第14-讲-美国Superpave设计方法-(一)

NCAT1第14讲

美国Superpave

设计方法（一）NCAT2Superpave表示SuperiorPerformingAsphaltPavements，即高性能沥青路面。

美国公路战略研究计划（SHRP）的背景SHRP的研究集中在沥青胶结料、沥青混凝土及结构、道路运营和长期路面性能等方面。Superpave简介NCAT3NCAT4NCAT5Superpave体系设计混合料主要步骤●材料选择●设计集料结构的选择●设计沥青结合料含量的选择●设计混合料的水敏感性评价NCAT6§1

材料选择与级配范围

一、材料选择1、沥青结合料的选择

基于环境资料、交通水平及交通速度,即根据路面的最高和最低设计温度和交通条件加以选择。NCAT7—7d平均最高气温（一年的），℃

路面的最高设计温度按下式计算：

计算出统计年限内7d平均最高气温的平均值和标准差。不能采用低于20年记录的气象资料。NCAT8—

年最低气温，℃

路面的最低设计温度按下式计算与计算7d平均最高气温的平均值和标准差相似，计算出统计年限内年最低气温（一天的温度）的平均值和标准差。同样，不能采用低于20年记录的气象资料。NCAT9可靠度思想

Superpave定义，可靠度是在一个单年中，实际温度不超过设计温度的概率。

如：美国某州夏季气温，在统计年限内，具有平均7天最高气温32℃，标准差2℃，则在统计年限内有50％的概率7天最高气温会超过32℃，然而，假定为正态概率分布，只有2％的概率7天最高值会超过36℃，因而如下图所示，36℃的气温将提供98％（97.72％）的可靠度。对冬季条件可以采用类似方法，该州最低气温－21℃，标准差4℃，因而，在平均冬季，最低气温平均－21℃，最冷的冬季，气温会降至－29℃。NCAT10NCAT11选择结合料的具体步骤（1）选择荷载类型：快速。（2）确定路面设计温度（以上述某州数据为例）①气温选择：7天平均最高气温在最热夏季此平均值可达36℃；最低气温－29℃。②路面温度计算，该州纬度41.42°，代入上述公式计算，得到98％可靠度的路面设计温度计算约为56℃和－23℃。（3）按路面温度选择结合料等级

①水平移动到最高路面设计温度②向下移动到最低路面设计温度

NCAT12表根据气候、交通速度和交通量选择结合料性能等级荷载最高路面设计温度停车―――→28~3434~4040~4646~5252~5858~64慢速（50km/h）34~4040~4646~5252~5858~6464~70快速(100km/h)34~4646~5252~5858~6464~7070~76

最低路面设计温度（℃）＞－10PG46－10PG52－10PG58－10PG64－10PG70－10PG76－10－10~

－16PG46－16PG52－16PG58－16PG64－16PG70－16PG76－16－16~

－22PG46－22PG52－22PG58－22PG64－22PG70－22PG76－22－22~

－28PG46－28PG52－28PG58

－28PG64－28PG70－28PG76－28－28~

－34PG46－34PG52－34PG58－34PG64－34PG70－34PG76－34－34~

－40PG46－40PG52－40PG58－40PG64－40PG70－40PG76－40－40~

－46PG46－46PG52－46PG58－46PG64－46PG70－46PG76－46地区阿拉斯加－加拿大美国北部加拿大美国北部美国南部美国西部、沙漠美国大陆慢速/重交通NCAT13

PG58－28表示的意义：指结合料将满足高至58℃的高温物理特性要求与低至－28℃的低温物理特性要求。“58”表示7天平均路面最高设计温度，“－28”表示路面最低设计温度。NCAT14NCAT152、集料的选择（1）选择依据：认同特性和资源特性（2）认同特性（ConsensusAggregateProperties）①粗集料棱角性：具有一个或多个破碎面的大于4.75mm集料的重量百分率。②细集料棱角性：小于2.36mm的未压实集料的空隙百分率。③扁平、细长颗粒：具有最大与最小比值大于5的粗集料百分数。④粘土含量：粘土含量是指在小于4.75mm筛孔的集料组成中所含粘土材料的百分数。用砂当量试验确定。

NCAT16NCAT17（3）资源特性是指坚固性、安定性和有害物质。①坚固性：

坚固性是通过洛杉矶磨耗试验的集料混合物的质量损失百分率。②安定性：

安定性是集料混合物通过硫酸钠或硫酸镁安定性试验的材料损失百分数。

③有害物质：

定义为在混和集料中的诸如粘土快、页岩、木质、煤等杂质的质量百分率。NCAT18二、集料级配范围与集料结构

NCAT19Example:4.75mmsieveplotsat(4.75)0.45=2.02SieveSize(mm)Raisedto0.45Power02040608010001234PercentPassing1．0.45PowerGradingChartNCAT201000

.07532.364.759.512.519.0PercentPassingcontrolpointrestrictedzonemaxdensitylinemaxsizenommaxsizeSieveSize(mm)Raisedto0.45Power2．ControlpointandrestrictedzoneNCAT213.SuperpaveAggregateGradation1000.075 .3 2.3612.5

19.0PercentPassingDesignAggregateStructureSieveSize(mm)Raisedto0.45PowerNCAT22“驼峰级配”通过限制区的级配称为“驼峰级配”。大多数情况下，驼峰级配表明混合料中含有过量的细砂。该种级配在工程中常常引起混合料软弱性状。这种形状在施工时难以压实，运营期抗永久变形能力减弱。这种混合料还会对沥青用量过于敏感，使得混合料塑性变强。NCAT23§2沥青混合料体积配比分析

NCAT24NCAT25NCAT26§3Superpave水准1混合料设计

NCAT27开发几种满足Superpave级配要求的试验集料混合物（初拟若干条级配曲线）用试验混合物与沥青混合并将沥青混合料作短期烘箱老化压实试件并分析试件的体积指标根据试件的体积指标选择最佳的试验混合物作为设计集料结构在几种沥青含量下压实设计集料结构的试样以确定最佳设计沥青含量NCAT28

试验设备旋转压实仪（SGC）NCAT29NCAT30NCAT31设计旋转压实次数Ndes

——设计沥青用量在空隙率4％条件下产生的旋转压实次数Nini——混合料密度小于最大理论密度89％的最大旋转压实次数，按以下公式确定Nmax——混合料密度小于最大理论密度98％或空隙率大于2％的最大旋转压实次数，可按以下公式确定：NCAT32设计ESALs(百万次)7d平均最高气温<39℃39~40℃41~42℃43~44℃NiniNdesNmaxNiniNdesNmaxNiniNdesNmaxNiniNdesNmax<0.30.3-11-33-1010-3030-100＞100777889968768696109126143104117134152174204233778899107483951061211391581141291501691952282627788991078881001131281461651211381581812082402757889910108293105119135153172127146167192220253288Superpave设计旋转压实表NCAT33在级配范围内，通常选择三种混合物

（1）一旦选定了试验混合物，有必要对混合集料特性进行初步评价。包括四种认同特性，集料的毛体积密度、表观密度及集料的资源特性。

（2）然后，压实试件，并确定每种试验混合物的体积特性。

选择设计集料结构NCAT34制件一、确定沥青用量1、试验混合物的有效相对密度2、被集料吸收的沥青结合料体积（单位体积的沥青混合料中被集料吸收沥青的体积）NCAT35Ws为“单位体积的沥青混合料中矿料的质量”式中:Pb—沥青占混合料重量百分率，假定0.05；

Ps—集料占混合料重量百分率，则为0.95。NCAT363、有效沥青结合料体积（单位体积的沥青混合料试件中有效沥青的体积）—集料混合料公称最大尺寸（mm）4、初始试验沥青结合料含量

NCAT37二、试件准备与压实

集料、沥青结合料准备

至少按2个试件准备集料与沥青结合料,沥青混合料的重量按4800g计,试件尺寸为直径150mm，高度115mm。拌和与压实温度确定：按粘温曲线进行，但使用改性沥青时，要咨询改性剂的生产厂家。沥青加热：将沥青结合料加热到要求的拌和温度。集料及相关仪具加热：将装集料的盘放入烘箱中，温度设置约比拌和温度高约15℃。相关仪具同时加热。将压力鼓风烘箱加热到135℃，用于拌和后试样的立即短期老化。NCAT382.混合料准备

准确称取加热集料，装进拌和锅充分干拌，加进所需沥青用量拌和，待试样拌和到集料被充分涂覆后，将混合料倒入平地浅盘摊开，然后将盘放进