高性能沥青路面(Superpave)技术(周进川)
高性能沥青路面superpave技术
• 确定最低路面温度
• 选择可靠度
• 结合料性能级调整
根据交通速度和交通量选择沥青
——考虑交通量与速度对高温的影响
设计ESALsb
（106）
<0.3
0.3～<3
3～<10
10～<30
≥30
调整胶结料高温等级a
交通加荷速率
停滞交通c
慢速交通d
标准交通e
–f
2
1
2
1
2
1
–f
2
1
1
பைடு நூலகம்
根据交通速度和交通量选择沥青
-20
0
-10
强度, MPa
温度应力
, MPa
8
沥青老化
• 短期老化：旋转薄膜烘箱试验（ R T F O T ）
• 模拟沥青在加热、拌和、运输、摊铺、碾压期间的老化。
• 长期老化：压力老化箱（ P A V ）
• 模拟沥青在路面使用5 ～7 年后产生的老化。
短期老化
——旋转薄膜烘箱试验（RTFOT）
T 170, 阿布森法沥青结合料回收
T 176, 用砂当量试验确定级配集料中的塑性细颗粒和粘土
T 283, 压实沥青混合料抗水损坏阻力
T 304，细集料未压实空隙含量
T 308, 用燃烧法确定热拌沥青混合料（HMA）的沥青含量
T 312, 用Superpave旋转压实机准备并测定热拌沥青混合料
（HMA）试件的密度
生产安全性
• 闪点仪
• 闪点温度 ≥ 230 ℃
Superpave混合料体
积设计
AASHTO M 323
标准技术要求
Superpave沥青路面设计与应用
Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ沥青路面设计与应用介绍了Superpave混合料的详细设计过程和检测数据。
通过对设计实例的探讨，以求指导路面设计与施工。
标签：Superpave 配合比设计施工应用0 引言Superpave（Superior Performing Asphalt Pavements）即高性能沥青路面，它是美国公路战略研究计划(SHRP)的重要研究成果。
由于采用了新的沥青混合料设计方法，其集料级配更趋于嵌挤、密实，高温稳定性好，适于交通量大和抗车辙要求高的公路。
在施工确保合适空隙率的前提下，抗水害性能和抗疲劳性能也较好。
本文以在江苏南通204国道海安段扩建工程的改性沥青混合料Sup20下面层配比设计为基础，对Superpave混合料设计方法进行探讨。
1 原材料所用1#、2#集料为浙江长兴产石灰岩，3#、4#集料为宜兴佳乐产石灰岩，沥青为泰州中海产70＃道路石油沥青，矿粉为溧阳中亚产，进行集料性质试验和沥青的密度试验。
2 设计集料结构的选择2.1 集料筛分及配合比设计依据Superpave设计方法，在选择设计集料结构时，首先调试选出粗、中、细三个级配，根据集料的性质算出三个级配的初始用油量。
然后用初始用油量成型试件，根据试验计算出三个级配的沥青混合料在空隙率为4%时的沥青用量及相应体积性质、矿料间隙率（VMA）、饱和度（VFA）、矿粉与有效沥青之比（F/A）等。
级配曲线见图1。
2.2 试验级配的评价根据各个级配的估算沥青用量和以往经验，用4.2%的沥青用量成型试件，普通沥青混合料的拌和及成型温度由粘温曲线确定，采用旋转压实仪成型试件，设定旋转压实仪的单位压力为0.6MPa。
根据交通量数据选择压实次数N最初=8次，N设计=100次，N最大=160次。
根据Superpave设计标准，在进行估算用油量成型试件时，将旋转压实次数设定在N设计，本次试验为N设计=100次，依据估算沥青用量下各级配旋转压实试验结果可以得出级配1、2满足Superpave设计要求，根据经验选择级配2为设计级配。
高性能沥青路面Superpave
苏高技（2003）18号高性能沥青路面(Superpave-19)中面层施工指导意见(SBS改性沥青)一、概述高性能沥青路面（Superpave），采用了全新的沥青混合料设计方法。
Superpave沥青混合料设计方法，采用旋转压实仪成型试件，依据沥青混合料初始、设计和最大旋转压实次数时的密实度以及在设计压实次数时的空隙率、矿料间隙率、沥青填隙率、填料与有效沥青之比进行沥青混合料的组成设计。
它在沥青混合料组成设计时首先依据石料的性质进行级配组成设计，然后再进行油石比的选择。
在吸收国外先进设计方法的基础上，结合我省试验研究成果，制定了《高性能沥青路面（Superpave-19）中面层施工指导意见(SBS改性沥青)》，以指导我省高速公路沥青路面中面层施工。
沥青路面中面层厚度6-7cm，采用石灰岩集料，Superpave19结构。
二、配合比设计配合比设计包括目标配合比设计、生产配合比设计以及生产配合比验证三个阶段。
由于技术及试验设备限制，目标配合比设计统一委托省交通科研院设计，并提供相关的马歇尔试验技术指标。
根据工程实际使用的材料和设计配比要求，计算出材料配比，在室内拌制沥青混合料，用旋转压实机成型混合料试件，计算沥青混合料的体积指标应满足表1的规定，从而确定矿料的比例和最佳沥青的用量。
据此作为目标配合比，供拌和楼冷料仓的供料比例、进料速度及试拌使用。
生产配合比设计是将二次筛分后进入热料仓的材料取出筛分，再次确定各热料仓的材料比例，同时反复调整冷料仓进料比例，以达到供料均衡，并以目标配合比设计的最佳用油量及最佳用油量的-0.3%、+0.3%三个沥青用量进行马歇尔试验，检验各项指标是否满足规范要求，不满足要求应重新调整热料仓比例，进行级配设计。
同时按生产配合比拌制的混合料是否满足Superpave的体积性质要求（包括马歇尔标准）见表1和表2，如果不符合应调整级配和沥青用量使其符合Superpave标准。
生产配合比设计由省交科院和承包商共同完成。
superpave沥青路面
• 1987年美国公路战略研究计划（SHRP）进行一项为期
五年耗资5000万美元的沥青课题研究，旨在制定一个
新的沥青和沥青混合料规范、试验和设计方法。SHRP 沥青课题的最终研究成果称为Superpave，即高性能沥 青路面的意思，Superpave（Superior Performing Asphalt Pavements）是SHRP沥青研究的成果，包括一
设计ESALs（ 百万次） <0.3 0.3-<3 3-<30 ≥30
应用的典型道路
当由公路部门自己规定和沥青层厚度≥100mm，估计交通量≥0.3×106 ESALs，除了混合料使用在重要的交通线路上和施工车辆超载很多的情况下， 估计的设计的交通量可以降一级。从混合料设计来说，如果这一层厚度的1/4 在路面下100mm以内，这一层视为路面 100mm以下。 当设计ESALs在3～10×106次ESALs之间，公路部门可以根据当地的经验 和自己的判断是否用N初始=7、N设计=75和N最大=115。
沥青混合料设计方法的发展
• 目的:
– 获得符合设计要求的、经济的集料与沥青的 混合物
• 已有的沥青混合料设计方法
– 马歇尔法 – 维姆法
• 新方法
– Superpave旋转压实法
沥青混合料设计的要求
有足够的沥青保证路面的耐久性
在交通荷载作用下有足够的稳定性 有足够的空隙率 – 不能过大，以防止环境破坏 – 不能过小，以便在交通荷载作用下有进 一步压密的空间 有足够 法
原材料试验 确定粘温曲线 设计集料结构的选择
• • • • 初选级配 试验级配的评价 选择设计级配的最佳沥青用量 性能检验
基于交通速度和交通量水平的沥青胶结料选择
SUPERPAVE高性能沥青路面
《四川交通在线》这篇访谈录好就好在它首先向我们介绍了SUPERPAVE（高性能沥青路面）的历史演变过程，而后才论及它的国内外最新技术成果极其发展趋势。
从来便没有一成不变的东西。
技术规范也是这样。
从中，我们可以找到工作创新的源泉所在。
——编者按在线嘉宾：江苏省交通科学研究院副总工程师、教授级高工贾渝主持人：未来的交通国际论坛秘书长逯宇主持人：各位同行、各位网友，大家上午好，欢迎大家来到未来的交通国际论坛专家在线，本期专家在线我们非常荣幸请到了江苏省交通科学研究院副总工程师、教授级高工贾渝，就SUPERPVAE与重交通路面性能与大家进行沟通和交流。
首先请您介绍一下SUPERPVAE产生的背景是什么？与上世纪70年代美国交通量快速增长有什么样的关系？贾渝：SUPERPVAE产生的背景，实际上是跟70年代的美国交通是有关系的。
按照当时美国规范修筑的路面，在70—80年代都产生了比较严重的早期损害，这些损害包括车辙、疲劳、低温开裂、水损害。
为什么按照规范修的路照样产生损害，这就是因为这些规范是经验的规范，不是性能规范，所以当一些条件，比如说材料、环境、交通量、施工工艺变化的时候，这些经验的规范就不灵了。
实际上我个人觉得，我们在重复美国80年代那个现象。
一方面交通量在增长，另一方面，美国80年代在路上的科研经费也是严重的缺乏，所以美国国会就专门拨出了15000万美元来进行美国公路战略研究（SHRP），其中沥青课题5000万美元，Superpvae就是沥青课题的研究成果。
主持人：SUPERPVAE的最核心技术是什么呢？贾渝：应该有两个，一个是沥青胶结料性能规范，就是所谓的PG规范，这个规范不仅仅只注意到原样沥青的性能，更重视短期和长期老化后的性能。
打个比方来说，我们一个人年纪轻的时候，没有什么毛病，但是老了以后，毛病就出来了。
所以说胶结料PG等级不只是注意“年轻”时的性能，也要看到“老”了的时候，路面使用若干年以后的性能。
SuperPave高性能沥青混凝土路面
SuperPave高性能沥青混凝土路面【摘要】：随着我国经济的迅速发展，道路施工技术不断改善，越来越多的新型材料被应用到道路建设领域。
文章结合工程实践以及实验数据，分析了SuperPave高性能沥青混凝土路面在在204国道赣榆段的应用。
【关键词】：沥青混凝土沥青混合料路面引言204国道赣榆段于2011年1月15日顺利通过交工验收，为赣榆交通事业的写下了浓厚的一笔，创造了赣榆交通的辉煌。
204国道赣榆段全长53公里，路面结构层采用32cm4%水泥稳定碎石+8cmSUP20中粒式沥青混凝土+4cmSUP13细粒式沥青混凝土路面，工程自2008年3月开工，于2010年12底正式通车，凝聚了赣榆交通人的心血。
SuperPave高性能沥青混凝土路面在赣榆县是第一次应用，相对来说是一个陌生的领域，对此，指挥部特别聘请了南京东交工程检测有限公司进行技术服务。
同时为做好SuperPave沥青路面的检测、试验，指挥部成立质量检测组，以县中兴路桥监理有限公司中心试验室为依托，对204国道赣榆段SuperPave高性能沥青混凝土路面施工质量进行了有效的监控。
一、原材料要求1、沥青沥青面层采用优质道路石油沥青，标号70号，技术要求见表一。
施工单位采用山东宏润、泰州石化、以及进口沥青，在施工过程中，通过项目部、监理组及业主委托的县中兴路桥监理有限公司中心试验室的检验，针入度、延度和软化点等三大指标均能满足规范要求。
2、粗集料下面层选用山东临沂的石灰岩轧制的碎石，经检验粗集料颗粒筛分、压碎值、针片状等指标均能满足要求，但在级配上由于施工单位未能严格控制料源，致使SUP沥青混凝土配合比时常需要调整，造成人员的极大浪费。
上面层采用东海安峰山的玄武岩轧制的碎石，材料均能满足要求。
3、细集料采用坚硬、洁净、干燥、无风化、无杂质并有适当级配的人工轧制的米砂。
4、填料采用石灰岩碱性石料经磨细得到的矿粉。
每100吨检测1次。
矿粉要求干燥、清洁，拌和机回收的粉料不能用于拌制沥青混合料，以确保沥青面层的质量，现场采用矿粉经试验检测均满足规范及施工指导意见要求。
《Superpave沥青混合料疲劳性能与分数阶灰色预测模型研究》范文
《Superpave沥青混合料疲劳性能与分数阶灰色预测模型研究》篇一一、引言随着交通量的不断增加和道路使用年限的延长，沥青路面的疲劳性能逐渐成为道路工程领域关注的重点。
Superpave沥青混合料因其良好的路用性能被广泛应用于道路建设中。
然而，沥青混合料的疲劳性能受多种因素影响，如何准确评估其疲劳性能并预测其长期使用性能成为研究的热点问题。
本研究旨在探讨Superpave沥青混合料的疲劳性能，并建立分数阶灰色预测模型以预测其长期使用性能。
二、Superpave沥青混合料疲劳性能研究1. 实验设计本部分通过实验方法，对Superpave沥青混合料的疲劳性能进行深入研究。
实验采用不同配比、不同温度条件下的沥青混合料试样，通过重复加载试验来模拟沥青路面的实际使用情况。
实验中记录了试样的荷载-位移曲线，分析了试样的破坏形态和破坏模式。
2. 实验结果与分析实验结果表明，Superpave沥青混合料具有良好的抗疲劳性能。
在相同条件下，不同配比的沥青混合料表现出不同的疲劳性能。
随着温度的升高，沥青混合料的疲劳寿命有所降低。
通过对实验数据的分析，发现沥青混合料的疲劳性能与沥青的粘度、集料的粒径和级配等因素密切相关。
三、分数阶灰色预测模型研究1. 模型构建为了预测Superpave沥青混合料的长期使用性能，本研究建立了分数阶灰色预测模型。
该模型基于灰色系统理论，通过引入分数阶微分方程来描述系统的动态变化过程。
模型中，系统的未知信息被视为灰色量，通过累加生成序列和灰色微分方程进行预测。
2. 模型应用与验证将实验数据应用于分数阶灰色预测模型中，通过不断调整模型参数，使模型能够较好地拟合实际数据。
为了验证模型的准确性，将模型的预测结果与实际使用情况进行了对比。
结果表明，分数阶灰色预测模型能够较好地预测Superpave沥青混合料的长期使用性能。
四、结论本研究通过实验方法和建立分数阶灰色预测模型，对Superpave沥青混合料的疲劳性能和长期使用性能进行了深入研究。
高性能沥青路面Superpave技术研究
高性能沥青路面Superpave技术研究摘要：文章对高性能沥青路面Superpave技术的设计方法进行了分析，并对高性能沥青路面施工中的关键技术进行了阐述。
关键词：高性能沥青路面，Superpave1前言目前，交通量剧增，轮胎气压和轴载增加，以及环境和材料等方面都产生了很多新变化。
大量实践证明马歇尔稳定度和流值与沥青路面的长期使用性能关系不显著，往往流值合格的沥青路面而高温车辙仍很严重。
针对马氏沥青混合料设计中的种种缺陷，美国公路战略研究计划(SHRP)投资5000万美元,进行一项历时5年的沥青课题研究,寻求新的沥青和沥青混合料试验、设计方法,并制定新的规范。
2Superpave设计方法主要优点2.1材料选择与评价配制沥青混合料主要材料是集料与沥青。
对于这两类材料, Superpave设计规范最基本的思想是根据道路所处的自然和交通条件来进行选择。
对于集料,规范特别重视集料的棱角性要求。
棱角性与交通量相挂钩,交通量越大,要求棱角性越好。
对于针片状颗粒含量要求限制在10%以内。
对于沥青结合料的选择,即根据路面的最高温度与最低设计温度和交通条件加以选择。
如路面最高温度为64℃,最低气温为-16℃,则可选择PG64-16等级的沥青,若交通量大于10x106,则高温还应该提高一个等级,即选择PG70-16。
传统的混合料设计虽然也考虑当地温度,但往往比较粗略，或用70号沥青,或用90号沥青,没有更仔细地考虑。
2.2试件成型采用旋转压实仪压实过程是一种搓揉运动,集料能够重新调整位置而获得密实,不会发生压碎损伤现象。
同时在压实过程中仪器能够画出压实曲线,可以用来评价混合料的压实特性。
旋转压实仪可以成型直径为150mm试件,因而对最大粒径25mm以上的混合料都能够适用。
马歇尔试件采用锤击方式成型,只能成型直径为100mm的试件,压实方式为重锤击实,与现场施工压实有所差别,如碎石材料比较软弱,则可能被锤击破碎。
2.3试件成型的压实次数按交通量大小分成4个等级。
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沥青结合料性能分级：AASHTO M 320 Superpave混合料体积设计：AASHTO M 323 Superpave 热拌沥青混合料（HMA）体积设 计：AASHTO R 35
沥青结合料性能分级 AASHTO M 320
沥青性能分级标准
——基于气候的分级体系
性能分级体系（Performance Grade）
性能等级
7天最高路面温度 最小路面温度
沥青结合料性能分级
M P1 M P1a M 320-03
G*/sinδ ——高温劲度； G*×sinδ ——中温劲度。 对于表2，按PP 42，结合T 313和T 314方法确定临界低温开裂温 度。 对于表2，按R 49（PP 42），结合T 313和T 314方法确定临界低 温开裂温度； 对于表3，按TP 70-09（MSCR）确定不能回收结合料的蠕变柔量， 其中“S”、“H”、“V”分别对应标准、高、非常高的交通量。
——Superpave技术（SUperior PERforming
Asphalt PAVEment)
——相关试验设备、方法、软件
Superpave技术
沥青结合（胶结）料性能规范（PG －）
MP1
M320
沥青混合料体积设计方法（SGC）
MP2
M323 R35
沥青混合料性能预测（SST）
M 320-05
M 320-09
主要试验方法
T 44, 沥青材料溶解度 T 48, 克利夫兰开口杯闪点‘与燃点 T 240, 沥青旋转薄膜烘箱试验(RTFOT) R 28, 沥青加速老化(PAV) T 313, 用弯曲梁流变仪测定沥青结合料的弯曲蠕变劲度 (BBR) T 314, 直接拉伸测定沥青结合料的断裂性质（DT） T 315, 用动态剪切流变仪测定沥青结合料的流变 (DSR) T 316, 用旋转粘度仪测定沥青结合料的粘度 TP 70, 用动态剪切流变仪进行沥青结合料的多级应力蠕 变恢复试验(MSCR)
Strategic Highway Research Program ——“公路战略研究计划”（SHRP）
1987～1993 1亿5千万美元 四个领域
——沥青 ——混凝土与结构 ——公路运营 ——路面长期性能（LTPP）
沥青项目研究成果
21项
沥青结合料10项 混合料体积设计3项 混合料分析与性能预测8项
deflection Load Deflection
Time
Time
弯曲蠕变曲线
BBR试验之m值
直接拉伸试验(DT)
stress
strain
确定低温开裂温度
8 7 6 8
温度应力,MPa 强度,MPa
7 6
温度应力MPa ,
4 3 2 1 0 -50 临界开裂温度
4 3 2 1 0 -10
-40
CCRDI
高性能沥青路面技术 (Superpave)
重庆交通科研设计院 （交通部重庆公路科学研究所） 周进川 二○○九年十一月
背景
1983～1984年，NRC提出一项特别研究报 告——“美国公路，加速寻求新技术” 1984年，AASHTO向美国国会游说支持SHRP 计划 1986年，提出SHRP最终研究计划报告 1987年，SHRP正式开始执行
主要优点：
针入度分级试验温度接近沥青的平均使用温度 试验与检测速度快 可方便地应用于现场实验室 设备费用较低 试验精度较确定 可测定沥青的温度敏感性
沥青针入度
主要缺点：
经验性的试验方法 剪切速率高，且是一个变量 不能获得拌和与压实温度数据 当25℃针入度相似时，不能反映沥青特 性的较大差异
动态剪切流变仪
动态剪切流变仪原理
粘弹性材料应力应变关系（DSR）
沥青材料的粘弹特性
弯曲梁流变试验
RTFOT+PAV后的沥青——低温性能：
蠕变劲度S≤300MPa 蠕变劲度曲线斜率m ≥0.300
弯曲梁流变仪（BBR）
BBR试验原理
BBR试验应力与变形曲线
Constant (Creep) Load
沥青分级标准
针入度分级标准（25℃） 粘度分级标准（60℃） 性能分级标准（达到相同标 准下的试验温度）
沥青针入度/粘度分级
稠度 (针入度或粘度)
针入度
粘度
hard A B soft
粘度
C
-15
25
温度, ℃
60
135
沥青针入度指标体系
原样沥青
根据回收沥青混合料选择沥青
建议的纯沥青等级 不改变 比通常使用沥青软一个等级 由掺合料产生的图表确定 RAP百分比 ＜15 15～25 ＞25
根据回收沥青混合料选择沥青
NCHRP Project 9-12项目的研究结果指出， 高劲度RAP（回收沥青为PG 88-4）比中、 低劲度（分别为 PG 82-16 and PG 82-22） 对混合沥青结合料的低温性能的影响更大。 参考NCHRP 452报告，可以根据回收RAP结 合料的低温劲度修改表中限制RAP掺量的数 据。
沥青品种
针入度级
A
AH-90
B
AH-70
C
AH-70
D
AH-70
性能等级 PG58-22 PG58-22 PG64-22 PG58-16
1、虽然沥青A、B的针入度等级不同，但其性能等级却相同 2、虽然沥青B、C、D的针入度等级相同，但其性能等级却不相 同（最大相差两个性能等级：12℃）
主要内容
合成集料要求
尺寸要求
公称最大尺寸
4.75mm～19.0mm用于表面层 用于底面层不大于37.5mm
级配控制点 级配分级
粗集料棱角性要求 细集料棱角性要求 砂当量要求 扁平细长颗粒要求
集料级配控制点
公称最大集料尺寸——控制点（通过百分率）
筛孔 尺寸
37.5
Min 90 Max 100 90
沥青针入度指标体系
满足同一标准的沥青可能有不同的温度敏 感性（组分不同）； 沥青指标与沥青路用性能的相关性并不显 著；
软化点可能存在假象 10℃（延度）不能代表真正的“低温” 针入度指数曲线的外延并不可靠（特别是对于 改性沥青）
不同油源生产的100#沥青——BTDC图
沥青针入度
两种沥青指标体系比较
性能级与针入度级是两种完全不同的指标体系 主要相同点：
都有闪点指标 都采用RTFOT或TFOT进行短期老化 都有RTFOT或TFOT后的质量损失指标要求
主要不同点：
分级指标不同 指标体系不同 针入度是经验性指标，性能级是流变指标
两种沥青指标体系比较
沥青的针入度等级和性能等级之间没有直 接关系。
标准技术要求
适用性
该Superpave体积混合料设计规范使用集料 和混合料性质去产生热拌沥青混合料生产 配合比 该标准为Superpave体积混合料设计而对结 合料、集料和热拌沥青混合料规定了最低 质量要求 对于Superpave体积混合料，该标准可用于 选择和评价材料
相关标准、方法与文献
沥青可工作性
——泵送、拌和
旋转粘度计（Brookfield）
135℃时的粘度 ≤ 3Pa.s
Brookfield旋转粘度计
applied torque from motor
spindle asphalt sample
sample chamber
生产安全性
闪点仪
闪点温度 ≥ 230 ℃
Superpave混合料体积设计 AASHTO M 323
AASHTO 标准
M 320, 沥青结合料性能分级 R 35, Superpave 热拌沥青混合料(HMA)体积设计 T 11, 矿粉水洗筛分 T 27, 粗、细集料筛分 T 164, 沥青结合料的抽提 T 170, 阿布森法沥青结合料回收 T 176, 用砂当量试验确定级配集料中的塑性细颗粒和粘土 T 283, 压实沥青混合料抗水损坏阻力 T 304，细集料未压实空隙含量 T 308, 用燃烧法确定热拌沥青混合料（HMA）的沥青含量 T 312, 用Superpave旋转压实机准备并测定热拌沥青混合料（HMA） 试件的密度 T 319, 从沥青混合料从抽提和回收沥青结合料
15 0
41 6
19 1
45 7
23 2
49 8
28 2
58 10
级配控制点与限制区
筛孔尺 寸 (mm) 25 19 12.5 9.5 2.36 1.18 0.6 23 49 34.6 22.3 16.7 34.6 28.3 20.7 28
Superpave-19
控制点 100 90 100 90 100 90 限制区
相关标准、方法与文献
ASTM 标准：
D 4791, 粗集料扁平、细长颗粒 D 5821, 确定粗集料破碎颗粒百分率 MS-2, 沥青混凝土和其他热拌类混合料设计方法 IS 128, HMA 路面混合料类型选择指南 LTPP 季节性沥青混凝土路面温度模型 LTPPBind 3.1 NCHRP Report 452: 回收沥青路面在Superpave 混合料设计方法 中的使用建议：技术员手册 TRB 项目 D9-12, Washington, DC, 2001.