高性能沥青路面设计规范.ppt

1高性能沥青路面设计规范高性能沥青路面设计规范（前期）（前期）高性能沥青路面设计规范（前期）高性能沥青路面设计规范（前期）高性能沥青路面设计规范（前期）高性能沥青路面设计规范（前期）课题组课题组课题组课题组2003200320032003年年年年9 9 9 9月月月月2背景背景u1993年，美国SHRP研究结束u1996年开始在美国推广：28个州，95个Superpave试验工程，2%；u1997年： 44个州， 326个Superpave路面工程；u1998年： 46个州，1339个Superpave工程，30%u Superpave技术已显示出巨大的潜力3立项立项u公路司交公路（1999）82号文下达计划； u1999年12月，研究大纲通过了专家评审；u2000年2月，上报修改后的研究大纲；u1999年后，试验设备陆续到位4课题组组成课题组组成u重庆交通科研设计院u长安大学u山东省京福高速公路建设管理办u山东省交通科学研究所u四川省成南高速公路有限公司5研究目的及意义研究目的及意义u目的：引进、消化、吸收，为我所用，尽快转化为生产力、产生经济效益； u基本目标：为“高性能沥青路面（混合料）设计规范”的正式编写做一些前期性的、基础性的准备工作；u对现行有关规范的修订提出建议意见；u最终目的：制订符合我国国情的高性能沥青混合料设计规范；u改善、提高沥青路面的质量和服务能力，延长沥青路面使用寿命。

6主要研究内容主要研究内容 u1）高性能沥青路面技术的最新进展；u2）高性能沥青路面混合料设计方法与我国现行马歇尔沥青混合料设计方法的比较与评价；u3）高性能沥青路面技术在我国推广应用的可能性及建议 7项目研究工作执行情况项目研究工作执行情况u1）收集并出版了高性能沥青路面技术专题文集；u2）对高性能沥青路面技术的进展与对策进行了研究；u3）对三种国产重交通道路石油沥青和三种常用集料进行了试验与评价；u4）进行了多种集料级配设计、沥青混合料配合比设计、沥青混合料体积特性分析、沥青混合料高温稳定性与水稳定性等的试验与评价；u5）对高性能沥青路面混合料设计方法和马歇尔试验方法进行了比较与评价；u6）开展了Superpave沥青混合料压实原理与特性研究；u7）分别在山东省和四川省铺筑了高性能沥青路面试验路与实体工程8高性能沥青路面技术的最新进展高性能沥青路面技术的最新进展 u1）改进和简化Superpave旋转压实表u2）修改混合料条件方法u3）允许使用新的旋转压实机u4）改变旋转压实试件过程u5）简化集料统一性质表u6）简化Superpave混合料体积设计要求表u7）明确了根据交通量和速度对胶结料的选择调整标准9改进和简化改进和简化SuperpaveSuperpave旋转压实表旋转压实表u减少设计交通量等级的数量–4（温度）×7（交通量） 4；u混合料设计使用20年的ESALs–不考虑路面实际设计年限；u路面结构层的位置考虑–下卧层的25%在路面表面100mm以内时，这一层考虑为100mm以下。

10改进和简化改进和简化SuperpaveSuperpave旋转压实表旋转压实表————旧表旧表设计ESALs(百万)平均设计高温＜ 39℃39～40℃41～42℃43～44℃NiniNdesNmaxNiniNdesNmaxNiniNdesNmaxNiniNdesNmax＜ 0.30.3~11~33~1010~3030~100＞10077788996876869610912614310411713415217420423377889910748395106121139158114129150169195228262778899107888100113128146165121138158181208240275788991010829310511913515317212714616719222025328811改进和简化改进和简化SuperpaveSuperpave旋转压实表旋转压实表————新表新表设计ESALs(百万)压实参数典 型 道 路 应 用 N初始N设计N最大＜0.365075轻交通道路，如地方道路、县、区道路和禁止卡车通行的市区道路交通量是地方性质,不属于地区性、州级和州际性质。

旅游区道路可属于此类0.3～＜3775115主要为集散道路和进入街道的道路, 中等交通市区道路和大部分县、区道路属于这一类3～＜308100160包括双车道、多车道、部分和全封闭的进城道路，中等到高交通量的市区道路、许多州道、国道和某些边远地区的州际公路≥309125205包括大部分城市和边远地区的大部分美国州际公路专用道路如卡车称重站和卡车专用道12修改混合料条件方法修改混合料条件方法u混合料设计使用新的短期条件方法–4小时 2小时–135℃ 压实温度u增加了强制通风烘箱的能力–150±3℃ 176±3℃13改变旋转压实试件过程改变旋转压实试件过程u压实到N设计–原PP28：压实到 N最大，然后反算 N设计的密度u通过压实到N最大不超过最大密度的98%来进行混合料压实性验证 14简化集料统一性质表简化集料统一性质表u4个表合成一个表u7个交通量水平改变成5个交通量水平–与旋转压实（N设计）表相比，多一个3～10×106交通量等级，也就是将3～30×106分成3～10×106和10～30×106 两个交通量等级 15Superpave集料认同特性要求集料认同特性要求设计设计ESALs’（（百万百万次）次）粗集料棱角性粗集料棱角性（（%）最小）最小细集料未压实的空细集料未压实的空隙率（隙率（%）最小）最小砂当砂当量量（（%））最小最小针片状针片状含量含量3（（%））最大最大≤100mm>100mm≤100mm>100mm<0.355/--/---40-0.3～375/-50/-404040103～1085/80260/-4540451010～3095/9080/7545404510≥30100/100100/1004545501016简化简化SuperpaveSuperpave混合料体积设计要求表混合料体积设计要求表 u修改了N初始标准对低交通量道路的应用–设计ESALS（106）＜0.3时，N初始≤91.5–设计ESALS（106）0.3～＜3时，N初始≤90.5u修改了VFA和VMA极限值范围–9.5mm混合料，设计交通量≥3×106ESALs时，VFA为73%～76%。

–25.0mm混合料，交通量＜0.3×106ESALs时，VFA最小为67%–37.5mm混合料，所有交通量水平的VFA最小为64%u修改了粉胶比范围–通过限制区下方的混合料，其粉胶比范围为0.8～1.617Superpave HMA 设计要求设计要求——AASHTO MP2-00设计ESALS（106）要求密度（最大理论密度%）矿 料 间 隙 率（%） 最 小沥青填隙率（%）最小粉胶比N初始N设计N最大最 大 公 称 尺 寸，mm37.025.019.012.59.5＜0.3≤91.596.0≤98.011.012.013.014.015.0 70-800.6-1.20.3～＜3≤90.565-783～＜10≤89.0 65-7510～＜30≥3018明确了根据交通量和速度对胶结料的选择调整标准明确了根据交通量和速度对胶结料的选择调整标准 u综合考虑交通量和交通速度u明确了几种交通速度的定义–停滞交通——平均交通速度： ＜20km/h–慢速交通——平均交通速度： 20～70km/h–标准交通——平均交通速度： ＞70km/h 19根据交通速度和交通量选择调整胶结料根据交通速度和交通量选择调整胶结料——AASHTO PP28-00——AASHTO PP28-00——AASHTO PP28-00——AASHTO PP28-00设计ESALs1调整胶结料PG等级5交通加荷速率停滞交通2慢速交通3标准交通4<0.3—（6）——0.3～<321—3～<1021—10～<3021—（6）≥3021120Superpave的推广的推广u—统筹基金设备采购；u—建立全国沥青培训中心（NATC）；u—建立Superpave地区中心（5个）；u—设立样板州（佛罗里达等6州）；u—成立推广协调组、专家组、技术工作组、技术输送组等；u—AASHTO暂行规范（1994年1月） ；u—路面长期性能（LTPP）；u—其它；技术支援；沥青流动试验车（1987年起）；用户/生产者协会等。

21与与Superpave相关的研究相关的研究u美国公路合作研究项目（NCHRP）–1）NCHRP 9-07 实施Superpave技术的现场方法与设备–2）NCHRP 9-09 Superpave旋转压实方法细化–3）NCHRP 9-09（1） 检验Ndesign旋转压实水平–4）NCHRP 9-10 Superpave改性沥青结合料草案–5）NCHRP 9-11 热拌沥青路面的离析– 22与与Superpave相关的研究相关的研究u美国公路合作研究项目（NCHRP）–6）NCHRP 9-12 再生沥青混合料并入Superpave体系–7）NCHRP 9-13 水敏感性试验的评价–8）NCHRP 9-14 Superpave集料级配规范中限制区的研究–9）NCHRP 9-15 用于热拌沥青路面的与性能有关的规范中质量特性和试验方法–10）NCHRP 9-16 Superpave旋转压实特性与使用中路面永久变形的关系23与与Superpave相关的研究相关的研究u美国公路合作研究项目（NCHRP）–11）NCHRP 9-17 实验室加速车辙试验：沥青路面分析仪–12）NCHRP 9-18 热拌沥青混合料现场剪切试验–13）NCHRP 9-19 Superpave技术支持和性能模型管理–14）NCHRP 9-20 热拌沥青混合料施工的与性能有关的规范–15）NCHRP 9-21 Superpave推广和相关研究指导委员会组织结构 24与与Superpave相关的研究相关的研究u美国公路合作研究项目（NCHRP）–16）NCHRP 9-22 热拌沥青混合料与性能有关的规范的测试和验证–17）NCHRP 9-23 FHWA综合气候影响模型对Superpave性能模型系统的适应–18）NCHRP 9-24 简单性能试验设备的验证–19）NCHRP 9-25 Superpave混合料对矿质集料间隙率（VMA）的要求–20）NCHRP 9-26 AASHTO TP4的精密度陈述25与与Superpave相关的研究相关的研究u美国公路合作研究项目（NCHRP）–21）NCHRP 9-27 热拌沥青混合料现场空隙率、层厚与渗透性的关系–22）NCHRP 9-28 先进的材料模型和试验的现场验证–23）NCHRP 9-29 适合于Superpave混合料设计的简单性能试验机–24）NCHRP 9-30 热拌沥青混合料与结构设计性能模型的试验计划校准与确认–25）NCHRP 9-31 Superpave混合料设计的空隙要求 26与与Superpave相关的研究相关的研究u美国公路合作研究项目（NCHRP）–26）NCHRP 9-32 间接拉伸试验的评价与未来作用的鉴别–27）NCHRP 9-33 Superpave混合料分析方法、软件与手册–28）NCHRP 9-34 改进确定沥青路面水损害敏感新的试验方法–29）NCHRP 9-35 集料性质和它们与Superpave设计HMA的性能：重要评述 –30）NCHRP 9-36 改进沥青路面中沥青胶结料实验室老化方法 27与与Superpave相关的研究相关的研究u美国公路合作研究项目（NCHRP）–31）NCHRP 9-37 用表面能测量为沥青路面选择材料 –32）NCHRP 4-30 改进集料形状/纹理的试验方法课题–33）NCHRP 90-01 Superpave混合料—草案细化与现场确认–34）NCHRP 90-02 Superpave—胶结料设备与试验方法—细化与现场确认–35）NCHRP 90-03 Superpave混合料敏感性 28与与Superpave相关的研究相关的研究u美国公路合作研究项目（NCHRP）–36）NCHRP 90-04 改性沥青体系的调查研究–37）NCHRP 90-05 细集料密度试验–38）NCHRP 90-06 Superpave剪切试验机和间接拉伸试验机的初步测试–39）NCHRP 90-07 理解含有改性沥青结合料和沥青胶泥的混合料性能–40）NCHRP 9-09 综合项目集料性质和对Superpave设计混合料的影响 29与与Superpave相关的研究相关的研究u其他项目–NCHRP综合项目–全国统筹基金项目–未来潜在的全国统筹基金项目–州管统筹基金项目–西部研究协会项目–国家与地区培训项目 30Superpave现场验证 u路面长期性能（LTPP）项目u加速加载装置（ALF）u重型车辆模拟器 (HVS)u德克萨斯移动加载模拟器 (TxMLS)u法国道桥中心试验室（LCPC）南特试验环道u明尼苏达试验道Mn/Roadu西部试验环道（WesTrack）u阿拉巴马环道（NCAT）31在美国的执行情况在美国的执行情况u到2002年年底，有49个州和地区采用PG胶结料规范，其它两个州正在采纳过程中，只有一个加利福尼亚尚未确定采纳的日期。

u到2002年年底，有38个州和地区采纳混合料规范，10个州正在进行中，三个州尚未计划采纳的日期u有39个州响应执行Superpave集料统一规范的讨论，只有3个州认为这些要求对于路面性能没有改善u2001年Superpave混合料用量1.24亿吨，占全部沥青混合料用量的82%32在美国的执行情况在美国的执行情况uNAPA对承包商的调查：–沥青胶结料规范不成问题；–集料规范要求也能满足；–承包商设计混合料；–拌合厂操作相同；–摊铺压实工艺要求更严；–质量控制不变 33在美国的执行情况在美国的执行情况——NCAT试验环道试验环道u由于西部环道的一些结果没有达到预期研究的目的，之后，在美国国家沥青研究中心（NCAT）又铺筑了大型的试验环道，其目的主要是判断粗级配和细级配的性能差异、沥青等级对路用性能的影响、集料的类型对性能的影响、不同混合料类型的使用性能（包括SMA、SUPERPAVE、OGFC等）其初步结果已经公布 34在美国的执行情况在美国的执行情况——NCAT试验环道试验环道35在美国的执行情况在美国的执行情况——NCAT试验环道试验环道uNCAT试验环道是一个1.7英里长的卵型试验环道，共铺设了46条试验段（26段在直线段，20段在弯道）。

环道自2000年9月19日开始运行试验，到2001年10月1日共运行了4.3 ×106 ESALs，相当于两年内所设计目标10×106 ESALs的43%的交通量西部环道的试验结果是，一些试验段在运行了1.5 ×106 ESALs时，由于车辙太深而不得不重新铺设，其它的路段则在运行了1.5 ×106 ESALs时也产生了不同程度的破坏 36在美国的执行情况在美国的执行情况——NCAT试验环道试验环道u到2002年11月，试验路已经运行了9.4×106 ESALs，全试验路段的车辙量都不大，平均车辙深度0.12in（3mm），最大为0.5in（12.7mm）当平均7天最高气温小于28℃时车辙不再发展车辙发展在第二年夏季比第一年小u在交通荷载作用下，使用PG67的沥青的混合料要密于PG76的混合料u全段也没有出现疲劳开裂37国际上对Superpave的态度u加拿大–1987～1992年（后延长至1994年3月）研究阶段：C-SHRP–1994年4月～1999年3月继续阶段：技术转移阶段–1999年4月～2004年3月：完成C-LTPP–C-SHRP执行委员会和C-LTPP指导委员会 38国际上对Superpave的态度u1995年9月召开的国际道路联盟第20届会议的C8（柔性道路）委员会全体会议的决议中肯定了SHRP成果。

u1996年，国际道路联盟向柔性道路技术委员会的成员发出了一个有关SHRP/SUPERPAVE的调查表，代表了21个国家的23个成员对10个问题作出了响应u1999年10月召开的国际道路联盟第21届会议的C8（柔性道路）委员会全体会议，对“SHRP/SUPERPAVE在其他国家的经验”做了技术结论u1999年5月，欧洲沥青协会与欧洲沥青路面协会共同组织召开的“与沥青结合料特性有关的性能”专题讨论会，在第3个模块的讨论、发言中插入了国际道路联盟关于“SHRP/SUPERPAVE执行研讨会”的内容u代表欧洲23个国家的欧州国家公路研究实验室论坛正在做引进Superpave技术的工作 39国际上对Superpave的态度uSHRP期间，澳大利亚五年派了5名官员界入了SHRP计划，工业界也定期访问美国，“澳大利亚的沥青混合料的设计与选择：澳大利亚暂行规范”与Superpave体系非常相似u南非科学与工业研究委员会已获得一整套Superpave胶结料和混合料设备，配合HVS开展研究40沥青胶结料技术指标沥青胶结料技术指标——表表2-1u26个国家或地区中：–针入度：26–溶解度：25–延度：23–软化点：21–闪点：20–密度：18–脆点：13–薄膜加热试验或蒸发试验的质量变化：17–薄膜加热试验或蒸发试验后的残留针入度分别为：17和13–其余指标采用的国家或地区均不超过10个（其中薄膜加热试验后的延度为10个，粘度与蜡含量均为9个，灰分为8个）u与我国所采用的指标情况基本类似。

41沥青胶结料技术指标沥青胶结料技术指标——表表2-2、表、表2-3u三种国产沥青：PJ、LN、LHu分别符合针入度AH-90和AH-70的技术要求–PJ、LH：AH-90–LN：AH-70u性能级：均为PG58-2242沥青胶结料技术指标沥青胶结料技术指标——表表2-4u12种AH-70重交沥青检测结果–针入度：63～72；–软化点：47.5～49.5 ℃；–原样沥青15 ℃延度：除一个为63cm外，其余均大于150cm；–TFOT后针入度比：66.6～75.0%；–TFOT后25 ℃延度：除一个大于100cm外，其余均大于150cm；–TFOT后15 ℃延度：9.0～＞150cm43沥青胶结料技术指标沥青胶结料技术指标u假如三种沥青的25℃针入度或60℃粘度交于一点或处于同一个指标范围，则同属一个等级，但其高、低温段的温度敏感性特性明显不同44沥青胶结料技术指标沥青胶结料技术指标u性能级与针入度级是两种完全不同的指标体系u相同点：–都有闪点指标–都采用RTFOT或TFOT进行短期老化–都有RTFOT或TFOT后的质量损失指标要求45沥青胶结料技术指标沥青胶结料技术指标u主要结论–针入度分级标准中，TFOT后15℃延度指标比较敏感；–用在中等温度下测定的三个针入度计算的针入度指数的外延曲线可能并不普遍适用；–用在高温下测定的粘度来推测中、低温条件下的粘度特性并不可靠；–Superpave沥青胶结料规范用高温下的动态剪切流变试验、中温下的动态剪切流变试验和低温下的弯曲流变试验和直接拉伸试验来表示沥青胶结料的温度特性和疲劳特性，用旋转薄膜烘箱和压力老化试验来分别表示沥青的短期老化和长期老化特性，用粘度来表示沥青的可施工性，用闪点表示沥青的安全性，由此组成了一个以沥青劲度为基本单位、完整的指标体系和分级标准。

46沥青胶结料技术指标沥青胶结料技术指标u主要结论–沥青的针入度等级和性能等级之间没有直接关系 沥青品种LHPJLNSKBPJDS针入度级AH-90AH-90AH-70AH-70AH-70AH-70性能等级PG58-22PG58-22PG58-22PG64-22PG58-16PG64-2247矿质集料技术指标矿质集料技术指标——表表2-8u对于石灰岩、花岗岩（破碎砾石）和玄武岩等三种集料的试验结果表明：–即使是石灰岩粗集料也能满足我国规范对高速公路的要求（仅扁平、细长颗粒略多）；–石灰岩细集料（石屑）的砂当量指标不符合我国规范对高速公路的要求；–三种粗、细集料均满足高性能沥青路面集料规范的认同特性要求；48集料标准比较集料标准比较49矿料指 标JTJ032Superpave标准说明粗集料石料压碎值（%） 不大于28—视密度（t/m3） 不小于2.50—吸水率（%） 不大于2.00—对沥青的粘附性（%） 不小于4级—通过水敏感性试验检验软石含量（%） 不大于5—石料磨光值（BPN） 不小于42—石料冲击值（%） 不大于28—细长扁平颗粒含量（%） 不大于1510细长比为1:5破碎砾石的破碎面积（%） 不小于－表面层－中下面层905055/—～100/100与交通量和深度有关洛杉矶磨耗损失（%） 不大于3035～45坚固性（%） 不大于1210～20也称为安定性水洗法＜0.075mm颗粒含量（%） 不大于10.2～10与杂质组成成分有关细集料视密度（t/m3） 不小于2.50—粘土含量，砂当量（%） 不小于6040～50与交通量有关棱角性（%） 不小于—40～45与交通量和深度有关坚固性( 0.3mm部分)（%）不大于1210～20与粗集料相同矿粉视密度（t/m3） 不小于2.50—含水量（%） 不大于1—亲水系数＜1—50矿质集料技术指标矿质集料技术指标u主要结论–需要重视对中、下面层集料的要求；–以合成集料考察集料特性，而不是分别考虑各单个料堆对规范的符合程度；–规定部分地方性材料特性指标由地方政府制订是合适的；–有关集料规格方面的要求未能得到很好执行，应考虑强调或是放弃；–粗、细集料的界限宜随混合料公称最大粒径变化而变化。

51矿质集料技术指标矿质集料技术指标u主要结论–细集料棱角性指标对获得混合料体内较高的摩擦系数是有益的；–“破碎砾石的破碎面积”——破碎面个数；–有必要制定“粗集料棱角性”指标及其测定方法52矿质集料技术指标矿质集料技术指标53集料级配集料级配uFuller曲线：–D=最大集料粒径；–d=某级筛孔尺寸；–P=粒径小于（通过）d的集料的百分率 uFuller（前苏联）：n=0.5uNijboer：n=0.4～0.5uA.N.Talbol：n=0.3～0.5uFHWA：n=0.4554集料级配集料级配——表表3-1u世界各国的筛孔系列不统一–欧洲国家的筛孔尺寸系列相互之间比较接近–中国、美国、澳大利亚、日本、新西兰等国的筛孔尺寸系列比较相近–前苏联、新西兰以倍增法则设置筛孔尺寸系列55我国规范的级我国规范的级配范围中值配范围中值 级配类型通过下列筛孔的级配范围中值百分率（%）37.531.526.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075AC-30I10097.585.5746862534233.525191395AC-25I10097.582.57163534233.525191395AC-20I10097.582.571624837272115106AC-16I10097.582.56852.54129.52216116AC-13I10097.5795844.532.52417126AC-10I10097.5654834.52517116.5AC-5I10097.56545302012.57.556按级配范围中值反算的富勒公式指数按级配范围中值反算的富勒公式指数n值值级配类型按级配范围中值反算的富勒公式的指数n值平均31.526.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075AC-30I0.15*0.450.440.450.460.460.420.400.400.400.420.440.480.44AC-25I0.15*0.380.510.530.530.460.420.420.420.440.450.500.46AC-20I0.08*0.380.490.470.430.410.420.410.420.450.480.44AC-16I0.15*0.530.560.460.430.440.440.440.460.510.47AC-13I0.13*0.450.450.420.430.430.450.450.520.45AC-10I0.08*0.420.430.440.450.470.490.530.46AC-5I0.04*0.310.380.440.470.500.540.4457按级配范围中值反算的富勒公式指数按级配范围中值反算的富勒公式指数n值值u不计第一个点u在全部63个点中，n值最大的为0.56，最小的为0.31；u有48个点的n值在0.4～0.5范围内，0.5以上的有11个点，小于0.4的只有4个点；u对所有7个级配计算除第一点外的其余n的平均值，其中AC-13I的n的平均值刚好为0.45，其余级配的n的平均值在0.44～0.47之间u对所有7个级配的n的平均值取平均，正好是0.45。

58ASTM规范密级配范围规范密级配范围——控制点控制点筛孔尺寸级配类型5037.525.019.012.59.54.75631005090～10010037.590～10010025.060～8090～10010019.056～8090～10010012.535～6556～8090～1001009.556～8090～1001004.7517～4723～5329～5935～6544～7455～8580～1002.3610～3615～4119～4523～4928～5832～6765～1001.1840～800.6025～650.303～154～165～175～195～217～237～400.153～200.0750～50～61～72～82～102～102～1059Superpave规范的集料级配控制点规范的集料级配控制点 筛孔尺寸37.5251912.59.54.75最小最大最小最大最小最大最小最大最小最大最小最大5010037.59010010025909010010019909010010012.590901001001001009.59090100951004.7590901002.36154119452349285832671.1830540.07506172821021061260我国现行规范我国现行规范——密级配密级配筛孔尺寸级配类型AC-30IAC-25IAC-20IAC-16IAC-13IAC-10IAC-5I37.510031.590～10010026.579～9295～10010019.066～8275～9095～10010016.059～7762～8075～9095～10010013.252～7253～7362～8075～9095～1001009.543～6343～6352～7258～7870～8895～1001004.7532～5232～5238～5842～6348～6855～7595～1002.3625～4225～4228～4632～5036～5338～5855～751.1818～3218～3220～3422～3724～4126～4335～550.6013～2513～2515～2716～2818～3017～3320～400.308～188～1810～2011～2112～2210～2412～280.155～135～136～147～158～166～167～180.0753～73～74～84～84～84～95～1061Superpave级配限制区级配限制区u目的：–避免混合料中含有过高比例的细砂（相对总砂量）–避免级配遵从最大密实度线，以获得适当的VMA–不鼓励在混合物中采用天然细砂，而提倡采用洁净的人工砂u这种设计集料结构的方法能保证集料形成强而稳定的石料骨架，以增强抵抗永久变形的能力，同时考虑了足够的空隙以增强混合料耐久性。

62Superpave级配限制区级配限制区筛孔尺寸37.5251912.59.5最小最大最小最大最小最大最小最大最小最大0.3101011.411.413.713.715.515.518.718.70.611.715.713.617.616.720.719.123.123.527.51.1815.521.518.124.122.328.325.631.631.637.62.3623.327.326.830.834.634.639.139.147.247.24.7534.734.739.539.563集料密度对混合料级配的影响集料密度对混合料级配的影响 u集料级配的实质是体积百分比；u现行规范采用质量百分比方式进行级配设计；u集料的密度相差不大时，采用质量百分率与采用体积百分率所造成的集料级配偏差不大；u集料的密度差越大，体积差也越大u采用密度差较大的集料进行级配设计时，应对重量百分率进行进行体积换算64集料密度对混合料级配的影响集料密度对混合料级配的影响——算例算例筛孔尺寸（mm）体积通过百分率（%）质量通过百分率（%）偏差（%）19.0100100016.099.199.00.113.290.890.00.89.579.978.01.94.7564.061.52.52.3641.839.91.91.1831.730.11.60.6021.220.21.00.3013.112.50.60.159.28.70.50.0756.56.10.465集料级配范围中限的密实特性集料级配范围中限的密实特性——ASTM——ASTM标准级配范围中限与最大密度线的比较标准级配范围中限与最大密度线的比较标准级配范围中限与最大密度线的比较标准级配范围中限与最大密度线的比较 筛孔尺寸（mm）集料公称最大尺寸（mm）最大极差251912.59.5最大密度线级配中限最大密度线级配中限最大密度线级配中限最大密度线级配中限37.510010025.083.39510010011.719.088.4951001006.612.561.06882.89510010012.29.564.76888.4956.64.7539.54447.45053.65964.7705.42.3628.83234.63639.14347.249.53.91.180.60.311.41113.71215.51318.7153.70.150.0756.147.358.3610.064.066集料级配范围中限的密实特性集料级配范围中限的密实特性————我国现行规范级配范围中限与最大密度线的比较我国现行规范级配范围中限与最大密度线的比较我国现行规范级配范围中限与最大密度线的比较我国现行规范级配范围中限与最大密度线的比较筛孔尺寸(mm)集料公称最大尺寸（mm）最大极差26.5191613.29.5最大密度线级配中限最大密度线级配中限最大密度线级配中限最大密度线级配中限最大密度线级配中限31.510010026.592.597.51001005.019.079.782.586.197.510010011.416.073.77179.782.592.697.51001004.913.267.66373.17184.982.591.797.51001005.89.558.35363.06273.26879.17986.297.511.34.7542.74246.14853.652.557.95863.1651.92.3631.233.533.73739.14142.344.546.1483.31.1822.82524.62728.629.530.932.533.734.52.40.616.81918.22121.12222.82424.9252.80.312.31313.31515.51616.71718.2171.70.159.099.71011.31112.21213.3112.20.0756.157.168.369.069.86.53.367集料级配范围中限的密实特性集料级配范围中限的密实特性————我国现行规范级配范围中限与最大密度线的比较我国现行规范级配范围中限与最大密度线的比较我国现行规范级配范围中限与最大密度线的比较我国现行规范级配范围中限与最大密度线的比较68（公称）最大筛孔尺寸对级配曲线的影响（公称）最大筛孔尺寸对级配曲线的影响u我国现行规范的筛孔系列与美国标准的筛孔系列相比：–我国现行规范的筛孔系列比美国标准多16mm和31.5mm两个筛孔；–虽然13.2mm与12.5mm和26.5mm与25mm两组两组筛孔尺寸相差比较小，可以当作是同一个筛孔尺寸来处理，但由于多了16mm和31.5mm两个筛孔，不仅多了两个级配，而且相应的（公称）最大筛孔尺寸也随之发生变化。

69（公称）最大筛孔尺寸对级配曲线的影响（公称）最大筛孔尺寸对级配曲线的影响70公称最大尺寸与限制区的关系公称最大尺寸与限制区的关系——美国美国Superpave规范限制区规范限制区筛孔尺寸(mm)集料公称最大尺寸（mm）37.5251912.59.54.75最小最大最小最大最小最大最小最大最小最大最小最大0.3101011.411.413.713.715.515.518.718.721.121.10.611.715.713.617.616.720.719.123.123.527.525.931.91.1815.521.518.124.122.328.325.631.631.637.639.139.12.3623.327.326.830.834.634.639.139.147.247.2--4.7534.734.739.539.5--------71公称最大尺寸与限制区的关系公称最大尺寸与限制区的关系——计算的我国现行规范限制区计算的我国现行规范限制区筛孔尺寸(mm)级配类型AC-30AC-25AC-20AC-16AC-13AC-10AC-5I最小最大最小最大最小最大最小最大最小最大最小最大最小最大0.311.411.412.312.313.313.315.515.516.716.718.218.221.121.10.613.617.614.818.816.220.219.123.120.824.822.926.925.931.91.1818.124.119.825.821.727.725.631.627.933.930.736.739.139.12.3626.830.829.233.233.733.739.139.142.342.346.146.1--4.7539.539.542.742.7-　-　-　-　-　-　-　-　--72公称最大尺寸与限制区的关系公称最大尺寸与限制区的关系u我国现行规范比美国多两个级配；u我国筛孔系列级配中只有AC-5I、 AC-16I和AC-30I三个级配，分别与美国Superpave的4.75mm、12.5mm和25mm公称最大尺寸级配的限制区完全相同；u我国AC-13I和AC-25I与美国Superpave的12.5mm、25.0mm两个级配因为最大筛孔尺寸不同，限制区也不同。

73临界值对级配及级配定名的影响临界值对级配及级配定名的影响——例表例表级配定名通过下列筛孔百分率（%）251912.59.54.752.361.180.60.30.150.075Sup-1910099.889.771.045.231.421.216.08.87.46.5Sup-12.510099.990.571.945.231.421.216.08.87.46.574临界值对级配及级配定名的影响临界值对级配及级配定名的影响u略微改变料堆比例，获得了如前表所示的通过百分率，产生了Sup-19和Sup-12.5两个不同的级配；u除了12.5mm筛孔的通过率相差0.8%外，仅19mm筛孔的通过率变化了0.1%，9.5mm筛孔的通过率变化了0.9%，其余筛孔的通过率都没发生变化u按照Superpave级配规范对级配类型进行定名的规则，12.5mm筛孔的通过率正好处于临界状态，正是由于这0.8%的差异，导致产生了两个不同的级配；u相对于19mm公称最大集料尺寸级配，设计级配曲线刚好通过限制区的下沿，是一种较粗的级配而相对于12.5mm公称最大集料尺寸级配，设计级配曲线则远离其限制区的下沿，显示为一种很粗的级配。

75临界值对级配及级配定名的影响临界值对级配及级配定名的影响76细集料组成对级配的影响细集料组成对级配的影响u在0.6mm或1.18mm粒径附近，常会观察到“驼峰”现象，也就是说0.6mm或1.18mm粒径附近的级配曲线会向上凸起，这种情况的出现将容易使级配曲线进入限制区u在多数情况下，驼峰级配表示级配中含有过多的砂或混合料中细料过多，这种级配会导致混合料变软，是一种比较敏感的混合料，在压实过程中容易出现问题，而且这种混合料的抗永久变形能力也较差 77细集料组成对级配的影响细集料组成对级配的影响78细集料组成对级配的影响细集料组成对级配的影响0.010.020.030.040.050.060.070.080.090.0100.0SMASUP控制点上限SUP控制点下限SAC 16SUP集料禁区上限集料禁区下限AC 16I0.07519.013.29.52.3679细集料组成对级配的影响细集料组成对级配的影响80沥青混合料技术要求沥青混合料技术要求u马歇尔方法：–体积指标：空隙率、矿质集料间隙率、沥青填隙率（饱和度） –力学指标：稳定度、流值、残留稳定度uSuperpave方法：–体积指标：空隙率（压实度）、矿质集料间隙率、沥青填隙率（饱和度）、粉胶比81沥青混合料技术要求沥青混合料技术要求uASTM D1559：“使用马歇尔设备测定沥青混合料抗塑性流动能力”，可见马歇尔稳定度试验主要用于考察沥青混合料的抗高温变形能力。

u大量的研究成果表明，沥青混合料的马歇尔稳定度和流值与沥青混合料的高温性能并不相关，马歇尔稳定度和流值指标也并不能反映沥青混合料的抗高温变形能力u一些按常规设计的密级配沥青混合料，其马歇尔稳定度大于10kN是相当普遍的现象，但其抗车辙能力并不一定好相反，沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）的马歇尔稳定度一般并不高，但抗高温变形的能力却很出色 82沥青混合料技术要求沥青混合料技术要求u关于VMA的比较：–我国现行规范按“最大集料粒径”确定，美国规定为“公称最大粒径”；–我国对所有集料级配的VMA所对应的空隙率都是一个范围：3%～6%，而美国则是对不同的空隙率规定了不同的VMA 83沥青混合料技术要求沥青混合料技术要求u对粉胶比的规定：–我国现行规范：1～1.2–按照我国现行规范沥青混合料矿料级配及沥青用量范围表中密级配的矿粉与沥青用量建议值计算，极端比值范围为0.5～2.0，中值范围为1～1.2之间 –美国Superpave规范体系：0.6～1.2–当级配曲线通过限制区下部时，粉胶比指标可提高到0.8～1.6–对于公称最大粒径为4.75mm的级配，美国沥青技术中心提出的粉胶比建议值为：0.9～2.2， 84沥青混合料技术要求沥青混合料技术要求u对沥青填隙率（VFA）的规定：–我国现行规范：tI 型沥青混凝土：70～85tII 型沥青混凝土： 60～75t沥青碎石： 40～60–美国Superpave规范体系t设计交通量 ＜0.3×106：70～80t设计交通量为 0.3～＜3×106：65～78t设计交通量 ≥30 ×106：65～75t对于公称最大粒径为4.75mm的级配：–设计交通量 ＜0.3×106：75～80–设计交通量 ≥0.3 ×106：75～7885沥青混合料设计方法沥青混合料设计方法 uBruce Marshall法uFrancis Hveem法 uHubbard现场法uSmith三轴法u德克萨斯旋转压实法 86马歇尔击实法的局限性马歇尔击实法的局限性u与路面设计相关性不好；u不能精确的判断不同交通量对沥青混合料的技术指标要求；u试件成型方法不能模拟行车压实 ；u不能预测路面是否会出现早期破坏 87旋转压实机的优点旋转压实机的优点u旋转压实机中体现了搓揉作用，能较好的模拟混合料的现场压实；u旋转压实机试验精度和数据采集系统自动化程度较高；u不仅可以评价密实过程中某一点的压实情况，还可以评价沥青混合料在整个服务期间的密实特征。

88室内压实效果与现场压实的关系室内压实效果与现场压实的关系——美国美国SHRP的结论的结论压实设备最接近现场钻芯取样（％）德州旋转压实45钢轮碾压25搓揉压实23标准马歇尔击实789旋转压实机（旋转压实机（SGC））u1939年：德州公路部研究并开发了第一代手动的旋转压实机；u1946年：德州公路部对旋转压实机的技术要求和方法进行了标准化；u50年代：John L. McRae与美国陆军工兵部队的工程师一起，根据德州公路部旋转压实机的原理，开发了 “旋转搓揉压实机”，并于1957年申请了专利； u90年代初：研制了SHRP旋转压实机90旋转压实机（旋转压实机（SGC）） ——Troxler91旋转压实原理旋转压实原理92旋转压实参数比较旋转压实参数比较参数欧洲/SHRP澳大利亚旋转角（°）1.00/1.252－φ100mm3－φ150mm压力（kPa）600240旋转速度（cpm）306093旋转压实参数对压实效果的影响旋转压实参数对压实效果的影响u旋转角：–角度越大，压实越快；–空隙率随旋转压实角度增加而递减u竖直压力：–竖直压力越大，压实越充分；–空隙率随竖直压力增加而线性递减。

u旋转速率：–旋转压实速率对体积特性影响最小94高性能沥青路面混合料设计方法提纲高性能沥青路面混合料设计方法提纲uI.材料选择材料选择–A.沥青胶结料选择t使用气象数据库确定工程项目所在地的气候条件t选择温度可靠度水平t确定设计温度t选择符合设计温度要求的性能级胶结料t利用温度—粘度关系曲线确定实验室拌和与压实温度–B.集料选择t1.统一特性–混合物级配–粗集料棱角性–细集料棱角性–扁平与细长颗粒–粘土含量t 2.机构自定与其他特性–密度–坚固性–安定性–有害材料–其他–C.改性剂选择95高性能沥青路面混合料设计方法提纲高性能沥青路面混合料设计方法提纲uⅡⅡ. 设计集料结构的选择设计集料结构的选择–A.建立试拌混合物t1. 确定三个混合物级配t2. 评价混合集料的特性–B. 压实试拌混合料试件t1. 确定试拌沥青胶结料用量–a. Superpave方法–b. 工程判断方法t2. 确定试拌混合料试件尺寸t3. 确定N初始和N设计t4. 拌和试拌混合料试件t5. 压实试件并产生压密曲线图表t6. 确定混合料特性（Gmm和Gmb）–C. 评价试拌混合物t1. 确定在N初始和N设计时的理论最大密度百分率（%Gmm）t2. 确定空隙率（Va）和矿质骨料间隙率（VMA）t3. 估计达到4%空隙率时的沥青胶结料用量t4. 估计在估计沥青胶结料用量时的混合料特性t5. 确定粉胶比t6. 将混合料特性与设计标准进行比较–D. 选择最有希望的设计集料级配作进一步分析 96高性能沥青路面混合料设计方法提纲高性能沥青路面混合料设计方法提纲uⅢⅢ. 设计沥青胶结料用量的选择设计沥青胶结料用量的选择–A. 在多个沥青胶结料用量下压实设计集料结构t1.拌和设计集料结构试件t2.压实试件并产生压密曲线图表–B. 确定沥青胶结料用量与混合料特性的关系t1.测定在N初始、N设计和N最大时的最大理论密度百分率（%Gmm）t2.测定体积性质t3.确定粉胶比t4.绘制沥青胶结料用量与混合料特性的关系图–C. 选择设计沥青胶结料用量t1.确定在4%空隙率时的沥青胶结料用量t2.确定在选定沥青胶结料用量的混合料特性t3.将混合料特性与设计标准进行比较uⅣⅣ. 用用AASHTO T283方法评价设计沥青混合方法评价设计沥青混合料的水敏感性料的水敏感性97Superpave方法与方法与Marshall方法的比较方法的比较Superpave方法方法Marshall方法方法I.I.材料材料选择I.I.材料材料选择A.沥青胶结料选择A.沥青胶结料选择1.使用气象数据库确定工程项目所在地的气候条件2.选择温度可靠度水平3.确定设计温度4.选择符合设计温度要求的性能级胶结料5.利用温度—粘度关系曲线确定实验室拌和与压实温度1.根据经验选择沥青等级2.与已建工程类比B.集料选择B.集料选择1.统一特性2.机构自定与其他特性1.粗集料规格与质量技术要求2.细集料规格与质量技术要求3.矿粉质量技术要求C.改性剂选择C.改性剂选择98Superpave方法与方法与Marshall方法的比较方法的比较Superpave方法方法Marshall方法方法Ⅱ.Ⅱ.设计集料集料结构的构的选择Ⅱ.Ⅱ.设计集料集料结构的构的选择A.建立试拌混合物A.确定集料级配1.确定三个混合物级配 2.评价混合集料的特性1.根据矿料级配范围确定矿料级配B.压实试拌混合料试件1.确定试拌沥青胶结料用量2.确定试拌混合料试件尺寸3.确定N初始和N设计4.拌和试拌混合料试件5.压实试件并产生压密曲线图表6.确定混合料特性（Gmm和Gmb）99Superpave方法与方法与Marshall方法的比较方法的比较Superpave方法方法Marshall方法方法C.评价试拌混合物1.确定在N初始和N设计时的理论最大密度百分率（%Gmm）2.确定空隙率（Va）和矿质骨料间隙率（VMA）3.估计达到4%空隙率时的沥青胶结料用量4.估计在估计沥青胶结料用量时的混合料特性5.确定粉胶比6.将混合料特性与设计标准进行比较D. 选择最有希望的设计集料级配作进一步分析100Superpave方法与方法与Marshall方法的比较方法的比较Superpave方法方法Marshall方法方法Ⅲ.Ⅲ.设计沥青胶青胶结料用量的料用量的选择Ⅲ.Ⅲ.设计沥青胶青胶结料用量的料用量的选择A.在多个沥青胶结料用量下压实设计集料结构A.在多个沥青胶结料用量下压实设计集料结构1.拌和设计集料结构试件2.压实试件并产生压密曲线图表1.拌和设计集料结构试件2.压实试件B.确定沥青胶结料用量与混合料特性的关系B.确定沥青胶结料用量与混合料特性的关系1.测定在N初始、N设计和N最大时的最大理论密度百分率（%Gmm）2.测定体积性质3.确定粉胶比4.绘制沥青胶结料用量与混合料特性的关系图1.测定或计算沥青混合料的最大理论密度百分率（%Gmm）2.测定体积性质3.绘制沥青胶结料用量与混合料特性的关系图101Superpave方法与方法与Marshall方法的比较方法的比较Superpave方法方法Marshall方法方法C.选择设计沥青胶结料用量C.选择设计沥青胶结料用量1.确定在4%空隙率时的沥青胶结料用量2.确定在选定沥青胶结料用量的混合料特性3.将混合料特性与设计标准进行比较1.计算相应于密度最大值、稳定度最大值、规定空隙率范围中值（或目标空隙率）时的沥青用量的平均值OAC12.计算各项指标均符合沥青混合料技术标准的沥青用量范围的中值OAC23.用OAC1和OAC2综合决定最佳沥青用量Ⅳ.Ⅳ.设计沥青混合料青混合料评价价Ⅳ.Ⅳ.设计沥青混合料青混合料检验A.水敏感性A.水敏感性1.AASHTO T283方法1.O729-2000方法B.高温稳定性1.T0719-1993方法102Superpave设计方法的优点设计方法的优点u1）Superpave规范体系对集料、混合料的体积特性阐述得比较清楚，各体积参数的定义明确，关系清晰。

u2）Superpave规范体系强调在进行沥青混合料设计时要考虑集料对沥青的吸收，也就是说在进行有关计算时采用有效沥青用量，而不是总的沥青用量，这个观点有利于对沥青混合料设计与计算过程中某些现象的解释u3）集料有效相对密度与集料对沥青的吸收性密切相关，与有效沥青用量一样，是计算混合料体积特性的重要参数之一，103Superpave设计方法的优点设计方法的优点u4）由于马歇尔稳定度和流值与沥青混合料的路用性能并不相关，增加马歇尔击实次数也并不能有效地提高沥青混合料试件的压实度旋转压实方法不仅与实际路面的压实过程接近，而且压实效果也比较接近，比之马歇尔击实方法，旋转压实显示出明显的优越性，是值得推广的u5）Superpave方法在进行沥青混合料设计时，考虑了沥青混合料的老化，设计结果更符合于实际 104Superpave设计方法的优点设计方法的优点u6）与传统的密级配沥青混合料相比，Superpave混合料级配考虑了集料的嵌挤，因此具有更好的抗车辙能力；u7）Superpave方法的旋转压实次数与交通量有关，目的更明确；u8）Superpave方法用N初始、N设计、N最大分别规定所设计混合料在不同压实阶段的压实性要求，可充分反映沥青混合料的压实特性； 105沥青混合料设计沥青混合料设计u初试级配：21个–石灰岩集料：12个tSuperpave级配：9个t比较用的AC级配：3个–花岗岩集料：6个–玄武岩集料：3个106沥青混合料设计结果沥青混合料设计结果集料类型级配设计混合料特性PbVMAVFA%Gmm@Nini=8DP石灰岩19mm4.513.970.486.01.312.5mm5.014.673.386.11.19.5mm5.715.974.586.01.1玄武岩9.5mm5.616.575.986.11.2花岗岩12.5mm5.814.372.885.51.29.5mm7.015.774.085.01.2107马歇尔稳定度试验验证马歇尔稳定度试验验证 混合料集料类型石灰岩花岗岩级配类型19M12.5M9.5M9.5M沥青用量（%） 4.55.05.77.0马歇尔击实空隙率Va（%）4.24.74.95.2矿料间隙率 VMA（%）13.815.316.616.6饱和度 VFA（%）69.669.370.568.7稳定度MS（kN）11.799.513.910.0流值FL（0.1mm）29.127.626.927.0旋转压实空隙率Va（%）4.13.94.14.1矿料间隙率 VMA（%）13.914.615.915.7饱和度 VFA（%）70.473.374.574.0%Gmm@N初始86.086.186.085.0%Gmm@N最大97.296.697.80.075/Pbe1.31.11.11.2108马歇尔压实度验证马歇尔压实度验证——12.5mm石灰岩集料石灰岩集料试件编号123456789平均Sup空隙率4.44.64.94.64.05.05.05.14.84.73.9矿料间隙率15.115.215.515.214.715.615.615.715.415.314.6饱和度 70.969.768.469.772.867.967.967.568.869.373.3109Superpave方法压实度验证方法压实度验证——12.5mm石灰岩集料石灰岩集料项目级配类型AC-10IAC-13IAC-16IAC-13IAC-20IAC-13I沥青用量（%）5.75.04.75.14.95.2马歇尔击实空隙率（%）3.23.63.83.13.24.4Superpave方法空隙率（%）2.02.61.62.01.41.1空隙率差（%）1.21.02.21.11.83.3110主要结论主要结论u1）AASHTO T283方法对检验沥青混合料的抗水损害能力比较敏感。

我国试验规程中与之对应的方法是“沥青混合料冻融劈裂试验”，因为未对试件的空隙率和饱水率提出要求，试验结果的离散性较AASHTO T283方法大u2）车辙试验方法对检验沥青混合料的抗高温变形能力是有效的，但应对试件的制备、技术指标等提出明确的要求u3）已有数据显示，用Superpave方法设计的沥青混合料有较好的抗高温变形能力，其低温与抗水损害能力没有明显变化u4）与马歇尔方法相比，用Superpave方法设计的沥青混合料需要较大的压实功，当采用马歇尔击实试件密度作为施工检验标准时，应将其空隙率相应减少约1%111Superpave对改性沥青的适应性对改性沥青的适应性 u“Superpave改性沥青结合料草案” （NCHRP 9-10）项目结论：–现行的Superpave沥青胶结料性能级规范低估了改性沥青胶结料的潜在性能，建议：t1）使用动态剪切流变仪（DSR）对改性沥青试样进行重复蠕变试验，测定蠕变劲度的粘性成分Gv，来表征改性沥青的永久变形特性t2）使用动态剪切流变仪（DSR）对改性沥青试样进行重复周期加载试验，测定裂缝发展时周期数Np，来表征改性沥青的疲劳特性t3）使用弯曲梁流变仪和直接拉伸试验仪，直接测定改性沥青的玻璃转化温度，结合按地区规定的降温速率测定的破坏应力和应变，来表征改性沥青的低温开裂特性。

112SBS改性沥青的复数剪切模量与温度的关系改性沥青的复数剪切模量与温度的关系113SBS改性沥青的相位角与温度的关系改性沥青的相位角与温度的关系 114弹性分量与温度的关系弹性分量与温度的关系 115沥青混合料压密特性沥青混合料压密特性u性坐标中，压实度与旋转压实次数呈幂指数关系，利用回归方程就可计算出曲线上任一点处的斜率，该点处的斜率表示混合料在此处的压实特征斜率越大，表示混合料被压密的速率越快反之，斜率越小（即曲线越平缓），表明混合料的内摩阻力越大，混合料被压密的速率越慢u通常可把密实曲线分成不同的两个区间，在Nini和Ndes间可以用半对数坐标图上的线性方程来表示密实曲线而Nini和Ndes间的密实曲线性坐标中可用一直线来拟合u混合料M2的密实度斜率比混合料M1的大；表明混合料M2具有更大的压实速率u沥青混合料的抗高温车辙能力不仅与混合料骨架结构有关，而且与混合料的集料颗粒间相互接触面有关M2混合料有较高的骨架强度，但显示出的抗车辙能力不如M1，表明其内摩擦力较弱116沥青混合料压密特性沥青混合料压密特性——细型细型M1、粗型、粗型M2两种混合料两种混合料压实次数级配类型沥青用量致密特性半对数坐标下Ndes－Nini平均斜率线坐标下的斜率线坐标下Nmax-Ndes平均斜率斜率@Nini斜率@NdesNmax＝160M14.79.120.4680.0420.0222M25.29.390.4740.0420.0236Ndes=100M14.48.790.4520.040---4.99.420.4870.044---5.49.630.4990.045---5.99.640.4930.044---M24.48.970.4600.041---4.69.190.4740.042---5.19.310.4770.043---5.69.500.4830.043---6.19.640.4920.044---117沥青混合料压密特性沥青混合料压密特性——线性坐标线性坐标118沥青混合料压密特性沥青混合料压密特性——半对数坐标半对数坐标119沥青混合料压密特性沥青混合料压密特性——线性坐标（线性坐标（Ndes－－Nmax间间 ））120密实度能量指数密实度能量指数CEI与与TDI分析分析u密实度能量指数：表示为密实度曲线上任两点间围成区域面积。

代表旋转压实条件下，减小混合料孔隙率所需要做的功u旋转压实机所消耗的能量可分成两部分：–（1）一部分能量消耗在集料颗粒间的相互剪切，但没有改变混合料的体积–（2）另一部分是使混合料体积发生改变时所消耗的能量，此时旋转压实机的加载杆发生竖向位移，用所加的荷载乘以位移就可以得出体积改变所消耗的功u通过计算可以发现：压实时更多的能量消耗在集料间的剪切，而不是混合料的体积改变上，也即只有小部分能量真正用来有效的改变混合料的体积 121密实度能量指数密实度能量指数CEI与与TDI分析分析122施工过程中的压实能指数施工过程中的压实能指数CEI——（（Construction Energy Index））uCEI：指混合料在铺筑过程中，使其压实到某一指定的密实度时，摊铺机或压路机对沥青混合料所做的功u在摊铺过程中，同样的条件下摊铺机所消耗的能量，或所做的功可能是一样的，但对沥青混合料路面的压实效果却可能是不一样的，显然，这与沥青混合料本身的压实特性有关u与摊铺机摊铺效果相似，压路机所消耗的能量是把摊铺机操作后的初始密度压实到指定的初始密度（如92％Gmm）所做的功u如果混合料所需的压实能越低，则意味着这样的混合料施工和易性越好。

u压实能可以用压实过程中记录的密实曲线上两点间的面积来表示 123交通密实指数交通密实指数TDI——（（Traffic Densification Index））uTDI96定义为：把混合料从92%Gmm压实到96%Gmm所做的功，在数值上等于密度曲线上这两点间的面积 uTDI98定义为：把混合料从96%Gmm进一步压实到98%Gmm时所做的功u当混合料被压实到98%Gmm时，认为已经达到了极限密实程度，也即混合料处于塑性破坏区在这一范围内，如果TDI98值越高，则混合料抗高温变形能力越好，因为这意味着要使混合料达到极限密度时，需要作用更多的交通荷载124密实度能量特性密实度能量特性——混合料混合料M1和和M2压实能量特性压实能量特性 压实次数级配类型沥青用量压实能量特性参数CEI8次-92%TDI 92％-96%TDI96％-98%Nmax＝160M14.72418.76980.64437.4M25.22328.46227.73957.6Ndes=100M14.43219.3------4.91737.14523.4---5.41171.83106---5.91171.53199.5---M24.44106.8------4.63302.1------5.12595.8------5.61707.44334.1---6.11082.83011.8---125沥青混合料压实的一般原理沥青混合料压实的一般原理u随着压实的进行，悬浮在沥青相中的集料颗粒将会发生重新排列；u在附加压实功的作用下，伴随着沥青结合料的流动，集料颗粒的最终排列将包括旋转和滑移，直到所有的内力和外力在集料的接触点上达到平衡；u随着集料颗粒的移动和旋转，沥青的剪切运动将在集料——沥青结合料表面发生。

颗粒间接触程度则依赖沥青结合料的剪切运动126压实温度的影响压实温度的影响u碾压最佳温度是指在材料允许的温度范围内，沥青混合料能够支撑压实机械而不产生不能接受的水平推移、且压实阻力较小的温度u研究表明：当沥青混合料的摊铺初始温度提高10℃，则碾压时间就可缩短近16%；而最低碾压温度每降低10℃，则碾压时间需延长近30%uParker 的研究证明：以135℃时的空隙率为准，则在93.3℃压实下的空隙率为135℃压实下的空隙率的2.4倍，而79.4℃压实下的空隙率为135℃压实下的空隙率的4倍 127压实温度的影响压实温度的影响——Parker 的研究结果的研究结果128混合料类型与压实能量的关系混合料类型与压实能量的关系129施工温度与混合料抗剪强度的关系施工温度与混合料抗剪强度的关系 密级配混合料 Superpave混合料130有效应力与细粒土固结原理有效应力与细粒土固结原理——固结固结固结固结——液体流模型液体流模型液体流模型液体流模型CFFCFF（（（（ConsolidationConsolidation－－－－Fluid FlowFluid Flow））））u应用持久的荷载，即使荷载数量级较小，也会促进沥青结合料的流动，填充空隙，使空隙中的空气排出。

如果作用短促的荷载，即使荷载数量级较大，混合料中的结合料和空气均会充当弹性阻尼，其作用大小则视沥青结合料的弹性劲度的增大幅度而定u荷载作用时间比作用荷载大小更为重要：–大的接触面积在沥青层的压实过程中有助于密实，促使空气、空隙分布均匀，有利于固结；–大的接触面积不仅可以使沥青膜的水平剪应力作用最小，而且抑止了剪切平面相邻两侧材料的隆起131试验路与实体工程试验路与实体工程u成都——南充高速公路：6kmu京福高速公路济齐段：32kmu济南——泰安高速公路：54kmu曲阜——张山子高速公路：140kmu泰安——曲阜高速公路：50km132试验路与实体工程试验路与实体工程u主要目的：–1）高性能沥青路面技术在我国应用的可能性与可行性–2）进行高性能沥青路面设计与施工实践–3）与马歇尔方法进行比较–4）混合料设计与施工质量控制–5）施工压实工艺与不稳定区问题–6）高性能沥青路面使用性能验证133试验路与实体工程试验路与实体工程u主要成果：–1）在国内首次将Superpave技术大规模应用到高速公路建设中去，并探索出一套采用Superpave设计，使用马歇尔方法进行验证和质量控制的实用方法，为Superpave技术在我国的推广应用奠定了良好的基础；–2）通过工程实践，探索出一条适合于Superpave混合料的生产配合比设计和通用拌和站调试模式，使生产出的沥青混合料稳定性显著提高；–3）探索出适合于Superpave混合料特点的表面抗滑磨耗层沥青混合料施工工艺和质量控制标准； 134试验路与实体工程试验路与实体工程u主要成果：–4）通过对级配和生产工艺等方面的研究，解决了Superpave混合料不稳定区施工的问题；–5）结合工程实际，解决了采用基性玄武岩和酸性石英二长岩集料用作Superpave抗滑表层的应用问题；–6）解决了采用普通沥青和SBS改性沥青用作为Superpave沥青胶结料用于抗滑表层的工程问题； 135试验路与实体工程试验路与实体工程u主要结论：–1）可以采用与普通密级配混合料相同的工艺生产Superpave混合料。

–2）Superpave混合料的运输和摊铺工艺，与普通沥青混合料完全相同，既不需改变设备类型，也不需增加设备数量–3）加强Superpave混合料的压实控制是保证沥青路面质量的一个关键因素–4）采用理论最大相对密度控制沥青路面的压实度（或空隙率）是十分必要的，也是可能的136试验路与实体工程试验路与实体工程u主要结论：–5）由于多数Superpave沥青混合料具有良好的骨架结构，表现在高温施工状态具有稳定性，使得高温碾压成为可能–6）由于Superpave沥青混合料要求细集料具有好的棱角性，促使增加了人工砂的用量，使得混合料的压实较为困难，通常需要较大吨位的压路机在高温状态下碾压才可能达到理想的压实度–7）Superpave沥青混合料的级配减少了混合料的离析，路面整体均匀性明显提高 137试验路与实体工程试验路与实体工程u主要结论：–8）通过适当的级配设计，可以在保证密实的条件下，提高路面的表面纹理深度，提高路面的摩擦力，保证行车的安全–9）由于使用与普通密级配沥青混合料路面施工完全相同的材料和机具，因此基本不会增加工程费用–10）由于施工中使用的施工设备与普通密级配沥青混合料路面相同，施工工艺也相同，因此基本不会增加施工难度。

–11）实践证明，采用高性能沥青路面技术能够铺筑出比普通密级配沥青混合料路面使用性能更好，寿命更长的沥青路面138在我国的应用情况在我国的应用情况u具有全套Superpave胶结料和混合料设备的单位：–研究机构（9）：江苏交科院、山东交科所、福建交科所、河南交科院、山西交科院、湖南交科院、天津市政、重庆公路所、北京公路所；–大专院校（4）：华南理工大学、同济大学、长沙交通学院、长安大学；–沥青生产厂（2）：北京科氏、深圳路安特139在我国的应用情况在我国的应用情况u具有部分胶结料设备的单位：–研究机构（2）：北京石科院、抚顺石科院–大专院校（3）：石油大学（华东）、广州大学、哈尔滨工业大学–沥青生产厂（11）：鄂州、镇江、广州、西安、营口、天津、沈阳三鑫、克拉玛依、浙江壳牌、胜利炼油厂、辽河石化 140在我国的应用情况在我国的应用情况u具有部分混合料设备（旋转压实机）的单位：–研究机构（5）：辽宁交科所、新疆交科所、河北交科所、江苏（2）–大专院校（3）：东南大学、哈尔滨工业大学、西南交通大学–业主和咨询公司（3）：湖北京珠、成都成南、天津国腾141在我国的应用情况在我国的应用情况u学习与培训–1989年4月：交通部重庆公路科学研究所邀请美国 TRB 主席 Thomas Dean 介绍美国SHRP 项目的研究情况；–1991年：重庆公路所组团访问美国 SHRP 办公室, 考察 SHRP 项目；–1993年：重庆所派员作为借用职员在美国联邦公路局公路研究中心(TFHRC, FHWA) 从事 Superpave 技术和LTPP 项目技术转移工作；–1995年：重庆公路所出版 “美国公路战略研究计划（SHRP）沥青课题专题情报资料”；–1995年：江苏交科所出版 “美国公路战略研究计划（SHRP）文献索引和摘要”；142在我国的应用情况在我国的应用情况u学习与培训–1997年：重庆公路所出版 “Superpave水准1沥青混合料设计”；“性能分级沥青混合料规范和试验”； –1999年：重庆所派员随交通部路桥代表团前往美国佐治亚州，学习有关试验技术，了解有关Superpave项目施工质量控制与质量保证的措施。

–2002年，江苏所出版 “高性能沥青路面 Superpave 实用手册 ” 143在我国的应用情况在我国的应用情况u应用–1995年，江苏省交通科研所、宁沪高速公路有限公司与交通部重庆公路科学研究所一起，共同开展了“沪宁高速公路江苏段沥青和沥青混合料路用性能评估”项目研究；–据不完全统计，到目前为止，全国已有山东、湖北、江苏、湖南、天津、上海、福建、陕西、四川、河南、广东等省、市修筑了Superpave试验路或实体工程，总里程已超过1000公里–据不完全统计，从1997年开始，全国累计使用Superpave混合料共计约904.5万吨， 144在我国的应用情况在我国的应用情况u技术交流–1）2001年8月13-14日在南京举行，90多人参加 ；–2）2001年12月9-10日在广州举行，30多人参加 ；–3）2003年4月13日在南京开幕，于4月15在济南闭幕， 80多人参加145结论结论u1）沥青性能级规范是一个全新的指标体系，不仅将沥青性能与使用温度联系起来，而且分别考虑了原样沥青、短期老化、长期老化（压力老化）等不同阶段的技术指标同时规范中采用的流变特性指标可为今后将沥青性能与沥青混合料性能，进而与沥青路面使用性能之间建立关系打下了基础。

u2）Superpave规范体系在选择沥青时，考虑了交通量、交通速度和保证率，显示了沥青选择的科学性、合理性146结论结论u3）细集料棱角性的技术要求是一项十分重要的指标，规定细集料棱角性指标有利于控制质量差的材料的使用，对确保沥青混合料的结构强度与高温稳定性都有重要影响u4）级配限制区的设置有利于集料级配的设计与选择，对确保获得“S”型级配可起到非常重要的作用，也有助于控制天然砂的用量u5）与传统的密级配沥青混合料相比，Superpave混合料级配考虑了集料的嵌挤，因此具有更好的抗车辙能力；147结论结论u6）在进行沥青混合料设计时，必须弄清楚有效沥青用量、集料毛体积相对密度、集料有效相对密度、矿料间隙率、沥青混合料理论最大相对密度等参数的意义以及相互之间的关系和计算方法u7）在进行沥青混合料有关体积特性参数的计算时，应特别注意考虑集料吸收沥青对沥青混合料体积特性产生的影响，因此，准确测定沥青混合料的理论最大相对密度和毛体积相对密度就显得十分重要 148结论结论u8）Superpave方法在进行沥青混合料设计时，考虑了沥青混合料的老化，设计结果更符合于实际u9）由于马歇尔稳定度和流值与沥青混合料的路用性能并不相关，增加马歇尔击实次数也并不能有效地提高沥青混合料试件的压实度。

旋转压实方法考虑了初始压实与行车的压实作用，压实条件与现场压实成型以及交通量条件建立起了联系，不仅与实际路面的压实过程接近，而且压实效果也比较接近，比之马歇尔击实方法，旋转压实显示出明显的优越性，值得推广 149结论结论u10）Superpave规范体系在对材料的选择，对整个沥青混合料的设计过程考虑了若干细节，例如对设计交通量的解释和规定，对VMA上限的规定，对9.5mm公称最大粒径混合料沥青饱和度的规定，对粗、细级配粉胶比的不同规定，混合料的短期老化等u11）采用沥青混合料的理论最大密度作为标准密度，是控制和保证施工质量的有效措施150结论结论u12）由于高性能沥青路面技术所具有的系统性、完整性、严密性和有效性，因此能够铺筑出比普通密级配沥青混合料路面使用性能更好，寿命更长的沥青路面u13）由于在进行高性能沥青路面施工过程中，使用与普通密级配沥青混合料路面施工完全相同的材料和机具，施工工艺也相同，因此基本不会增加施工难度，也不会增加工程费用 151对策对策u1）揭示沥青胶结料高低温性质和流变特性；u2）利用Superpave沥青胶结料性能规范与分级标准，检验我国各地传统应用沥青标号是否合理；u3）对我国现行级配规范进行深入研究；u4）对沥青混合料水敏感性指标进行深入研究；152对策对策u5）用最大理论密度作为现场质量控制密度标准更为科学合理；u6）对压实工艺予以更多的重视和改进；u7）引进一批新的试验方法；u8）利用Superpave 技术对改性沥青性能与指标进行深入研究；153对策对策u9）对Superpave 技术在SMA混合料设计中的应用进行研究；u10）改进与完善我国现行沥青混合料的马歇尔设计方法；u11）建立Superpave技术RD&T2（研究、开发与技术转移）中心；u12）开发适合我国国情的有关试验方法和技术标准。

154对修订我国现行规范的建议对修订我国现行规范的建议u1）对沥青结合料技术要求实行Superpave规范与我国规范并行的双轨制；u2）不同层位的粗集料技术要求应有所不同；u3）在集料技术要求中增加细集料棱角性指标；u4）放宽对地方性材料的技术标准，通过规定混合料指标来保证质量；u5）明确集料毛体积密度、有效密度、视密度的概念及其相互之间的关系； 155对修订我国现行规范的建议对修订我国现行规范的建议u6）在做配合比设计时规定集料必须用水洗法进行筛分；u7）设置集料级配限制区（暂行）；u8）对沥青混合料设计实行Superpave旋转压实方法与马歇尔击实方法并行的双轨制；u9）明确沥青混合料拌和与压实温度的确定方法；u10）沥青混合料设计增加老化过程； 156对修订我国现行规范的建议对修订我国现行规范的建议u11）明确规定集料、混合料密度的测定与计算方法；u12）明确有效沥青概念，提出粉胶比要求；u13）施工压实质量采用理论最大密度进行控制；u14）提出沥青混合料水敏感性试验试件空隙率指标要求；u15）提出沥青混合料车辙试验试件空隙率（或压实度）指标要求157158159160161162163164165166167168169。