Superpave瀝青混合料配合比設計的試驗研究

白存現

（中國土木工程集團有限公司，北京100038）

1 引言

瀝青路面具有良好的力學性能、平整度和耐磨性好等特點，已被廣泛應用。但是，很多早期建設的瀝青路面相繼出現以功能性破壞為主的損害，如車轍、輕微裂縫和磨損等【1】。這些病害的出現不僅與交通量逐漸增大、重載車輛增多等因素有關，同時，也與瀝青混合料配合比設計不合理有關。因此，研究具有良好路用性能的新型瀝青路面具有重要意義。Superpave路面具有較強的抗車轍能力和良好的密實性等特點。但是，坦桑尼亞路面設計手冊和施工規范均缺乏Superpave的相關內容。本文針對Superpave-19瀝青混合料進行了配合比設計，再對Superpave-19瀝青混合料的高溫穩定性和低溫抗裂性進行檢驗，同時，通過鋪筑試驗路段對其路用性能進行評價，對推動Superpave在東非地區的應用具有積極的意義。

2 配合比設計

根據Superpave配合比設計方法，筆者進行了級配初選和試驗評價，由此確定了最佳瀝青用量，最后進行了最大次數驗證。

1）初選級配時，首先調試選出粗、中、細3個級配，再根據集料的密度和吸水率計算出各個級配的初始瀝青用量，然后用初始瀝青用量成型試件計算各個級配的瀝青混合料在空隙率為4.0%時所需的瀝青用量及相應的瀝青混合料體積性質，如礦料間隙率、瀝青飽和度、粉膠比及初始旋轉次數壓實度等【2】。

2）根據各個級配的估算瀝青用量，選用4.4%的瀝青用量，采用旋轉壓實儀成型試件進行旋轉壓實試驗和估算瀝青用量試驗，確定了設計級配。

3）設計級配確定后，采用5個不同的瀝青用量進行旋轉壓實試驗，在試驗結果基礎上進行圖表插值法計算，空隙率為4%時瀝青用量為4.4%。

4）對瀝青用量為4.4%的成型試件進行壓實，最大壓實次數時壓實度滿足規范要求。

3 瀝青混合料性能檢驗

本次試驗的同時也采用了馬歇爾混合料設計方法對本次所用瀝青混合料進行級配設計，對2種不同設計方法設計的瀝青混合料試件進行性能檢驗，對Superpave-19瀝青混合料和傳統設計方法下的瀝青混合料性能進行比較。

3.1 高溫穩定性

根據配合比設計要求，采用車轍試驗對2種不同設計方法下的瀝青混合料的高溫穩定性進行檢驗。試驗結果見表1。

表1 車轍試驗結果

通過表1可以看出，Superpave-19瀝青混合料的車轍試驗動穩定度遠大于設計要求2 400次/mm，同時也可以看出，Superpave法設計的瀝青混合料的動穩定度為馬歇爾法設計的瀝青混合料的1.27倍，說明了Superpave法設計的瀝青混合料具有較好的高溫穩定性。

3.2 低溫抗裂性

采用小梁彎曲試驗對2種不同設計方法下的瀝青混合料的低溫性能進行檢驗【3，4】，試驗結果見表2。

表2 小梁彎曲試驗結果

通過表2可以看出，馬歇爾法設計的瀝青混合料的低溫彎曲破壞應變要比Superpave法設計的瀝青混合料大，其破壞應變僅為Superpave法的1.08倍，說明Superpave法設計的瀝青混合料的性能較傳統方法設計的差別不大。

4 工程實踐

4.1 工程概況

本試驗路段位于坦桑尼亞依林加地區，隸屬于坦桑尼亞通往贊比亞的交通要道，車流量大，尤其是重載貨車多，對路面的承載力、溫度穩定性提出了較高的要求。該工程原路面設計為5cm普通熱拌瀝青混凝土，經過設計變更，改為該國首條應用改性瀝青混凝土的公路，公路路面結構層為40mm Superpave-12.5細粒式瀝青混凝土路面層+50mm Superpave-19中粒式瀝青混凝土路面層+150mm級配碎石基+150mm水泥穩定土底基層（C2）+150mm水泥穩定土底基層（C1）。試驗路段研究選KP2+100～KP2+300長度為200m，試驗路段鋪筑結束后對Superpave-19瀝青混凝土路面的瀝青混合料的用油量、高溫和低溫性能進行檢驗。

4.2 質量檢測

4.2.1 用油量及集料級配

用抽提儀測定瀝青混合料中瀝青用量，同時對集料級配進行檢驗，檢測結果見表3。

表3 抽提試驗結果

由表3可以看出，在試驗路段中瀝青混合料的瀝青用量平均值為4.44%，符合生產配合比的要求，同時抽提后集料的各個篩孔的篩余量均符合級配設計范圍。

4.2.2 高溫穩定性

對在試驗路段鉆取的芯樣進行了動穩定度檢測，試驗結果見表4。

表4 動穩定度試驗結果

由表4檢測結果表明，按照本文室內研究所確定的Superpave-19瀝青混合料，高溫性能完全可以滿足現行規范所要求的施工質量控制要求，其路用性能良好。

4.2.3 低溫抗裂性

由表5檢測結果表明，按照本文室內研究所確定的Superpave-19瀝青混合料，低溫性能完全可以滿足現行規范所要求的施工質量控制要求，其路用性能良好。

表5 低溫彎曲試驗結果

5 結語

通過瀝青混合料的馬歇爾指標及路用性能指標和現有的設計方法，對Superpave-19瀝青混合料進行了配合比設計，之后進行室內試驗研究和對試驗路段的路用性能進行檢測。研究結果表明，本次Superpave-19瀝青混合料配合比設計的最佳瀝青用量為4.4%，具有較好的高溫穩定性和低溫抗裂性，路用性能良好。