3.SUPER路面_研究生

高性能沥青路面Superpave张宜洛Superpave是美国战略公路研究计划(SHRP)中沥青项目的研究成果何为SUPERPAVESuperpave的三个组成部分•沥青结合料规范•沥青混合料设计与分析系统•计算机软件系统Superpave的特点•将野外（路用）性能同室内分析建立直接关系•把沥青性能同环境条件结合起来•通过控制车辙，低温开裂和疲劳开裂来改进沥青路面性能沥青结合料规范背景针入度不能反映沥青的高、低温特性，即同一标号的沥青，高低温性能不尽相同SHRP的PG分级SHRP的研究成果SUPERPAVETM提出沥青分级：路用性能分级(PG分级)•采用设计使用温度表示适用范围。•设计最高温度：7天最高平均路面温度；•设计最低温度：年极端最低温度。•根据道路等级、交通量确定保证率为95％(平均值)或98％。SHRP的沥青结合料确定沥青的PG等级：气候条件；交通条件(交通量及车速、车辆停驻时间)；提高一个或两个PG高温(有时)等级。各州交通部门都根据各地的具体情况，规定了常用的PG等级或再增加有些常规指标。SHRP的沥青结合料沥青PG的表示方法：PG58－34高设计温度：58℃低设计温度：-34℃沥青性能分级PG52-34性能分级七天平均最高路面设计温度最低路面设计温度考虑保证率，统计20年气象资料美国Th——46～82（每6℃一级）Tl——-10～-46（每6℃一级）高温级（℃）低温级（℃）PG46-34，-40，-46PG52-10，-16，-22，-28，-34，-40，-46PG58-16，-22，-28，-34，-40PG64-10，-16，-22，-28，-34，-40PG70-10，-16，-22，-28，-34，-40PG76-10，-16，-22，-28，-34PG82-10，-16，-22，-28，-34SHRP的沥青结合料采用3种样品：原样沥青；RTFOT后的残留沥青——短期老化（163℃85min）RTFOT后又经PAV老化的残留沥青——长期老化（温度：90℃～110℃气压：2.07MPa时间：20h）SHRP的沥青结合料评价各种路用性能指标：高温时抵抗永久变形的能力；低温时抵抗路面温缩开裂的能力；抗疲劳破坏的能力；抗老化性能；施工安全性等。SHRP的PG分级沥青的试验项目：•动态剪切流变仪(DSR)（原样、短期、长期）用来检验沥青粘弹性，以保证高温时的剪切强度。（原样、短期——高温；长期——疲劳）•旋转式粘度计（RTV）——施工操作测定沥青135℃时的粘度，保证泵送和拌和流动。•弯曲梁流变仪（BBR）（短期、长期）测定低温时沥青的劲度，减少路面的温度开裂。•直接拉伸试验仪（DTT）（短期、长期）测定低温时直接拉伸下抵抗变形的能力。七.SHRP测试-沥青性能与使用性能之间关系测试设备沥青性能特征使用性能旋转粘度计操作泵送流动性（RV）动态剪切永久变形车辙流变仪（DSR）疲劳开裂结构开裂弯曲梁流变仪（BBR）直接拉力温缩开裂低温开裂测试仪（DT）RV（旋转粘度计）：越小越好要求：135℃，max2.0Pa.•S高温：G*/sinδ短期min：1.0Kpa长期min：2.0Kpa疲劳：G*•sinδ长期max：30MPa试验角速度：10rad/s可恢复（弹性）与不可恢复变形的相对数值指标，即的相位差。δ=90°，G*不具有弹性成分；δ=0°，G*不具有粘性成分；δ=0°～90°，粘弹性。δ-相位角maxmax与sin/*Gsin*G永久变形指标疲劳开裂指标越大越好越小越好试验时间240s，曲线lgS～lgt60s的劲度S和曲线斜率m蠕变劲度：Smax200MPa蠕变速率：mmin0.35拉伸速率：1mm/min破坏应变：min1％SHRP的PG分级争议：PG分级能不能完全解释沥青质量与使用性能的关系，能不能适用于评价改性沥青？•普通沥青的高温性能用动态剪切试验DSR——车辙因子G*/sinδ来评价，但对聚合物改性沥青来说，普遍反映G*/sinδ并不能反映高温性能，而沥青结合料的零剪切粘度ZSV却在欧洲等许多国家引起了广泛的关注。SHRP的PG分级Superpave对原有集料的要求：集料的两个要求：共同特性和料源状特性。共同特性包括粗集料的棱角性细集料的棱角性集料的扁平细长含量；集料的含泥量。料源特性包括：坚固性安定性风化颗粒沥青混合料SHRP的PG分级Superpave沥青混合料设计给定3种设计水平SHRP的PG分级•设计水平1：采用SGC进行压实成型和通过空隙率、VMA,VFA和矿粉含量控制有效沥青用量，集料一致性和原状集料的性能必须达到。•设计水平2：设计首先有体积设计法进行，然后进行SST和IDT试验，以达到良好的路用性能。•设计水平3：必须进行设计水平1和2,，附加进行SST和IDT试验，使混合料设计的保证率提高。三个水准水准一：混合料体积设计法（ESAL1×106）。水准二：在水准一的基础上，系列性能预测试验（ESAL=1×106～1×107）。水准三：更加全面的系列试验（ESAL1×107）。SHRP的PG分级Superpave的沥青混合料试验1）压实性能试验——利用Superpave旋转压实仪成型，主要功能是成型试样，同时采集数据，控制试样的压实度。Superpave设计：进行松散混合料的短期老化试验，其试验条件为135℃加热4个小时。SHRP的PG分级2）Superpave混合料的性能试验：•剪切试验(SSTSuperpaveSheartester)利用SST进行各种温度条件下的试验以模拟路面温度的改变，目的是进行高温试验和疲劳试验。（剪切试验；频率扫描试验）•间接拉伸试验(IDTIndirectTensileTester)IDT主要进行材料的蠕变和拉伸强度试验，测定材料的劈裂强度。水准一：混合料体积设计法混合料体积设计步骤材料选择设计集料级配选择设计沥青用量确定混合料水敏感性评价Superpave混合料体积设计特点体积设计——SGC压实旋转压实机更接近现场的压实过程增加了混合料的短期老化加大了试件尺寸（150mm）评价混合料的压实特性材料选择•根据工程所在地区的气候和交通条件首先选择沥青性能等级。采用的沥青性能必须满足要求。•根据交通量和集料使用层位，选择满足共同特性和料源特性要求的集料。设计集料级配选择•用旋转压实机评价至少三种试验级配每种级配：四个试件，两个——压实，两个——最大理论密度。•分析混合料的体积性质并与Superpave混合料设计标准进行比较。设计沥青用量确定•各种不同的沥青用量来压实混合料•选定在设计压实次数时空隙率为4%的沥青用量作为设计沥青用量。混合料水敏性评价•6个试件分成两组，一组用真空饱水冻融循环处理，另一组不处理，用两组试件的间接抗拉强度比大于80%作为标准。集料级配•集料尺寸定义•0.45次方级配图•最大密度线•控制点•限制区集料尺寸定义•集料公称最大尺寸•集料最大尺寸1000.075.32.364.759.512.519.0PercentPassingcontrolpointrestrictedzonemaxdensitylinemaxsizenommaxsizeSieveSize(mm)Raisedto0.45PowerSuperpave集料级配1000.075.32.3612.519.0PercentPassingDesignAggregateStructureSieveSize(mm)Raisedto0.45Power集料级配的禁区边界禁区内筛孔尺寸,mm最大公称尺寸(mm)时禁区边界通过率,%37.5251912.59.54.7534.7/34.739.5/39.52.3623.3/27.326.8/30.834.6/34.637.6/37.647.2/47.21.1815.5/21.518.1/24.122.3/30.025.6/31.631.6/37.60.611.7/15.713.6/17.616.7/20.719.1/21.123.5/27.50.310/1011.4/11.413.7/13.715.5/15.518.7/18.7禁区确定的方法集料特性平均分值标准差级配控制6.570.76最大/最小集料尺寸4.51.95禁区4.141.79控制点5.291.68限制区的目的•限制砂的用量，提高抗车辙能力•提供足够的VMA砂或细砂过多，易造成VMA过小或压实问题Superpave旋转压实仪（SGC）SGC参数D=150mm；可适应dmax=50mm压力600KPa转速30r/min压实角1.25度压实功能水准是设计旋转次数Ndes的函数desinidesNNNNlg45.0lglg10.1lgmaxSuperpave设计旋转压实功能根据VA=4%估算沥青用量•初估沥青用量•±0.5%，+1%进一步试验•水稳定性检验：Lottman方法(VA=7%)要求80%拌和温度与成型温度根据粘度——温度关系•拌和温度：按0.17±0.02Pa.s粘度确定•成型温度：按0.28±0.03Pa.s粘度确定水准二和水准三混合料设计水准二和水准三需进行：剪切试验（SST）间接拉力试验（IDT）——永久变形，疲劳开裂和低温开裂等性能水准二和水准3混合料性能试验内容欢迎交流谢谢！