Superpave沥青混合料

通过百分率（％）
筛孔孔径（mm）
初始预拌沥青含量确定
有效相对密度：Gse Gsb 0.8 C Gsa Gsb
Gsa ：混和集料表观相对密度 Gsb ：混和集料毛体积相对密度
Ps 1 Va 1 1 Vba G G P P se sb 吸收的胶结料体积： b s G G se b
测量高温性质
测量低温性质
模拟硬化（耐久性）特性
设计集料结构选择

采用0.45次方级配线图 定义最大理论密度曲线


引入了控制点和禁区的概念
采用三个合成级配进行试配
选择三 个试拌 级配 预估试 拌沥青 含量 评价合 成级配 确定最 优级配
0.45次方图
100
通 80 过 百 60 分 率 40
Gse Gsb Ps Gb G G Pb预估 sb se
其中：Pbe预估
Superpave VMA要求
VMA预估＝VMA初始 C 4.0 Va
Va大于4.0％，C=0.1；Va小于4.0％，C=0.2
公称最大粒径（mm） 4.75 9.5 12.5 19 最小VMA（％） 16.0 15.0 14.0 13.0

生产配合比设计

取目标配合比设计的最佳沥青用量OAC、 OAC±0.3％，3个沥青用量，采用旋转压实仪 进行试验，检验各项指标是否满足要求，不满 足要求则重新调整热料仓比例，进行级配设计 但需要注意生产配合比确定的沥青用量与目标 配合比设计确定的最佳沥青用量相差不能超过 0.2％

生产配合比验证

在混合料生产和施工期间——旋转薄膜烘 箱老化的沥青（RTFO）
在铺筑里面长时间使用后——旋转薄膜烘 箱老化后进行压力老化的沥青（PAV）

Superpave胶结料试验仪器及目的
Superpave胶结料试验仪器 动态剪切流变仪（DSR） 旋转粘度仪（RV） 弯曲粱流变仪（BBR） 直接拉伸试验仪（DTT） 目的 测量高温和中等温度性质 测量高温性质 测量低温性质
设计ESALs （百万） <0.3
0.3至<3
压实参数
N初始 N设计 N最大
6
7
50
75
75
115
3至<10
≥30
8
9
100
125
160
205
%Gmm @ N 初始 与粉胶比的计算方法
%Gmm预估 @ N 初始＝％Gmm试验 @ N 初始 （4.0 Va）
粉胶比：
P0.75 D.P. Pbe 预估
扁平细长颗粒 （不大于％）
砂当量 （不小于％）
“85/80”指粗集料的85％有一个破碎面，80％有两个破碎面
Superpave混合料设计主要步骤

材料选择（集料、胶结料、改性剂等） 设计集料结构选择 设计沥青胶结料含量选择 设计混合料水稳定性评估
集料试验项目

粗集料棱角性 细集料棱角性
包括试拌和试铺两阶段
试拌工作主要采用生产配合比的级配和最佳 沥青用量，进行拌和楼试拌，并取样进行旋 转压实试验和抽提试验，验证混合料体积指 标和级配组成
在试拌成功后，进行试铺段施工，取试铺沥 青混合料进行旋转压实试验和抽提试验，验 证沥青混合料体积指标和级配组成
Superpave设计旋转压实表
G*×sinδ≤ 5000kPa(PAV)
弯曲梁流变仪

试验目的：测量沥青在低温下的劲度， 评价沥青的低温性能


评价指标：m值、蠕变劲度S(t)
评价标准：S ≤300kPa
m≥0.30
直接拉伸试验仪

试验目的：测量沥青胶结料低温最大拉 应变，评价沥青的低温性能


评价指标：破坏应变
评价标准： 破坏应变≥ 1.0%
过度老化
—旋转薄膜烘箱试验后，沥青胶结料的质量损失最大为1%
Superpave沥青胶结料规范标准
疲劳裂缝
—已经过RFTO和PAV老化的沥青胶结料的G*sinδ最大为 5000kPa(DSR)
低温裂缝
—为减轻裂缝，沥青胶结料60s的蠕变劲度最大为300MPa，m 值最小0.300(BBR）；速度为1.0mm/min，直接拉力试验的破 坏应变最小为1%(DTT）
旋转薄膜烘箱（RTFO） 压力老化容器（PAV）
模拟硬化（耐久性）特性
动态剪切流变仪

试验目的：用来测试沥青胶结料粘弹性 特征，评价沥青的高温性能和疲劳性能


主要参数：复数剪切参数G*、相位角δ
评价指标：G*/sinδ、 G*×sinδ

评价标准： G*/sinδ≥ 1.0kPa(原样)
G*/sinδ≥ 2.2kPa(RTFO)


对高温PG等级的调整
沥青胶结料PG等级的调整 设计ESALs （百万次） 静止
交通荷载速度
慢 标准
<0.3 0.3～3 3～10
— 2 2
— 1 1
— — —
10～30
≥30

2
2
1
1
—
1
静止交通——平均交通速度<20km/h 慢速交通——平均交通速度20～70km/h 标准交通——平均交通速度>70km/h
Superpave沥青胶结料规范标准
安全性
—初始沥青胶结料的闪点最小230℃
泵送和操作
—初始沥青胶结料135的粘度最大为3Pa.s（PV）
永久变形
—初始沥青胶结料的G*/sinδ最小为1.00kPa（DSR）、经旋转薄膜烘 箱试验老化的沥青胶结料的G*/sinδ最小为2.2kPa（DSR）
示例:
4.75 mm 筛孔位于 (4.75)0.45 = 2.02
20 0 1 2 3 4
筛孔位于筛孔尺寸（mm）的0.45次方位置
最大理论密度线
最大密度级配
控制点和禁区
最大密度线
限制区
控制点
级配曲线示意图
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
0.075 0.15 0.3 0.6 1.18 2.36 4.75 9.5 13.2 16 19 26.5
压实标准
交通量 （百万 ESALs） <0.3
%Gmm @ N 初始
%Gmm @ N设计
%Gmm @ N 最大
91.5
96.0
98.0
0.3至<3 3至<10 10至<30 ≥30
90.5 89.0 89.0 89.0
96.0 96.0 96.0 96.0
98.0 98.0 98.0 98.0
储存引起的物理硬化
—对经过RFTO和PAV老化胶结料进行弯曲试验，至今尚未提出 必须达到的标准值
如何选择胶结料PG等级


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根据气候条件选择胶结料等级
根据交通荷载、交通速度调整胶结料等级
设计温度的确定
路表以下20mm的路面最高设计温度按下式计算
T20mm Tair 0.00618Lat 0.2298Lat 42.2 0.9545 17.78


扁平细长颗粒含量
粘土含量（砂当量）


坚固性、安定性和有害物质
水洗筛分，确定毛体积和表观相对密度
胶结料试验

135℃和165℃的粘度试验 闪点试验 PG等级试验 目的 测量高温和中等温度性质
Superpave胶结料PG等级试验 动态剪切流变仪（DSR）
旋转粘度仪（RV） 弯曲粱流变仪（BBR） 直接拉伸试验仪（DTT） 薄膜烘箱（RTFO） 压力老化容器（PAV）
Superpave集料检测项目

粗集料棱角性 细集料棱角性


扁平细长颗粒含量
粘土含量（砂当量）

坚固性、安定性和有害物质
Superpave集料要求
交通量 （百万ESALs）
粗集料棱角性（％） 细集料棱角性（％） 从表面起的深度 <100mm <0.3 0.3至<3 3至<10 10至<30 ≥30 55/— 75/— 85/80 95/90 100/100 >100mm —/— 50/— 60/80/75 100/100 从表面起的深度 <100mm — 40 45 45 45 >100mm — 40 40 40 45 — 10 10 10 10 40 40 45 45 50
：吸收的胶结料体积； Pb ：胶结料含量（假定 0.05）； Ps ：集料的百分数（假定0.95）； Gb ：胶结 料相对密度（假定1.02）； V a ：空隙体积（假定 0.04cm3/cm3混合料）。
Vba
初始预拌沥青含量确定
有效胶结料体积 ： Vbe 0.081 0.02931 ln S n
Va
：初始预拌沥青用量下在N 设计下的空隙率
试拌级配评价
通过预估沥青用量下的下列指标评价三种试拌级配

空隙率：4.0％ 矿料间隙率VMA 沥青填隙率VFA
%Gmm @ N 初始
粉胶比：0.6-1.2
选择设计沥青胶结料含量

采用预估胶结料含量，预估胶结料含量 ±0.5％，预估胶结料含量+1.0％，共4 种沥青含量进行试验 确定空隙率为4％的沥青含量，并验证 VMA，VFA，及粉胶比 验证 N max 次压实后混合料密度与最大理 论密度的比值，要求不大于98％
固定级配，变化四个沥青用量，成型试件
分析试验数据，确定最佳沥青用量 合格 水损害、车辙、低温性能试验验证 合格 确定配合比
不合格
不合格
生产配合比设计

高性能沥青混合料目标配合比设计完成 后，如果施工单位采用间歇式拌和楼设 备生产，则需要进行生产配合比设计 取热料仓的材料进行筛分，确定各热料 仓的材料比例，同时反复调整冷料仓进 料比例，确保冷热仓用量平衡
Superpave设计方法的组成

沥青胶结料性能规范 沥青混合料设计方法

沥青混合料路用性能评价体系
Superpave胶结料性能规范
全新的胶结料性能规范——PG分级体系
PG 64 - 22
Performance Grade 最低路面温度
平均7天最高路面温度
模拟胶结料使用过程中的试验

在运输、储存和处理阶段——未老化的沥 青
式中

2

T20mm——路面下20mm的路面最高设计温度 Tair——最高7d温度的平均值 Lat——工程所处的纬度
路表最低温度按照下式计算 / T min 0.895T air 1.7
式中
Tmin——路表最低设计温度 T ’air——最低温度的平均值
根据交通情况调整PG等级

对于设计荷载下低速度的道路，高温等 级需要高一级，对于停滞的交通荷载、 高温等级应提高两级 对于重交通情况，也需根据交通量对高 温等级进行调整 根据交通量和速度调整高温等级称为 “grade-bumping”(跳级)
S n ：集料合成级配的公称最大筛孔尺寸（英寸）
Gb Vbe Vba 初始试拌沥青胶 P 100% bi Gb Vbe Vba Ws 结料的含量：
Ws ：集料的质量
预估沥青用量的确定
P预估＝Pbi 0.4 4.0 Va
P预估 ：预估胶结料百分数 Pbi ：初始（试拌）胶结料百分数
25 37.5
12.0 11.0
Superpave VFA要求
VFA预估＝100％
VMA
预估
4.0
VMA预估
设计ESALs（百万）
<0.3
设计VFA（％）
70-80
0.3至<3 3至<10 10至<30 ≥30
65-78 65-75 65-75 65-75
对于9.5mm公称最大集料尺寸，设计ESAL≥300万，VFA为73％-76％ 对于25mm公称最大集料尺寸，设计ESAL<30万，VFA最低为67％ 对于37.5mm公称最大集料尺寸，设计ESAL水平，VFA最低为64％


混合料性能评价

高温性能试验
车辙试验
高温蠕变试验

水敏感性试验
浸水马歇尔试验
AASHTO T 283试验
冻融劈裂试验

低温性能试验
低温小梁试验
选择材料 集料、矿粉 材料试验 添加剂
目 标 配 合 比 设 计 流 程
沥青 选择试验级配
选择粗中细三组级配
不合格 选择初试沥青用量，成型试件 合格 选择设计级配