浅谈SUPERPAVE12.5沥青混凝土目标配合比设计过程

张静　付涛

【摘 要】Superpave沥青混合料采用旋转压实仪成型试件，依据沥青混合料初始、设计和最大旋转压实次数时的密实度以及在设计压实次数时的空隙率、矿料间隙率、沥青填隙率、填料与有效沥青之比进行沥青混合料的组成设计。它在沥青混合料组成设计时首先依据石料的性质进行级配组成设计，然后再进行油石比的选择。

【关键词】Superpave；沥青混凝土；沥青混合料

我国从建设高等级公路以来沥青路面的设计一直采用马歇尔设计方法，其混合料类型的选择一般是：采用空隙率小、不透水的连续级配沥青混凝土AC型，AC型是一种密实型沥青混凝土结构，其矿料级配按最大密实原则设计，属于连续性级配，强度和稳定性主要取决于混合料的粘聚力和内摩阻力，因为结构密实、空隙率小，所以AC型路面的水稳定性较好。但是，由于其表面不够粗糙，耐磨、抗滑、高温抗车辙等性能明显不足，并且矿料间隙率也难以满足要求，通常采用减少沥青用量的方法来满足间隙率的要求，这样使沥青路面的耐久性能降低，因此，AC型在高等级公路的上面层中已很少采用，主要用于中、下面层。现行上面层采用较多的是SMA型沥青混凝土，随着各种功能性路面结构的出现，也有一部分高等级公路的上面层采用Superpave沥青混合料。现以襄荆高速公路路面养护工程上面层沥青混凝土目标配合比设计举例，浅谈SUPERPAVE12.5沥青混凝土配合比设计过程。SUPERPAVE12.5沥青混合料配合比设计从原材料的检测、级配优选、确定沥青含量、混合料性能验证、配合比确定等五部分进行。

1原材料

1.1集料检测成果

集料来源于京山三里港石场生产的玄武岩。集料分9.5～13.2mm碎石、4.75～9.5mm碎石、2.36～4.75mm、0～2.36mm石屑四种。试验检测项目及试验成果见表1。

1.2矿粉检测成果

试验检测项目包括筛分、表观相对密度、外观、亲水系数等。检测成果见表2。

1.3沥青检测成果

试验用沥青由委托方提供，生产厂家为武汉思立特公路物资有限公司，沥青标号SBS改性沥青I-D类。试验检测项目包括沥青三大指标、针入度指数、溶解度、密度及旋转薄膜烘箱老化试验。试验成果见表3。

2沥青混合料的级配优选

所有原材料检测合格后进行级配优选，依据Superpave设计方法，集料级配曲线应控制在集料设计的控制点内并避开限制区。在选择集料结构时，经过调试选出三个合成级配，合成级配成果见表4、图1。

按初试沥青用量4.76%成型试件，旋转压实仪的成型压力为600Kpa，设计旋转次数为N-Initial=9，N-Design=125和N-Max=205。在初试沥青用量下各试拌级配旋转压实试验结果如表5：

参照Superpave混合料书籍，并依据所设计交通量和公称最大颗粒尺寸，优选最佳级配参照以下体积和密实度要求：

（1）在设计旋转次数N-Design时空隙率为4%；

（2）初始压实度小于89%%；

（3）最大压实度小于98%，且一般在97%～98%之间。

根据表5试验数据，综合考虑性价比等因素选取合成级配2作为最佳级配。

3沥青用量的选择

设计级配确定后，根据推荐的沥青用量4.76%，在其两侧选取4.36%，4.76%，5.06%和5.36%四个沥青用量进行设计级配的沥青混合料压实特性与体积性能评估，并结合混合料在不同沥青用量下的性能确定最佳沥青用量，其试验结果见表6。

通过不同沥青用量下沥青混合料压实特性可以看出，当Nd=125，沥青用量为4.76%时，空隙率VV=4.0%。参照Superpave混合料设计规范，对应空隙率为4.0%的沥青用量即为最佳沥青用量，最终确定最佳沥青用量为4.76%。

4.目标配合比性能验证

4.1沥青混合料试件的制作方法。沥青混合料物理力学性能试验试件的制作采用擊实法，集料的最大公称粒径13.2mm，选择试件规格为φ101.6mm×63.5mm的标准马歇尔试件。本次配比采用聚合物Ⅰ-D类SBS改性沥青，在沥青混合料拌制过程中矿料加热温度控制190℃～220℃，沥青加热温度165℃～170℃，试件成型温度控制在165℃～170℃，根据道路等级（高速重交），试件两面各锤击75击（冻融劈裂试件两面各锤击50击）。沥青混合料车辙试件成型采用轮碾法，试模规格尺寸为300mm×300mm×50mm；沥青混合料拌制过程中矿料、沥青、沥青混合料的控制温度同上，经装料碾压后板状试件的密度应达到马歇尔试验标准密度的100%±1%。

4.2沥青混合料试件的毛体积相对密度试验。沥青混合料的密度试验需根据不同的吸水率采用不同的试验方法，由于此次制作的沥青混合料试件吸水率小于0.5%，根据试验规程要求，沥青混合料密度试验采用水中重法测定，确定沥青混合料试件的毛体积相对密度。

4.3沥青混合料的马歇尔稳定度、浸水马歇尔试验。沥青混合料的马歇尔稳定度、浸水马歇尔稳定度试验采用全自动多功能沥青混凝土试验机进行。试件恒温温度为60℃±1℃，对于马歇尔稳定度来说恒温时间30～40min，对于浸水马歇尔试验来说恒温时间需48h；试验加载速率为50mm/min。

4.4沥青混合料理论最大相对密度试验。沥青混合料理论最大相对密度试验方法采用溶剂法，按四分法取分散冷却后的沥青混合料200g，同一试样进行二次平行试验，取平均值作为试验结果。

4.5沥青混合料冻融劈裂试验。沥青混合料的冻融劈裂试验采用全自动多功能沥青混凝土试验机进行，试件随机分成两组。第一组试件先真空饱水，然后将试件分别放入塑料袋中加10ml水，扎紧后放入温度-18℃±2℃的冰箱中保持16h，再将试件放入已保温为60℃±0.5℃的恒温水槽中保温24h；最后将第一组与第二组全部试件浸入温度为25℃±0.5℃的水槽中不少于2h，试验加载速率50mm/min。

4.6沥青混合料车辙试验。沥青混合料车辙试验采用车辙试验仪进行，试件成型后，连同试模置于常温条件下48h，然后置于试验温度60℃±1℃恒温室中，保温时间大于5h，且不多于24h。

4.7沥青混合料性能验证。按最佳沥青用量及优选级配条件下，分别进行浸水马歇尔试验、冻融劈裂强度比试验和车辙试验，其检测结果分别如表7、表8和表9。

5目标配合比

本次目标配合比设计选取沥青含量为4.76%（油石比为5%），矿料组成9.5mm～16mm、4.75mm～9.5mm、2.36mm～4.75mm、0mm～2.36mm、矿粉按比例30%：19%：18%：31%：2%合成后，通过车辙试验、水稳定性试验对本次沥青目标配合比进行动稳定度、浸水马歇尔残留稳定度、冻融劈裂残留强度比验证，试验成果满足规范要求。