Superpave瀝青混合料設計

劉宜平

（中交路星（北京）工程檢測技術有限公司，北京100121）

0 引言

廣河高速公路是廣東省、地、市高速公路連接線的重要組成部分，是粵贛高速和京珠高速兩條出省主要通道的重要橫向聯系道路，也是廣州“四環四聯絡十八射”主骨架之一。本文以廣河高速瀝青路面上面層SP-12.5 瀝青混合料設計為例，從材料選擇、骨料級配結構設計、最佳瀝青用量確定、壓實特性驗證、路用性能檢驗等方面，詳細介紹了Superpave 技術，對于其在國內其他工程的應用及推廣具有重要的參考價值。

1 Superpave技術背景

Superpave 瀝青混合料設計方法是繼維姆（Hveem）和馬歇爾（Marshall）瀝青混合料設計方法之后，美國瀝青協會發布和推廣的最新瀝青混合料設計方法。Superpave 瀝青混合料設計方法經過十多年的不斷研究和完善，已被北美大多數的州和省份所采用[1]。該設計方法是采用最新的工程設計理念，試件成型最接近瀝青路面的碾壓成型機理，礦料級配結構設計標準較為合理，瀝青混合料性能最優化的一種瀝青混合料設計方法。采用Superpave 方法設計和施工的瀝青路面比采用馬歇爾方法設計的瀝青路面在抵抗車轍、抗疲勞破壞、抗溫度裂縫和水穩定性能方面都有較大的提高。

2 瀝青混合料配合比設計

2.1 Superpave關鍵參數的確定

根據廣河高速惠州段路面工程項目采用的SBS改性瀝青的黏度與溫度試驗曲線，并考慮試驗過程中的溫度損失，確定瀝青混合料的拌和溫度為170℃，壓實成型溫度為158℃。試件成型壓力為600kPa，旋轉角度為1.25°，旋轉速度為30r/min，試件標準高度為115mm，試件直徑為150mm。根據本項目的道路等級、交通荷載和交通量，在設計使用年限內，當量軸載次數換算為Superpave 80kN 的標準當量軸載次數均大于3 000 萬次[2]。因此，根據Superpave 設計方法的要求，應選取試件成型的初始旋轉次數Nini為9次，設計旋轉次數Ndes為125次，最大旋轉次數Nmax為205次。

2.2 原材料選擇

結合廣河高速公路所在地的氣候和交通條件，計算確定了上面層所用的瀝青應滿足性能等級PG76—16 的要求，經多方調研論證后，采用某牌SBS 改性AH—70 瀝青。集料采用規格為11～16mm、6～11mm、3～6mm、0～3mm 的四種輝綠巖，填料采用石灰巖礦粉。

2.3 骨料級配結構設計

按照級配的粗細程度不同試選了粗、中、細三種級配，具體情況如表1所示。

表1 三種試配明細表

根據集料的技術指標計算出三種級配的試拌瀝青用量均為4.5%。按照2.1的參數進行拌和與成型，試驗結果如表2所示。Superpave要求混合料在設計的壓實功能下（Ndes=125 次） 的空隙率為4%，因此要對集料級配進行選擇評價，必須估算其在空隙率為4%時的各種體積特性和壓實功能是否滿足要求，估算結果如表3所示。

表2 三種試配的旋轉壓實指標匯總表（%）

表3 估算的三種試配旋轉壓實指標匯總表

比較表3 中所列各試配瀝青混合料的各項性能指標發現：級配一、級配二、級配三要達到4%的空隙率所需瀝青用量分別為5.2%、4.9%、4.7%，且級配二估算各項指標均優于級配一和級配三，符合設計要求，故選用級配二作為設計級配。

2.4 最佳瀝青用量確定

設計級配確定后，在設計的旋轉壓實功能（Ndes=125 次）下采用不同的瀝青用量成型試件，并對其體積參數進行測定，結果如表4所示。

表4 不同瀝青用量下旋轉壓實指標匯總表（%）

由表4 中結果可知，瀝青用量為4.4%時，空隙率偏高，瀝青填充率偏低；瀝青用量為5.4%和5.9%時，空隙率偏低，瀝青填充率超出規范要求。瀝青用量為4.9%時，瀝青混合料空隙率、礦料間隙率、瀝青填充率、粉膠比等各項指標均滿足Superpave 設計標準要求，且瀝青混合料外觀良好。因此，依據設計及相關工程經驗選定瀝青用量為4.9%。

2.5 壓實特性驗證

為了防止瀝青混合料在極限情況下的過度碾壓而造成瀝青路面的塑性變形，還必須對設計的瀝青混合料在最大壓實次數下的壓實度進行驗證。對于確定的試配二在最佳瀝青含量4.9%下拌制瀝青混合料，并在最大旋轉壓實次數Nmax=205次下用SGC 成型試件，對其體積特性及最大理論密度進行試驗。結果表明：此時壓實度為97.6%（＜98%），可以滿足Superpave標準的要求。

2.6 生產配比的確定

按照試配二的比例進行拌和站熱料生產，分別取熱料進行篩分與密度試驗，再根據熱料的篩分結果及目標配比合成級配，進行生產配比的調試工作。生產級配結果如表5所示。

表5 實際生產級配明細表

在生產級配確定后，在設計的旋轉壓實功能（Ndes=125 次）下，采用不同的瀝青含量成型試件，并對其體積參數進行測定，結果如表6所示。

表6 不同瀝青用量下生產配比旋轉壓實體積特性匯總表

由表6 的試驗結果可知，瀝青用量為4.9%時，空隙率最接近4%。采用4.9%瀝青用量拌和的瀝青混合料外觀良好，瀝青裹附均勻，礦料間隙率、瀝青填充率、粉膠比等各項指標均滿足Superpave設計標準要求，故選定生產配比的瀝青用量為4.9%。最后確定的配合比如表7所示。

表7 廣河高速SP—12.5瀝青混合料配合比

3 結語

從廣河高速惠州段路面工程上面層質量檢測的數據及評定結果來看，該項目上Superpave 瀝青混合料的設計與施工是成功的。但這種技術本身也處在不斷完善的過程中，在我國短時間內還不能完全取代傳統的馬歇爾設計方法，因此，建議從以下方面做進一步研究：

（1）Superpave 技術源于美國，參數的確定都是基于美國的工程實際情況而確定的，如何能讓該方法更符合中國國情，還需要進一步研究；

（2）正確選擇瀝青等級（PG 分級）是瀝青混合料設計的基礎，如何建立我國的氣候和溫度分區、瀝青性能分級數據庫還需要進一步研究。

[1] 賈渝，曹榮吉，李本京.高性能瀝青路面（Superpave）基礎參考手冊[M].北京：人民交通出版社，2005.

[2] 張衛平，趙戰利，張爭起.勉寧高速公路中面層Super?pave瀝青混合料的設計和施工[J].公路，2005（1）：23-25.