沥青路面Superpave施工技术培训-2016.3.11..pptx

苏交科集团股份有限公司 Superpave混合料设计与施工技术 道路工程研究所 二〇一六年三月 交流内容 Superpave技术简介 Superpave施工技术 Superpave混合料设计 关于Superpave SuperpaveSuperpave Superior Performing Asphalt Pavements 高性能沥青路面 关于Superpave—为什么要做？ • 早期沥青路面损害问题突出 – 通车1~2年道路使用性能大幅下降，沪宁高速公路（1996年）、锡澄 高速公路（1999年）等 – 经济损失、恶劣社会效益 • 当时背景下路面技术需求 – 结合我国特点，解决沥青路面的核心技术难题，成为整个交通行业 必须解决的问题 坑塘 车辙推移 关于Superpave—为什么要做？ • 问题的难点 – 混合料设计方法 • 主要采用马歇尔设计方法，难以模拟路面施工现场 • 设计混合料出的混合料难以满足重载、多雨的使用环境，易发生损坏 – 路面材料 • 规范中材料的技术指标体系与路用性能相关性不够 • 即使满足了技术规范，仍然可能导致路面病害 – 路面施工技术 • 施工设备与施工工艺不能适应高速公路重载的运营条件 • 缺乏有效的质量控制技术标准 关于Superpave—为什么要做？ • 主要解决内容 – 美国SHRP在1987-1993年花费五年时间，花费5000万美元 ，提出了Superpave技术体系，该技术体系在原材料技术标 准，混合料设计方法和性能分析提出了革新的观点，解决 了早期损坏，尤其是车辙病害和水损害 – 1995年开始，我院在引进Superpave技术体系的基础上，结 合国情，开展同步技术研究和再创新，开始了15年技术引 进、吸收、再创新的艰辛过程 关于Superpave—为什么要做？ 新疆 西藏 青海 四川 云南 海南 广西 澳门 香港 台湾 吉林 辽宁 内蒙古 宁夏 甘肃 山西 陕西 重庆 湖南 贵州 福建 江西 湖北 浙江 上海 江苏 安徽 河南 山东 河北 天津 黑龙江 广东 江苏2760km 广东 260km 浙江 422km 内蒙古 1159km 安徽 200km 宁夏118km 重庆 192km 河南 342km 青海 428km 陕西167km 云南180km 江西 458km 山东 1708km 湖北 1415km 湖南 424km 甘肃758km 贵州195km 四川95km 天津37km 巴基斯坦167km 1169211692公里公里 关于Superpave—为什么要做？ 江苏省13年的长期观测，中下面层采用Superpave抗车辙能力要好于AC型结构, 基本无水损害。

关于Superpave—为什么要做？ • 社会效益 – 早期通车的高性能沥青路面，重载高 温下运营近十年，路况依然良好 – 有效解决了沥青路面早期损坏问题 • 经济效益 – 根据青海、河南、广东、浙江、江苏 等地区的用户报告，高性能沥青路面 每年节约每公里节约养护费用10万以 上 关于Superpave—是什么？ •Superpave混合料在设计过程中充分考虑到了气候环境条件和交通量的 影响，试件成型采用旋转压实的方法模拟路面的实际施工过程 •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 •Superpave与传统的AC型沥青混合料相比，施工难易程度和工程造价 基本相当 • Superpave混合料特点 关于Superpave—是什么？ 4~4.5cm改性沥青SMA-13 6cm改性沥青SUP-20 8~9.5cm普通沥青SUP-25 36cm骨架密实型水泥稳定 碎石 20cm二灰土或低剂量水泥 稳定碎石 高速公路 4cm改性沥青SUP-13 8cm普通沥青SUP-20 32cm骨架密实型水泥稳定 碎石 20cm二灰土 干线公路 • 江苏省目前路面典型结构形式 关于Superpave Superpave技术简介 Superpave施工技 术 Superpave混合料设计 Superpave混合料设计 维姆法 •该方法应用较少，仅在 美国少数几个州存在 •技术指标与路用性能符 合较好 •试验方法、设备较复杂 马歇尔法 •在20世纪30年代末由美国密西西 比州公路局 Bruce Marshall发明 •试验方法、试验设备较简单，是 目前我国应用范围最广的混合料 设计方法，规范中的设计方法 Superpave混合料设计 不能精确地判别不同交通量对沥青混合料技术指标的要求； 与路面结构设计不挂钩； 不能预防路面早期破坏； 不适用于大粒径沥青混合料； 不适用某些聚合物改性沥青； 试件成型方法不能模拟行车压实； 不适用于开级配沥青混合料； 沥青混合料没有老化过程，与现场条件不符。

• 马歇尔设计方法的缺点 Superpave混合料设计 – Superpave对比马歇尔设计方法的优势 • 能根据交通量情况进行设计调整 • 技术指标与路面性能的相关性较好 • 成型方法与路面实际情况更相符 Superpave混合料设计 • 沥青胶结料 PG 64 - 22 Performance Grade （性能等级） 平均7天最高路面温度 最低路面温度 分级体系在气候的基础上提出： 64为“高温等级”，意思是胶结料在高达64℃温度时仍具有足够的物理和流 变特性，相应于胶结料所期望的服务气候的路面高温 -22为“低温等级”，意指胶结料在路面温度降至至少-22℃时仍具有足够的 物理特性 Superpave混合料设计 • Superpave胶结料规范的精髓在于，通过模拟胶结料寿命期三 个重要阶段进行沥青胶结料试验 – 第一阶段采用原样沥青进行试验，以模拟沥青胶结料的运输、储存和 装卸阶段 – 第二阶段采用旋转薄膜烘箱老化后的试样进行试验，以模拟在沥青混 合料拌和、摊铺过程中的沥青老化过程 – 第三阶段采用压力老化箱老化后的试样进行试验，以模拟沥青路面层 混合料中胶结料的长期老化 Superpave混合料设计 • 集料 • 认同特性 – 路面专家认同集料的一些特定性质对性能优良的HMA相当重要， 称为集料的认同特性，包括：粗集料棱角性、细集料的棱角性、 扁平与细长颗粒含量以及粘土含量 • 料源特性 – SHRP研究者认为集料其他的特性也很重要，这些特性由料源所 决定，称为料源特性，包括：坚固性、安定性和有害物质 Superpave混合料设计 • 集料认同特性 •粗集料棱角性 可以确定集料内部具较高的摩擦力以及很好的抗车辙能力。

定 义为大于4.75mm集料中具有一个或更多的破碎面的集料百分率 •细集料棱角性 确保细集料具有很好的内部摩擦力及抗车辙能力，定义为小于 2.36mm集料未压实空隙率 • 扁平与细长颗粒 指粗集料中最大与最小比大于5的集料的百分比在施工过程 中和以后的交通运营阶段，这种集料易于压碎 •粘土含量（砂当量） 粘土含量是集料小于4.75mm的部分中粘土含量百分率 0% 无破碎 100% ，2个或多个破碎面 Superpave混合料设计 • 料源特性 •坚固性 指在洛杉矶磨耗试验中集料混合料损失百分率反映在运输、施工和使用 中粗集料抵抗磨耗和机械破坏的能力 •安定性 指集料混合物在硫酸钠或硫酸镁溶液中浸泡损失的百分率反映集料在路 用服务过程中的抵抗风化的能力，它可以用粗集料或细集料进行试验 •有害物质 定义为污染物（泥块、页岩、木块、云母、煤）等的质量百分率，可以采 用粗集料和细集料来进行分析 Superpave混合料设计 • 级配设计 Superpave混合料设计 • 级配设计 • 控制点 控制点设在最大公称尺寸、中间尺寸（ 4.75mm或 2.36mm ）以及最小尺寸（0.075mm）处，控制点值依据公称最大 尺寸大小而变化。

• 限制区 通常建议级配不要在这个区域内通过通过限制区下部 区域的级配常称作“驼峰级配”早期的研究表明，驼峰级配会引 起混合料变软，导致混合料抗永久变形能力下降 – 随着研究的深入，严格控制原材料的质量，尤其是细集料只要满足 了细集料棱角性指标的要求，就不会出现驼峰级配造成的危害，级 配也就没必要要求避开限制区； – 但由于一些地区沥青混合料中仍在使用部分天然砂，建议级配尽量 能避开限制区，实在没有方法避开，只要集料指标、混合料体积性 质指标满足要求，也是可行的 Superpave混合料设计 • 级配设计 100100 0 0 .075.075 .3 .3 2.36 2.36 12.5 12.5 19.019.0 设计集料结构设计集料结构 通通 过过 百百 分分 率率 筛孔尺寸（筛孔尺寸（mmmm），），0.450.45次方图次方图 Superpave混合料设计 • 矿料间隙率（VMA） •矿料间隙率VMA包括空气空隙和有效沥青用量所填充的空隙， 表示为总体积的百分率 VMA = 矿质集料的空隙占毛体积的百分率，％ Gsb = 总的集料毛体积相对密度（g/cm3） Gmb = 压实混合料毛体积相对密度 Ps = 集料用量占混合料总质量百分率 Superpave混合料设计 • 矿料间隙率（VMA） • 影响VMA的因素很多，其中最重要的的因素是集料特 性，如级配、表面纹理和形状 • 混合料设计中，如果设计VMA值接近最小值，在生产 过程中可能会由于集料表面特性变化而导致VMA指标 不满足要求，因此，混合料设计时VMA值不应小于最 小值加0.5％ Superpave混合料设计 • 沥青饱和度（VFA） • 在配合比设计过程中，首先应合理的设计一个VMA值 ，但如果仅考虑VMA值，而不考虑VFA值也是不合理 的，为此检查VFA也是十分重要的体积指标，VFA过 大，会引起路面的车辙、推移、泛油等；如VFA过小 会导致沥青混合料的之间粘结不够，导致混合料的松 散。

Superpave混合料设计 • 空隙率(VV) • Superpave沥青混合料采用统一设计空隙率4％，根据 不同交通量采用不同的压实功以达到设计空隙率的要 求，是比较科学和合理的 • 路面设计空隙率为4%，是工程界大量实践共识4％ 空隙率混合料不易老化，路面耐久，又可防止高温时 沥青膨胀而形成推挤或车辙 Superpave混合料设计 • 粉胶比 • 粉胶比和沥青混合料性能具有很好的相关性，直接影 响混合料高温稳定性、低温抗裂性及水稳定性粉胶 比影响沥青混合料高温稳定性能，低温抗裂性、抗疲 劳性能及水稳定性所有沥青混合料性能试验都表明 ，存在一个最佳粉胶比范围Superpave设计标准规定 粉胶比的要求范围为：0.6～1.2，对于粗级配混合料可 以放宽到0.8～1.6 Superpave混合料设计 • 目标配合比设计步骤 •Superpave混合料体积设计步骤 – 1）原材料选择 – 2）设计集料结构选择 – 3）设计沥青胶结料含量选择 – 4）最大压实次数验证 – 5）混合料性能验证 Superpave混合料设计 • 生产配合比验证 • 目标配合比——粗加工 – 优选矿料级配、确定最佳沥青用量 – 供拌和机确定各冷料仓的供料比例、进料速度 • 生产配合比——精加工 – 选择适宜的筛孔尺寸和安装角度，尽量使各热料仓的供 料大体平衡 – 通过室内试验及从拌和机取样试验综合确定生产配合比 的最佳沥青用量 • 生产配合比验证 – 确定生产用的标准配合比 Superpave混合料设计 • 生产配合比验证。