AC-16沥青混合料的Superpave设计级配分析.pdf

总第 1 0 3 期 内蒙古公路与运输 tr a ns o o r t a t i o n i n i nn e r mo n g o l i a 文章编号 ： 1 0 0 5 0 5 7 4一( 2 0 0 8 j 0 2 0 0 0 1 一 o 6 a c一1 6沥青混合料的 s u p e r p a v e设计 级配分析 鞠 平 ( 包头市公路建设开发有限责任公司， 内蒙古 包头 0 1 4 0 3 0 ) 摘要：分析传统 a c一 1 6级配和 s u p e r p a v e 设计的a c一1 6级配的特点 ， 并进行 s g c试验、 马歇尔试验和路用性能 检验， 以此探求采用 s u p e r p a v e 设计的嵌挤密实型a c一1 6沥青混合料的路用性能。 关键词 ： s u p e r p a v e 设计； 传统 a c一1 6 ；压实特性曲线； 路用性能 中图分 类号 ：u 4 1 4 7 5 文献标识码 ： a ab s t r a c t ：t h i s a r t i c l e a n a l y z e s t h e c h a r a c t e r i s t i c s i n g r a d a t i o n o f b o t h t r a d i t i o n al a n d s u p e r p a v e ac 一1 6 a s p h a l t m i x a l s o， i t d i s c u s s e s，ba s e d o n t he r e s u l t s o f s gc，ma r s ha l l a n d r o a d p e rfo r ma nc e t e s t s ，t h e pe r f o r ma nc e o f i n t e do c ki n g de n s e l y ac 一1 6 a s p h alt mi x wi t h s u p e r p a v e d e s i g n me t h o d ke y wor d s：s u p e r p a v e de s i gn ；t r a di t i o n al ac 一1 6 asph a l t mi x；c ha r a c t e r i s t i c s o f c o mp a c t i o n c u r v e；r o a d pe rfo r ma n c e s h r p计划吸引了全世界公路研究者的注意和兴 趣 引起 了许多 国家的重视， 自 1 9 9 3年 s h r p计划结 束， 美国公路界经过 l 0多年的努力 ， 不断完善 s u p e r - p a v e 沥青混合料设计方法 。2 0 0 4年 ， a a s h t o将这种 设计方法写人规范， 全美有 8 5 的州开始使用这种混 合料设计方法。与此 同时 ， 其 他国家也 在不断吸取 s u p e r p a v e 设计的经验。s u p e r p a v e设 计方法在我国江 苏、 山东、 湖北、 内蒙古等省区都已进行过大规模的推 广应用 ， 2 0 0 4年 9月 4日发布的 公路沥青路面施工 技术规范 ( j 1 1g f 4 0 2 0 0 4 ) 也充分借鉴 了 s u p e r p a v e 沥青混合料体积设计方法的研究成果。此外 ， 新规范 在保持延续性并充分考虑到我国现有试验设备水平的 基础上， 对其他以s u p e r p a v e 混合料设计为主的先进设 计方法提供了很大的包容度。 有鉴于此 ， 对 s u p e r p a v e混合料设计方法在工程建 设中的应用研究很有必要 ， 本文分别采用传统 a c一1 6 设计方法和 s u p e r p a v e 设计方法进行体积指标和性能 试验， 以确定二者不同性能。 1 沥青胶结料 s u p e r p a v e沥青胶结料指标体系是一套全新 的沥 青指标体系( a a s h t o m3 2 0 0 3 ， 美国 s h r p沥青路 用性能规范) ， 其 目的就在于限制沥青路 面 中沥青胶 结料引起的永久变形、 低温开裂和疲劳开裂的潜在因 素 与传统 的经验性沥青指标体系中的参数相比， 更能 清晰反映沥青混合料路用性能。本文试验采用内蒙古 路安特沥青高新技术有限公司提供 的 s b s改性沥青 ， 其试验结果如表 l所示。 表 1 沥青胶结料试 验结果 2 a c一1 6设计 级配 按强度构成原则的不 同， 沥青混合料结构可分为 按嵌挤原理构成和按密实级配原理 构成两大类 ， 根据 我国 公 路 沥 青 路 面 施 工 技 术 规 范( j t g f 4 0 2 0 0 4 ) ， a c一 1 6 沥青混凝土混合料是按密实级配原理 设计组成， 本文据此设计传统 a c一 1 6级配， 采用内蒙 古乌兰察布市所生产的 l o2 0 mm、 51 0 m m、 3 5 m m玄武岩碎石 、 03 mm玄武岩石屑 和石灰岩磨细 矿粉、 生石灰， 其选择的合成级配见表2 。 s u p e r p a v e级配设计理论 采用 0 4 5次方级配 图， 维普资讯 内蒙古公路与运输 一 h i g h w a y st r a n s p o r t a t i o n i n i n n e r mo n g o l i a 2 0 0 8年第2期 最大密度线为集料颗粒排列最紧密的组成 ， 可使集料 达到最大的密实度， 为了规范级配， 在0 4 5次方图上 增加了两个附加的特征 ： 控制点和限制区， 级配选择是 通过控制点和限制区来进行的。设置控制点是要求集 料级配不得超出规定的区间， 控制点分别设于公称最 大尺寸筛、 中等尺寸筛 ( 2 3 6 m il 1 ) 和最小尺寸筛 ( 0 0 7 5 m m) 处。限制 区处 于沿最大密度级配线和中 等筛与 0 3 m i l l 筛之间， 限制 区形成一个级 配不 能通 过的带。由于限制区特有的驼峰形 ， 所 以通过这个区 域的级配称为“ 驼峰级配” 。根据美国的观点 ， 设置限 制区的目的有两个 ： 一是为了限制砂的用量 ； 二是为了 提供足够大的v m a 。依据上述集料对此a c一 1 6结构 进行 s u p e r p a v e 设计 ， 其选择的合成级配见表 2 。 从 图1 、 图2 和表2 可 以看 出 ， 与传统 的a c一1 6 l 0 0 0 9 00 8 0 0 7 00 6 0 0 5 0 0 4 00 3 00 2 00 1 0 0 00 表 2 s u p e r p a v e 设计级配和传统级配对比 注： 在 1 3 2 筛孔处采用 9 0和 1 0 0的控制点指标值。 7 r ， 一一 + 一设计级配 一 最大密度线 - n- n n 与 苫 6 d = 图 1 传统 a c一1 6级配设计 曲线 t q a 一 一 r ， l ， ； ： ： r 一设计级 配 一最大密度线及限制区 - n- n n 。 譬 苫 d d - 2 圈 2 采用 s u p e r p a v e设计的级配 曲线 t q a 一 一 维普资讯 总第 1 0 3期 鞠平： a c一1 6沥青混合料的 s u p e r p a v e 设计级配分析 集料结构相比， s u p e r p a v e 设计的 a c一 1 6 结构降低了 4 7 5 m m筛孔处的通过率， 并减少 了细集料的用量， 使 中等粒径( 51 0 m m， 1 01 5 m m) 集料较多 ， 形成 s 型级配曲线 ； 而传统 a c一1 6结构 的粗集料用量较少 ， 在 l 3 2 m l n筛孔附近处于 s u p e r p a v e 设计的控制点之 下， 并且合成级配通过了限制区。 根据配合比设计结果( 沥青用量 4 8 ) 的轮碾成 型试件剖面见图3 。从图 3可 以看出， 外观上看 ， 两种 s u p e r p a v e 设计 结构都较密实， s u p e r p a v e 设计的 a c一1 6结构粗集料 含量大， 各级接触较多， 增强了嵌挤作用， 但是仍属于 连续级配； 而传统 a c一1 6结构粗集料 间彼此隔开 ， 其 间多被细集料和沥青胶浆填充。 3 a c一 1 6混合料体积指标分析 为了探寻这两种不同设计 的特点 ， 分别对这两种 结构进行了 s g c和马歇尔试验， 结果见表 3和表 4 。 图 3 室 内轮碾试件剖面 图 表 3 s g c体 积特性 传统设计 类型 沥青用量 试件密度 矿料间隙率 空隙率 沥青饱和度 稳定度 流值 马歇尔模数 残 留稳定度 g c m一 。 k n ( 0 1 n -l n 1 ) k n n -l n l 一 从表4 可知， 与传统 a cl 6结构相比， s u p e r p a v e 设计的a c一1 6 沥青混合料具有较大的矿料间隙率， 较小的 g n i i 和 g 呲。 s u p e r p a v e 理论认 为， 规定 i 时的密实度可以防止混合料合成时产生 软弱集料结构和低内摩阻力， 而规定 时的密实度 可以防止混合料在设计交通量下过度压实， 产生永久 变形 。因为 对应的交通量远大于设计交通量， 因 此， 只要符合 皿 时的密实度要求， 就不会在设计交 维普资讯 h i g h w a y g o l i 2 0 0 8年第 2期 通量下产生过度压实。s g c试验表明， s u p e r p a v e设计 的 a c一1 6沥青混合料集料结构更强， 抵抗永久变形 的能力更强， 这归结于 s u p e r p a v e 设计的 a c一1 6结构 已形成了的嵌挤密实结构 。矿料级配决定 了矿料颗粒 间嵌挤力的大小及混合料密实程度， 这同时也说明 ： s u p e r p a v e 设计的嵌挤密实结构 的 a c一1 6在抗车辙 方面要好于传统 a c一1 6密实结构 ， 表 5的动稳定度 试验结果也证实了这一点。 无论 s g c试验还是马歇尔试验 ， s u p e r p a v e设计 的 a c 一 1 6 混合料都大于传统的 a c一 1 6 混合料的矿 料间隙率 。合适的矿料间隙率是为使集料级配间有一 定的空间， 容纳必要的沥青以形成适当的沥青膜厚度 ， 以便保证有足够的沥青裹缚集料把它们粘结在一起 ， 并且当温度升高时沥青体积能膨胀不产生泛油现象， 以保证沥青混合料的耐久性 。 此外 ， 马歇尔试验方法过冲击作用使沥青混合料 达到密实 ， 但冲击力不能使集料较好分布 ， 当扁平细长 颗粒含量较多时更是如此 ， 所以马歇尔方法得 到的试 件矿料间隙率 v m a通常比 s u p e r p a v e 方法大 ， 而沥青 饱和度 v f a则较小 ， 因此， 当采用马歇尔方法设计 时 沥青混合料的矿料间隙率 v ma要适 当增大。 从表 3 、 表 4中可知 ， s u p e r p a v e 设计的 a cl 6混 合料具有较大的空 隙率 、 流值 ， 较低 的稳定度。传统 a c1 6属于典型的悬浮 一密实结构， 细集料和沥青胶 浆多且致密， 在力学性能上表现为马歇尔稳定度较高， 流值大 ， 而 s u p e r p a v e 设计的 a c一1 6级配中粗集料含 量较大 ， 相应的细集料、 沥青胶浆 比例有所下降， 降低 旋 转 次 数 图4 一， v 间的压实曲线 对 于 s u p e r p a v e设计的嵌挤密实型 a c一1 6沥青 混合料 ， 由于其粗集料含量较多， 沥青混合料处于 j7 v 一 压实阶段时， 各级集料通过颗粒的相对移动重 新组合 ， 在未达到有效的嵌挤密实前， 压实能量多用在 混合料的体积改变上， 压实速率相对较快， 具有良好的 可压实性 ； 随着集料颗粒的重新组合完成 ， 混合料也趋 了沥青混合料的粘结力， 因此其马歇尔稳定度有所降 低。 4压实特性曲线 s u p e r p a v e 理论认为 ， 旋转压实过程 中的压实特性 曲线提供了集料结构 的相对强度和胶结料含量的有关 信息。较弱的集料 结构 与集料结 构较强的混合料相 比， 其压实曲线的斜率较小而密实度较大， 也即较易压 实。 由图4 可知， j7v 一 d 。 。 间的压实曲线斜率， s u p e r p a v e 设计的 a c一1 6结构大于传统 a c一1 6结构。 通常认为 j7v 一 d 。 间的压实曲线斜率代表 了此范围 内混合料的可压实性 ， 也即认为这一斜率反映了混合 料中集料的结构强度 ， 这部分 曲线代表混合料铺筑过 程中的压实， 即从 j7v i 开始经 j 7v 压实次数后达到 4 空隙率的过程 ， 平均斜率增大 ， 压实速率增大 ， 混合料 可压实性增大， 因此 ， s u p e r p a v e设计的 a c一1 6结构 在铺筑过程中具有较高的压实速率 ， 可压实性好于传 统 a c一1 6结构。 由图5可知 ， j 7v 一j 7v 一 间的压实 曲线斜率， s u p e r p a v e 设计的 a c一1 6结构 小于传统 a c一1 6结 构。 一 m 间的压实 曲线反映 了混合料从设计空 隙率 4 压实到 2 附近的过程， 反映了混合料开放交 通后混合料的再压实过 程， 这就意味着在同样的交通 量下 传统 a c一1 6沥 青混合料 比 s u p e r p a v e设计的 a c一1 6沥青混合料更易被压实到极限密度 ， 因而抗变 形能力较差 ， 这也反映 了 s u p e r p a v e 设计的 a c一1 6沥 青混合料具有更好的抗车辙能力。 旋 转 次 数 图5 nd 一 间的压 实曲线 于密实 ， 较多的粗集料达到石 一 石接触状态， 压实时受 到集料内摩阻力的抵抗 ， 更多的能量消耗在集料间的 摩擦上， 因而在 d 。 。一 砌 阶段表现出较强 的抗变形 能力 。 两种结构的沥青混合料都是采用旋转压实仪 在n i i =8 ， d =1 0 0 ， m =1 6 0 ， = 7 0 0 k p a 下对其 舛 镐 & ； 、 维普资讯 总第 1 0 3期 鞠平 ： a c一1 6沥青混合料的 s u p e r p a v e 设计级 配分析 5 体积参数进行测试， 旋转压实的原理是搓揉压实 ， 旋转 压实时其压头下压和切剪局部沥青混合料 ， 对沥青混 合料施加交变剪切力和垂直压力 ， 使其受到很大 的作 用而重新排列变得密实。这种压实方法其压实程度可 以达到最大理论密度的9 8 以上 ， 而马歇尔方法通过 冲击作用使沥青混合料达到密实， 空 隙率通 常较 大， s u p e r p a v e 设计的 a c一1 6沥青混合料与传统 a c一1 6 沥青混合料相比， 粗集料比例较大 ， 铺筑时必须增大压 实功， 合理组织压实工艺， 才能获得所需的空隙率。 5 a c一1 6混合料路用性能分析 为了验证此设计 的合理性 ， 进行 了高温稳定性检 验、 水稳定性检验、 低温抗裂性能检验 和渗水系数检 验， 结果见表 5 。 表 5 配合 比设计检验结果 由表 5渗水系数试验结果可知， s u p e r p a v e设计的 a c一1 6沥青混合料动稳定度 和传统 a c一1 6沥青混 合料都形成了密实结构 。 5 1 高温稳定性 由表 5可知 ， s u p e r p a v e 设计的 a c一1 6沥青 混合 料动稳定度高于传统 a c一1 6沥青混合料； 高温抗车 辙能力受集料级配和沥青性能影响， 高温沥青胶浆变 软， 主要依靠集料级配来抵抗行车荷载所造成 的永久 变形。传统 a c一1 6沥青混合料的粗集料悬浮在细集 料和沥青胶浆所组成的分散系中， 抗永久变形能力受 温度影响较大。而 s u p e r p a v e设计的 a c一1 6沥青混 合料中粗集料的含量增加， 利于粗集料之间互相嵌挤 锁结 ， 形成较多的嵌挤密实结构 ， 可以有效提高沥青混 合料在行车荷载作用下抵抗永久变形的能力 ， 从 而提 高了高温稳定性 。因此 ， s u p e r p a v e 设计的 a c一1 6沥 青混合料的动稳定度高于传统 a c一1 6 。 5 2 水稳定性 从表 4中残留稳定度和表 5中冻融劈裂抗拉强度 比试验结果可知 ， 传统 的 a c一1 6混合料和 s u p e r p a v e 设计的 a c一1 6混合料的水稳定性都不差。沥青混合 料对水损害的抵抗能力很大程度上取决于沥青与集料 的粘附性以及细集料、 沥青胶浆是否充分填充 了粗集 料间的空隙。s u p e r p a v e设计的 a c一1 6结构马歇尔 击实后的空隙率为5 2 ， 传统 a c一 1 6结构击实后的 空隙率为4 9 ， 相对来说， 传统 a c一 1 6结构的粘附 和填充效果更好一些 ， 因此其水稳定性好于 s u p e r p a v e 设计的 a c一1 6结构， 而 s u p e r p a v e设计 的 a c一1 6结 构在增加了粗集料含量的情况下同样形成 了密实填充 效果 ， 其相应 的水稳定性也就好些。 s 3 低温抗裂性 从表 5梁底最大弯拉应变试验结果看 ： 传统 a c一 1 6沥青混合料低 温抗 裂性 能好 于 s u p e r p a v e设 计的 a c一1 6沥青混合料。s u p e r p a v e 设计 的 a c一1 6沥青 混合料的粗集料含量较大 ， 并且形成了嵌挤密实结构， 因此其弯曲劲度模量较大 ， 从而这种沥青混合料就会 呈现出脆性 ， 因而其弯曲应变较小 。 6结语 近年来随着骨架设计理论 的提出， 密级配沥青 混合料中的粗集料嵌挤作用越来越受到了重视 ， 采用 s u p e r p a v e设计的 a c一1 6沥青混合料就是一种嵌挤 密实结构 ， 取中等或偏高水平的设计空隙率 ， 可取得优 良的路用性能。 实践表明， 传统 a c一1 6沥青混合料可有较高 的强度 、 较好的密水性和稳定性 ， 但由于其粗集料多呈 悬浮状态， 因此在使用 同种沥青 和集 料的条件下 ， 与 s u p e r p a v e没计的嵌挤密实型 a c一1 6沥青混合料 相 比， 高温性能稍差。 本文在采用 s u p e r p a v e 设计 的 a c一1 6沥青混 合料时， 减少了靠近最大粒径的粗集料和细集料较细 部分的比例 ， 控制矿粉和石灰比例 ， 增加了中间筛孑 l 的 粗集料 。根据山西省交通科学研究院虞文景教授级高 工的论述 ， 若减少 0 3 4 7 5 m m填充料成分， 则将增 加混合料 的空隙率； 若增 加 0 0 7 52 3 6 m m细集料 成分 ， 过多的细集料将使沥青混合料热稳性变差 、 水敏 感性增强。为使 s u p e r p a v e设计 的 a c一1 6沥青 混合 料不致空隙率过大 ， 耐久性变差 ， 须严格控制其细集料 用量和粉胶比。 一 的 s g c压实 曲线斜率表明 ， 与传统 a c一1 6沥青混合料相 比， s u p e r p a v e设计的嵌挤 密实 型 a c1 6沥青混合料在 j 、 一j 、 d e s 阶段具有较好的可 压实性 ， 在 d 。 一 r 纰 阶段具有较强 的抗变形能力， 因 而具有较好 的施工性和抗车辙性 ， 但必须注意的是 ， 这 种嵌挤密实型沥青混合料特别需要加强压实 ， 提高压 实度 ， 才能取得 良好的效果 。 维普资讯 6 内蒙古公路与运输 &1 hn s v o a fi o n i n i n n e r m o n g o l i a 2 0 0 8年第2期 文章编号： 1 0 0 5 0 5 7 4一( 2 0 0 8 ) 0 2 0 o o 6 6 3 从南方雨雪冰冻灾害谈北方高速公路除雪抢通措施 任宝 ( 内蒙古高等级公路建设开发有限责任公司呼和浩特分公司 养护科 ， 内蒙古 呼和浩特 0 1 0 0 7 0 ) 摘要： 通过对2 0 0 8年春节前南方雨雪冰冻灾害的反思， 介绍了针对北方地区高速公路多年来积累的除雪抢通经 验与措施。 关键词： 高速公路； 除雪抢通； 措施 中图分类号： u 4 1 8 5 6 文献标识码： a ab s t r a c t ：t h r o u g h c o n s i d e r a ti o n s o ff r o s t s n o w d i s a s t e r i n s o u t h e n l c h i n a b e f o r e a n d a f t e r t h e s p ri n g f e s t i v a l i n 2 0 0 8 ，t h i s a r t i c l e d e s c ri b e s t h e e x p e rie n c e a n d me a s u r e s f o r c l e a n i n g s n o w o n exp r e s s w a y t o o p e n t r a f f i c i n n o r t h e r n p a r t ke y wo r d s ：e x p r e s s w a y；s n o w r e mo v s 1 t o o p e n t r a ff i c ；me a s u r e s i 南方雨雪冰冻灾害的反思 现代经济社会大系统 中的各子系统运行紧密关 联。2 0 0 8年春节前， 在我国南方这次大范围持续雪灾 中， 铁路交通依赖电力 ， 电力又依赖能源 ， 能源又依赖 交通， 上述三者的循环在经济社会中的地位举足轻重 ， 某个环节出现问题便呈现多米诺骨牌效应。 据了解， 这次低温雨雪冰冻灾害对交通， 特别是公 路交通的影响是历史上最严重 的。一是影响范围广 ， 全国先后有 2 3个省份公路交通受到不同程度的影响 ， 其中 l 3个省份公路交通多次中断， 客货运输受阻。二 是受阻国省干线公路多 ， “ 五纵七横” 国道主干线有 9 条近 2万 k m多处路段封闭交通， 约6 0 0 0 7 o o o k m 路段封堵。全国