Superpave沥青混合料设计方法研究
Superpave沥青混合料组成设计研究
９ ％ ～９ ％ 之 间 。 ７ ８
表 ５ ３种 级 配 在 达 到 ４ 目标 孔 隙 率条 件 下 ％ 沥 青 用 量 预 估 结 果
根据各级 配 的推 荐 初 试 沥 青 用 量 结 果 与设 计
注 ： 级 配 （ ． ５Ｐｉ 粗 ４ ７ ｌ ａ ｎ通 过 率 小 于 ４ ％） 走 禁 区 Ｆ限 时 ， 胶 比 ０ 或 粉
维普资讯
２０ ０ ７年
第２ ８卷
第 ３期
Ｓ ｐ ｒ ａ ｅ沥 青 混 合 料 组 成 设 计 研 究 ｕ ｅｐ ｖ
付 ， 健 ， 峰 ， 月 唐 玉 邱 张登 肖 ， 宁
（． １ 通辽 市质检 站 ， 通辽 ０ ８ ０ ２ 硅 酸盐材 料工程 教育部 重点 实验 室 ， 汉 ４ ０ ７ ） ２ ０ ０； ． 武 ３ ０ ０
Ｋｅ ｒ ｓ： Ｓ ｐ ｒａ ｅ ａ ｐ ａｔｍｉｔ ｒ； ａ ｄ．ｔ ｙ ｗｏ ｄ ｕ ｃｐ ｖ ； ｓ ｈ ｌ ｘ ｕｅ ｎ ｅｉ ｓｅ
Ｓ ｐ ｒａｅ ｕ ｅｐ ｖ 沥青混 合料 与普 通沥 青混 合 料相 比， 具有骨 架嵌挤结 构 ， 沥 青 混合 料对 于 抵 抗 车辙 变 该 形 和其 他道 路损 害具 有 良好 的作 用 。 。选 取 通 辽 至下洼 高速公 路 某段 沥青 下面 层 Ｓ ｐｒａｅ ５级 配 混合 料 设 计 标准 进 ｕ ｅｐ ｖ 沥 行， 并根据 Ｊ Ｇ Ｆ ０ ２ ０ （ 路 沥青路 面施 工技术 Ｔ ４ － ０ ４公 （
２ 配 合 比设计
２ １ 级 配 优 选 ．
集料结 构设 计依 据 Ｓ ｐ ｒａｅ沥 青混 合料 级 配 ｕ ｅｐ ｖ
设计 要求 进行 ， 即合 成 级 配 位 于控 制 点 之 间并避 开
superpave沥青混合料设计方法探讨
超级沥青混合料（Superpave）设计方法是由美国国家公路和交通安全
管理局（NHTSA）提出的一种新的沥青混合料设计方法，它能够更好
地反映沥青混合料在使用中的性能。
Superpave结合了受控实验和数理
优化的原理，不仅关注路面技术性能，还关注经济性、社会影响等因素，同时融合多个专业知识，极大提高了沥青路面设计的质量。
Superpave设计过程一般分为三个主要步骤：1. 使用受控实验建立标准
路面组合；2. 通过平行狭窄法来确定组合用量；3. 针对现有环境和性
能要求上的特定条件的控制实验，确定平行狭窄法的沥青配方。
首先，通过对自然混合料的均质性、填充性、抗滑移性等性质的测试，确定沥青混合料的终验控理模式，即Superpave标准路面组合（MPV），并确定各种物料的正确比例和用量，以确定一组满足性能要求的路面
组合方案。
其次，利用狭窄平行法（NIP）来设定组合用量，这是沥青混合料超级路面设计的核心部分，其目的是确定合理的组合用量，以确保沥青混
合料的最终封层性能是环境和动力要求下的最优解。
最后，是要经过控制实验，也就是根据当前环境和性能要求来确定平
行狭窄法确定的沥青配方，为此，我们可以对不同温度下的沥青混合
料进行抗压、抗冲击、冷性混合等性能测试，确定其良好的性能。
超级沥青混合料设计方法以其高效率、科学性和多功能替代了旧有的
路面设计方法，广泛应用于全球的沥青路面设计，它的使用能够保证
沥青路面的质量，实现疲劳抗裂抗环境和气候损伤的标准化，为建设
高质量高性能的沥青路面提供技术支持。
美国SHRP计划3.9
二、沥青研究的主要内容
沥青胶结料和混合料的路用性能规范
主 要 研 究 内 容 有 六 个
沥青胶结料性能试验 沥青混合料的加速性能试验 沥青水敏感性 沥青样品准备和条件 沥青炼制指南及沥青成分分析技术
沥青研究项目总经费5 沥青研究项目总经费5千万美元 4.5亿人民币），整个SHRP经 亿人民币），整个SHRP （约4.5亿人民币），整个SHRP经 费的1/3 有世界各国30 1/3。 30个多个单 费的1/3。有世界各国30个多个单 位参加，经世五年时间取得22 22项 位参加，经世五年时间取得22项 成果，其中superpave superpave混合设计方 成果，其中superpave混合设计方 法就是其中最重要的成果之一。 法就是其中最重要的成果之一。
PG 76－ 22 ＜76 ＞－ 22 ＞－ 28 ＞－ 34 28 34
初 始 结 合料 闪点温度，T48：最低 ℃ 粘度，ASTM D4402：b 最大，3pa·s， 试验温度，℃ 动态剪切，TP5：c G*/sinδ，最小1.00kpa 试验温度@ 10rad/s/，℃ 70 R T F O T (T 2 4 0) 或 T F O T （T 1 7 9） 残 留 沥 青 质量损失，最大，% 动态剪切，TP5： G*/sinδ，最小，2.20kpa 试验温度@ 10 rad/s/，℃ 70 P A V 残 留 沥 青 （P P 1） PAV老化温度，℃d 动态剪切，TP5： G*sinδ，最大，5000kpa 试验温度@ 10rad/s/, ℃ 物理硬化指数e 蠕变劲度，TP1：f S，最大，300MPa， m－值，最小，0.300 试验温度@ 60s ，℃ 直接℃拉伸，TP3：f 破坏应变，最小，1.0% 试验温度@1.0mm/min，℃ 34 31 100（110） 28 25 22 报 19 告 37 34 100（110） 31 28 25 1.00 76 230 135
第14 讲 美国Superpave设计方法 (一)
粗集料棱角性： 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 集料的重量百分率。 4.75mm集料的重量百分率。 细集料棱角性：小于2.36mm 2.36mm的未压实集料的空 ②细集料棱角性：小于2.36mm的未压实集料的空 隙百分率 。 扁平、细长颗粒：具有最大与最小比值大于5 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。 的粗集料百分数。 粘土含量：粘土含量是指在小于4.75mm 4.75mm筛孔的 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。 集料组成中所含粘土材料的百分数。用砂当量试 确定。 验确定。
沥青混合料—SUPERPAVE沥青混合料设计方法简介
概述
适用于轻交通道路 选择材料，进行体积计算
水平1
水平2
适用于中等交通道路 水平1+性能预测试验
适用于重交通道路 水平1+扩大的性能预 测试验
水平3
水平1设计内容
选择原材 （沥青、
矿料）
设计矿 料级配
确定沥青用量
确 定 20 年 的 7 d 平 均 最 高 气 温 ， 20 年 的 1d最低温度，并计算其平均值和标准差
计算体积参数
分别测定四组试件的毛 体积密度，并计算空隙 率、矿料间隙率、沥青 饱和度等体积参数及粉 胶比
确定最佳沥青用量
绘制不同沥青用量的空隙 率、矿料间隙率、压实度 （密度)的关系曲线图，并 由图确定4%空隙率且能满 足矿料间隙率、沥青饱和 度、粉胶比要求的沥青用 量为最佳沥青用量，并验 证Ni和Nm条件下压实度是 否符合要求。
Superpave沥青混合料 设计方法简介
Superpave设计方法中，使用SHRP旋转压实仪进行混合料体积设计。
模拟荷载对道路揉搓压实作用。
它可以评价混合料现场铺筑过 程中的压实性，还可以反映交通荷 载所引起的压密现象。
竖直压力 旋转角1.25°
SHRP旋转压实仪SGC工 作原理示意图
Superpave设计的水平
2
用来反映施工时沥青混合料的压实特
性。要求：空隙率至少为11%（即压实
度89%以下）
lg Ni 0.45 lg Ndeg
3
是试件达到路面现场最大密度所需的 旋转压实次数。空隙率至少为2%（即压 实度98%以下） lg Nm 1.10 lg Ndeg
设计交通量 (106ESALS)
﹤0.3 0.3～3 3～30
评价水敏感性
浅析沥青混合料级配的Superpave设计设计
时没有 级配选择的概念.在进行配合比 一个 设
计时， 千方百计地将级配进行调整， 使合成级 配尽可能符合规范规定的中值。这种方法的
压实仪成型试件， 试件的空隙率控制在7+ 1%
(2)考虑到级配2 在各方面性能强 于现行 的AC- 201的中 值级配， 可以在以后的 级配 设 计中， 以级配2 替代 现行的AC- 201的中值级
级配3是 在AC- 201范围 合Superpave内符 19要求的Superpave- 19细级配， 时也是避 同
开禁区 的AC- 201的中 值级配 变形形式;级配 4 是在AC- 201范围 内符合Superpave- 19 要 求的Superpave- 19 粗级配。
育路面发生早期破坏的主要原因之一的水if t
以内。将试件 分两组， 其中一组采用非条件 试验， 另一组采用条件试验。非条件试验是
将试件放在塑料袋里封好， 放入25℃水浴中至
能更 (4)级配2 与其它级配相比 好， 在对马歇尔
规范要求的符合性上更好。
优点是简 单易行， 但缺乏灵 性， 活 特别是集 料
的特性发生变化时， 无法进行有效的调整。 3.2 试验级配的沥 青混合料Suparpave 设 计 根据集料的性质(密度)来计算出初选的四 而在现 今美国实行的Superpave设计体系中不 仅引进了 限制区和控制点的概念， 更重要的是 个级配的初始用油量， 然后用初始用油量成型 打破了中 值级配的传统思想 提出了 设计中 级 试件， 沥青混合料的拌和温度和压实温度依据
Superpave 规范要求进行比 最后确定设计 较，
美国Superpave沥青混合料设计方法
美国Superpave沥青混合料设计方法一、美国superpave沥青混合料设计方法superpave(superiorperformingasphaltpavements)是shrp(strategichighwayresearchprogram)的沥青研究部分的最终系列成果的代称.shrp是美国战略公路研究计划的简称，其目的是通过将混合料设计与路面结构设计相联系，以路面使用性能。
它历时5年（1987―1992），耗资1亿5千万美元，是公路研究史上最大的研究项目之一，取得了130多项科研成果。
superpave设计法就是创建在路用性能基础上的设计方法，就是通过路面模型的方法去推论路面性能。
superpave沥青混合料就是力图将试验方法与指标同沥青路面的野外性能创建起至轻易的联系，通过掌控高温车辙、低温、烦躁脱落，以全面废止路面性能。
1、superpave设计方法的全套技术涵盖以下五个方面：①含水料与集料规范；②混合料体积设计；③混合料施工；④混合料性能预测；⑤相关软件、试验方法及设备等；这些体系一起共同组成完备的superpave技术，边缘化的应用领域其中部分技术很难达至superpave整体应用领域所应用领域的效果。
2、superpave体积设计方法的主要特点如下：①提出了三个水平设计沥青混合料的思想，见下表1―1；②通过限制孔隙率、矿料间隙和沥青饱和度，来实现沥青胶结料、集料和空隙三要素间合理的体积比例；沥青混合料设计水平表1―1设计水平iiiiii交通量（easls）轻交通，交通量≤1×106中等交通，1×106交通量q1×107按体积设计选择材料试验要求重交通1×1073、设计方法及评价指标superpave体积设计方法以集料酿制沥青混合料，确认空隙率为4%，利用混合料的体积参数估计起始沥青用量。
主要步骤为：①测量集料的密度参数与矿料制备级分体式设计。
Superpave简介
Superpave简介Superpave是Superior Performing Asphalt Pavement的缩写，中文意思就是“高性能沥青路面”。
Superpave沥青混合料是美国战略公路研究计划（SHRP）的研究成果之一。
Superpave沥青混合料设计法是一种全新的沥青混合料设计法，包含沥青结合料规范，沥青混合料体积设计方法，计算机软件及相关的使用设备、试验方法和标准。
Sperpave混合料设计分为三个水准：混合料体积设计也称水准I设计，使用旋转压实机（SGC）并根据体积设计要求选择沥青用量。
混合料中等路面性能水平设计也称水准II设计，以混合料体积设计为基础，附加一组SST和IDT试验以达到一系列性能预测。
混合料最高路面性能水平设计也称水准III设计，以混合料体积设计为基础，附加的SST和IDT试验是在一个较宽温度变化范围内进行试验。
由于包含了更广泛的试验范围和结果，完全分析可提供更可靠的性能预测水平。
Superpave沥青混合料设计系统是根据项目所在地的气候和设计交通量，把材料选择与混合料设计都集中在体积设计法中，该方法要求在设计沥青路面时，充分考虑在服务期内温度对路面地影响，要求路面在最高设计温度时能满足高温性能地要求，不产生过量地车辙；在路面最低温度时，能满足低温性能地要求，避免或减少低温开裂；在常温范围内控制疲劳开裂。
对于沥青结合料，采用旋转薄膜烘箱试验来模拟沥青混合料在拌和和摊铺工程中的老化；采用压力老化容器模拟沥青在路面使用工程中的老化。
对于集料，在进行混合料级配设计时，采用控制点和限制区的概念来限定，优选试验级配设计。
对于沥青混合料，在拌好后，采用短期老化来模拟沥青混合料在拌和摊铺压实过程中的老化，沥青混合料试件采用旋转压实仪准备。
试件压实过程中，记录旋转压实次数与试件高度的关系，从而对沥青混合料体积特性进行评价。
所谓Superpave混合料体积设计是根据沥青混合料的空隙率、矿料间隙率、沥青填隙率等体积特性进行热拌沥青混合料设计的，方法主要有设计材料选择、沥青混合料拌和、沥青混合料体积分析以及混合料验证，包括体积性质和水敏感性。
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46.1 36.7 26.9 18.2
AC-5 最小
39.1 25.9 21.1
最大
39.1 31.9 21.1
100 95～100 90～100
30～54
2～10
2～10
6～12
2013年第1期 (1月上) 《交通世界》 261
A沥青技术 SPHALT TECHNOLOGY Superpave级配限制区
Superpave采用限制区的最初目的 主要是避免混合料含有过高比例的细砂 （相对于总砂量），并避免级配遵从最 大密实线。这是因为最大密实线通常不 具有适合的矿料间隙率VMA，往往会 使VMA偏小，沥青用量偏少，这种级 配对沥青用量很敏感，沥青用量的微小 变化都可能导致混合料变得可塑。而我 国级配曲线过去较长一段时间内都是遵 循最大密度线原则的，在Superpave技 术引进后才渐转为粗集料部分走上限， 细集料部分走下限的类S形曲线。
2～8
12.5
9.5
4.75
100 90～100 44～74 28～58
5～21 2～10
100 90～100 55～85 32～67
7～23
2～10
100 80～100 65～100 40～80 25～65 7～40 3～20 2～10
12.5
9.5
4.75
100 90～100 ～90
28～58
100 90～100 ～90 32～67
4.75 最小
最大
39.1 25.9 21.1
39.1 31.9 21.1
表4 我国现行规范级配的拟定限制区
筛孔 尺寸 （mm）
级配类型
AC-25 最小
最大
AC-20 最小
最大
4.75
42.7
42.7
2.36
29.2
33.2
33.7
33.7
1.18
19.8
25.8
21.7
27.7
0.6
14.8
18.8
17.6
0.3
10
10
11.4
11.4
19 最小
34.6 22.3 16.7 13.7
最大
34.6 28.3 20.7 13.7
12.5 最小
39.1 25.6 19.1 15.5
最大
39.1 31.6 23.1 15.5
9.5 最小
47.2 31.6 23.5 18.7
最大
47.2 37.6 27.5 18.7
在很多情况下限制区将不鼓励混 合料采用天然砂，而提倡采用洁净的人 工砂。这种设计集料结构的方法能够
图1 不同最大尺寸对级配曲线的影响
保证集料形成强而稳定的骨架结构， 以增强抵抗永久变形的能力，同时提 供足够的空隙以增强混合料的耐久性 能。还有研究认为既然已经对细集料
的棱角性作了规定，实质上对天然砂 砾已经产生了限制作用，因此再重复 要求是没有必要的。
16.2
20.2
0.3
12.3
12.3
13.3
13.3
AC-16 最小
最大
39.1 25.6 19.1 15.5
39.1 31.6 23.1 15.5
AC-13 最小
最大
42.3 27.9 20.8 16.7
42.3 33.9 24.8 16.7
AC-10 最小
最大
46.1 30.7 22.9 18.2
料设计规范中，包括了9.5～37.5mm 范围内5种常用的公称最大集料尺寸混 合料的设计标准。鉴于4.75mm公称最 大尺寸混合料既可改善沥青路面的平整 度，又可用于薄层罩面、修补路面缺 陷，还可用于低交通量道路修筑，因此 研究并提出4.75mm公称最大尺寸混合 料标准已十分必要。
表1 ASTM密级配沥青混合料集料级配技术要求
筛孔尺寸
级配类型 37.5
25.0
19.0
50
100
37.5
90～100
100
25.0
90～100
100
19.0
56～80
90～100
12.5
56～80
9.5
56～80
4.75
23～53
5
23～49
1.18
0.6
0.3
4～16
5～17
5～19
0.15
0.075
Superpave级配技术规范
Superpave级配控制点
关于控制点，Superpave采用的 控制点与美国材料与试验协会ASTM标
准《热拌、热铺沥青混合料技术要求》 （D3515-96）中规定的级配范围相 比，除了数量少一些外，在数值上并无 区别，如表1与表2所示。
比较两表可见，除了4.75mm级配 外，其余各种级配的控制点在数值上都 相同，只不过Superpave只规定了较少 的级配控制点。在现行Superpave混合
Superpave 沥青混合料设计方法研究
文/李卫华
Superpave沥青混合料设计 思想
Superpve沥青混合料设计方法的 优越性
Superpave混合料设计系统根据 工程所在地的气候和设计交通量，进行 材料的选择和混合料的配合比设计。要 求在设计沥青路面时，充分考虑在服务 期内温度对路用性能的影响，主要指沥 青路面在最高设计温度时能满足高温性 能要求，不产生过量的车辙，在常温范 围内能控制疲劳开裂，在最低设计温度 时，能满足低温性能的要求，避免或 减少低温开裂。对于沥青胶结料，采用 旋转薄膜烘箱试验来模拟沥青在拌和过 程中的短期老化，采用压力老化容器模 拟沥青在路面使用过程中的长期老化。 对于集料，在进行沥青混合料集料级配 设计时，采用控制点和限制区的概念来 限定、优选试验级配设计；对于沥青混 合料，在拌和好后采用短期老化模拟沥 青混合料在拌和与摊铺压实过程中的老 化，采用长期老化模拟沥青混合料在路 面使用过程中的老化。沥青混合料成型 试件采用旋转压实机制备，在试件成型 过程中，记录旋转压实次数与试件高度 的关系，从而对沥青混合料的体积特性 进行评价。
从上述研究与结论可知，取消限
表3 美国Superpave规范限制区
筛孔 尺寸 （mm）
集料公称最大尺寸（mm）
37.5
25
最小 最大 最小
最大
4.75
34.7 34.7 39.5
39.5
2.36
23.3 27.3 26.8
30.8
1.18
15.5 21.5 18.1
24.1
0.6
11.7 15.7 13.6
0～6
1～7
2～8
表2 Superpave规定的级配控制点
筛孔尺寸
级配类型 37.5
25.0
50
100
37.5
90～100
100
25.0
～90
90～100
19.0
～90
12.5
9.5
4.75
2.36
15～41
19～45
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
0～6
1～7
19.0 100 90～100 ～90 23～49