实次数下得到空隙率为4%的沥青用量。根据Superpave 设计方法，选择四种沥青用量，它们分别为Pb、Pb±0.5%、Pb+1%。根据经验取Pb为4.2%，因此四个沥青用量分别为：3.7%、4.2%、4.7%、5.2%，试验结果见表1。在试验时，压实次数应设定在N设计，本次N设计=100次。

根据表4中，3.7%、4.2%、4.7%、5.2%四个沥青用量的体积性质，由内插法可知沥青用量为4.2%及其对应的体积性质。

2.4 验证 在4%空隙率下得到的最佳沥青用量为4.2%，依据得到的沥青用量，成型试件，验证该沥青用量在最大压实次数N最大=160次时，对应的体积性质指标，结果汇总于表2。

2.5 设计结果 通过以上试验和分析，选定级配2为设计级配，配合比为1#:2#:3#:4#:矿粉=29.0%:32.0%:14.0%:23.5%:1.5%。其对应的混合料体积指标见表3。

2.5.1 马歇尔试验结果汇总表 依据Superpave设计方法得到的沥青混合料，采用马歇尔试验方法成型试件，得到对应的马歇尔指标，试验结果汇总于表4。

2.5.2 高温稳定性试验、水稳定性试验 为了检验Sup20沥青混合料的高温稳定性、水稳定性，按照有关规范进行了60℃车辙试验、浸水马歇尔稳定度和冻融劈裂试验，均符合要求。

2.5.3 目标配合比设计结论 采用委托单位送样的集料、矿粉和70＃道路石油沥青等原材料，按照美国Sup20标准确定配合比为1#:2#:3#:4#:矿粉=29.0%:32.0%:14.0%:23.5%:1.5%，沥青用量为4.2%（油石比为4.4）。通过旋转压实与马歇尔试验验证，其空隙率、VMA、VFA（饱和度）等均能满足要求；通过车辙试验得到其动稳定度满足要求；由浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验知，该级配抗水害性能满足要求；因此本次目标配合比设计结果可作为生产配合比设计依据。

2.5.4 生产配合比调试 先对料场上进场原材料进行重新筛分，以验证目标配比结果的代表性和集料级配的稳定性。经对比，做目标配比的原材料样品与进场原材料矿料比例不变。生产设备是一台边宁霍夫4000型沥青拌和楼，设定拌和楼产量为260吨/小时，根据以往施工经验以及矿料比例，确定各冷料斗皮带转速分配比例为：1#料：2#料：3#料：4#料=42：47：28：34，再对拌和楼热料仓出料进行集料筛分试验，最后确定各料仓比例为：1#仓：2#仓：3#仓：4#仓：5#仓：矿粉=29：11：21：12：25.5：1.5。根据目标配比设计结果，分别用3.9%、4.2%、4.5%的沥青用量进行旋转压实试验，压实次数设定在N设计=100次，通过计算各项体积指标（数据略），确定最佳沥青用量仍为4.2%（油石比为4.4），并对最佳油石比进行马氏试验验证、水稳定性检验，确定为最终生产配比。经过拌和楼试拌，混合料各项试验数据均满足要求。经试铺，拌和楼出料和摊铺后现场检测各项指标均较理想。

参考文献：

[1]中华人民共和国行业标准.公路沥青路面施工技术规范.（JTG F40-

2004）.

[2]中华人民共和国行业标准.公路工程沥青和沥青混合料试验规程.（JT

J052-2000）.

[3]南通市204国道扩建工程高性能沥青路面下面层施工指导意见.