劉宜平

（中交路星（北京）工程檢測技術(shù)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(lián)系道路，也是廣州“四環(huán)四聯(lián)絡(luò)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(shè)計(jì)為例，從材料選擇、骨料級配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、最佳瀝青用量確定、壓實(shí)特性驗(yàn)證、路用性能檢驗(yàn)等方面，詳細(xì)介紹了Superpave 技術(shù)，對于其在國內(nèi)其他工程的應(yīng)用及推廣具有重要的參考價(jià)值。

1 Superpave技術(shù)背景

Superpave 瀝青混合料設(shè)計(jì)方法是繼維姆（Hveem）和馬歇爾（Marshall）瀝青混合料設(shè)計(jì)方法之后，美國瀝青協(xié)會(huì)發(fā)布和推廣的最新瀝青混合料設(shè)計(jì)方法。Superpave 瀝青混合料設(shè)計(jì)方法經(jīng)過十多年的不斷研究和完善，已被北美大多數(shù)的州和省份所采用[1]。該設(shè)計(jì)方法是采用最新的工程設(shè)計(jì)理念，試件成型最接近瀝青路面的碾壓成型機(jī)理，礦料級配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較為合理，瀝青混合料性能最優(yōu)化的一種瀝青混合料設(shè)計(jì)方法。采用Superpave 方法設(shè)計(jì)和施工的瀝青路面比采用馬歇爾方法設(shè)計(jì)的瀝青路面在抵抗車轍、抗疲勞破壞、抗溫度裂縫和水穩(wěn)定性能方面都有較大的提高。

2 瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)

2.1 Superpave關(guān)鍵參數(shù)的確定

根據(jù)廣河高速惠州段路面工程項(xiàng)目采用的SBS改性瀝青的黏度與溫度試驗(yàn)曲線，并考慮試驗(yàn)過程中的溫度損失，確定瀝青混合料的拌和溫度為170℃，壓實(shí)成型溫度為158℃。試件成型壓力為600kPa，旋轉(zhuǎn)角度為1.25°，旋轉(zhuǎn)速度為30r/min，試件標(biāo)準(zhǔn)高度為115mm，試件直徑為150mm。根據(jù)本項(xiàng)目的道路等級、交通荷載和交通量，在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，當(dāng)量軸載次數(shù)換算為Superpave 80kN 的標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量軸載次數(shù)均大于3 000 萬次[2]。因此，根據(jù)Superpave 設(shè)計(jì)方法的要求，應(yīng)選取試件成型的初始旋轉(zhuǎn)次數(shù)Nini為9次，設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)次數(shù)Ndes為125次，最大旋轉(zhuǎn)次數(shù)Nmax為205次。

2.2 原材料選擇

結(jié)合廣河高速公路所在地的氣候和交通條件，計(jì)算確定了上面層所用的瀝青應(yīng)滿足性能等級PG76—16 的要求，經(jīng)多方調(diào)研論證后，采用某牌SBS 改性AH—70 瀝青。集料采用規(guī)格為11～16mm、6～11mm、3～6mm、0～3mm 的四種輝綠巖，填料采用石灰?guī)r礦粉。

2.3 骨料級配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

按照級配的粗細(xì)程度不同試選了粗、中、細(xì)三種級配，具體情況如表1所示。

表1 三種試配明細(xì)表

根據(jù)集料的技術(shù)指標(biāo)計(jì)算出三種級配的試拌瀝青用量均為4.5%。按照2.1的參數(shù)進(jìn)行拌和與成型，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。Superpave要求混合料在設(shè)計(jì)的壓實(shí)功能下（Ndes=125 次） 的空隙率為4%，因此要對集料級配進(jìn)行選擇評價(jià)，必須估算其在空隙率為4%時(shí)的各種體積特性和壓實(shí)功能是否滿足要求，估算結(jié)果如表3所示。

表2 三種試配的旋轉(zhuǎn)壓實(shí)指標(biāo)匯總表（%）

表3 估算的三種試配旋轉(zhuǎn)壓實(shí)指標(biāo)匯總表

比較表3 中所列各試配瀝青混合料的各項(xiàng)性能指標(biāo)發(fā)現(xiàn)：級配一、級配二、級配三要達(dá)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(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于級配一和級配三，符合設(shè)計(jì)要求，故選用級配二作為設(shè)計(jì)級配。

2.4 最佳瀝青用量確定

設(shè)計(jì)級配確定后，在設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)壓實(shí)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(shù)進(jìn)行測定，結(jié)果如表4所示。

表4 不同瀝青用量下旋轉(zhuǎn)壓實(shí)指標(biāo)匯總表（%）

由表4 中結(jié)果可知，瀝青用量為4.4%時(shí)，空隙率偏高，瀝青填充率偏低；瀝青用量為5.4%和5.9%時(shí)，空隙率偏低，瀝青填充率超出規(guī)范要求。瀝青用量為4.9%時(shí)，瀝青混合料空隙率、礦料間隙率、瀝青填充率、粉膠比等各項(xiàng)指標(biāo)均滿足Superpave 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求，且瀝青混合料外觀良好。因此，依據(jù)設(shè)計(jì)及相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)選定瀝青用量為4.9%。

2.5 壓實(shí)特性驗(yàn)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(shè)計(jì)的瀝青混合料在最大壓實(shí)次數(shù)下的壓實(shí)度進(jìn)行驗(yàn)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(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)Nmax=205次下用SGC 成型試件，對其體積特性及最大理論密度進(jìn)行試驗(yàn)。結(jié)果表明：此時(shí)壓實(shí)度為97.6%（＜98%），可以滿足Superpave標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2.6 生產(chǎn)配比的確定

按照試配二的比例進(jìn)行拌和站熱料生產(chǎn)，分別取熱料進(jìn)行篩分與密度試驗(yàn)，再根據(jù)熱料的篩分結(jié)果及目標(biāo)配比合成級配，進(jìn)行生產(chǎn)配比的調(diào)試工作。生產(chǎn)級配結(jié)果如表5所示。

表5 實(shí)際生產(chǎn)級配明細(xì)表

在生產(chǎn)級配確定后，在設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)壓實(shí)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(shù)進(jìn)行測定，結(jié)果如表6所示。

表6 不同瀝青用量下生產(chǎn)配比旋轉(zhuǎn)壓實(shí)體積特性匯總表

由表6 的試驗(yàn)結(jié)果可知，瀝青用量為4.9%時(shí)，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(xiàng)指標(biāo)均滿足Superpave設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求，故選定生產(chǎn)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(jié)語

從廣河高速惠州段路面工程上面層質(zhì)量檢測的數(shù)據(jù)及評定結(jié)果來看，該項(xiàng)目上Superpave 瀝青混合料的設(shè)計(jì)與施工是成功的。但這種技術(shù)本身也處在不斷完善的過程中，在我國短時(shí)間內(nèi)還不能完全取代傳統(tǒng)的馬歇爾設(shè)計(jì)方法，因此，建議從以下方面做進(jìn)一步研究：

（1）Superpave 技術(shù)源于美國，參數(shù)的確定都是基于美國的工程實(shí)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(jìn)一步研究；

（2）正確選擇瀝青等級（PG 分級）是瀝青混合料設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，如何建立我國的氣候和溫度分區(qū)、瀝青性能分級數(shù)據(jù)庫還需要進(jìn)一步研究。

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

[2] 張衛(wèi)平，趙戰(zhàn)利，張爭起.勉寧高速公路中面層Super?pave瀝青混合料的設(shè)計(jì)和施工[J].公路，2005（1）：23-25.