高性能瀝青路面superpave的設(shè)計與應(yīng)用

高性能瀝青路面superpave的設(shè)計與應(yīng)用

雙嬌高速公路項目是黑龍江省道路上主要建設(shè)項目之一。該工程是同三公路在黑龍江省的重要區(qū)段,途經(jīng)雙鴨山市、佳木斯市兩個行政區(qū),是連接黑龍江省東部工業(yè)重鎮(zhèn)佳木斯市和煤炭工業(yè)基地雙鴨山市的重要通道。至工程完工后,哈爾濱至雙鴨山將全部通高速公路,從哈爾濱開車前往雙鴨山只需三個多小時。同三公路雙鴨山(集賢)至佳木斯段一期工程于1999年9月建成通車。幾年來,隨著黑龍江省經(jīng)濟的快速發(fā)展,交通流量逐年增長,已經(jīng)不能滿足經(jīng)濟發(fā)展和交通安全運營的需要,嚴重影響了資源外運和地方經(jīng)濟的發(fā)展。為了切實提高國道主干線的運輸能力,省廳決定對雙鴨山(集賢)至佳木斯段進行擴建。雙鴨山(集賢)至佳木斯段擴建工程全長77.926km。1目前，ac和ac道路不足，高性能瀝青路面的適應(yīng)性1.1大虛實原則設(shè)計我國從建設(shè)高速公路以來,瀝青路面的設(shè)計一直采用馬歇爾設(shè)計方法,其混合料類型的選擇一般是中、下面層采用空隙率小、不透水的連續(xù)級配瀝青混凝土AC型,上面層則采用表面比較粗糙的AK型作為抗滑表層。AC型是一種密實型瀝青混凝土結(jié)構(gòu),其礦料級配按最大密實原則設(shè)計,屬于連續(xù)性級配,強度和穩(wěn)定性主要取決于混合料的粘聚力和內(nèi)摩阻力,因為結(jié)構(gòu)密實、空隙率小,所以AC型路面的水穩(wěn)定性較好。但是,由于其表面不夠粗糙,耐磨、抗滑、高溫抗車轍等性能明顯不足,并且礦料間隙率也難以滿足要求,通常采用減少瀝青用量的方法來滿足間隙率的要求,這樣使瀝青路面的耐久性能降低,因此,AC型在高等級公路的上面層已很少采用,主要用于中、下面層。由于防滑性能好,AK結(jié)構(gòu)是高速公路上面層最常采用的結(jié)構(gòu)。但是,AK結(jié)構(gòu)的設(shè)計空隙率大,下雨后,水分容易滲入面層內(nèi),如果中、下面層比較密實,水分則聚集在上面層和中面層之間,并使上面層長期浸泡在水中,導(dǎo)致路面發(fā)生松散、坑洞等破壞;反之,水分會直接滲入基層,基層長期浸泡在水中,會發(fā)生松散、唧漿,從而使整個路面結(jié)構(gòu)破壞,危害更大。1.2瀝青、集料標準和礦料級配曲線的控制和限制區(qū)高性能瀝青路面(superpave)是美國公路戰(zhàn)略研究計劃(SHRP)最重要的研究成果之一。高性能瀝青路面作為SHRP研究成果的專有名稱,它包含了瀝青標準和集料標準、礦料級配曲線的組成規(guī)定和混合料的體積設(shè)計方法三大內(nèi)容,提出了控制點和限制區(qū)的概念。高性能瀝青路面的先進性在于它開發(fā)了一套全新的實驗設(shè)備和方法,從根本上改變了現(xiàn)行試驗方法和規(guī)范的純經(jīng)驗性質(zhì),從而避免了由此帶來的局限性,高性能瀝青路面瀝青結(jié)合料與混合料規(guī)范的新體系將試驗方法與指標同瀝青路面的路用性能建立起直接關(guān)系,通過控制高溫車轍、低溫開裂和疲勞開裂,來達到全面改進路面性能的目的,形成了一個基于路用性能基礎(chǔ)上的瀝青——瀝青混合料設(shè)計新體系。2配合比設(shè)計結(jié)果根據(jù)雙佳公路(高速路)的氣候條件,交通條件(重載)、路面類型,結(jié)構(gòu)層受力特點及施工方法等因素,并結(jié)合近幾年來黑龍江省高等級公路瀝青路面設(shè)計和施工的實際經(jīng)驗,按照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》JTGF40-2004的相關(guān)要求以及美國superpave相關(guān)要求,經(jīng)過認真細致的技術(shù)論證決定。(1)底、中面層選用盤錦90#瀝青(盤錦PJ90#),上面層選用SBS成品改性瀝青,并在《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》JTGF40-2004和Superpave瀝青膠結(jié)料PG70-28等相關(guān)要求的基礎(chǔ)上,提出了業(yè)主對瀝青指標的要求。(2)根據(jù)雙佳的實際情況和黑龍江省近年來的經(jīng)驗,在現(xiàn)行規(guī)范的基礎(chǔ)上,提出了上面層和中面層黑龍江調(diào)整型級配。對于雙佳公路瀝青路面AC-20和AC-16黑龍江調(diào)整型級配組成設(shè)計,按照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》JTGF40-2004的有關(guān)要求,同時在參照superpave控制點和限制區(qū)的基礎(chǔ)上,設(shè)計出一條較理想級配曲線作為目標配合比設(shè)計曲線,通過不同瀝青用量的馬歇爾試驗和旋轉(zhuǎn)壓實試驗確定出最佳瀝青用量,最后對配合比設(shè)計曲線和最佳瀝青用量進行水穩(wěn)定性和透水性試驗進行驗證。在配合比設(shè)計過程中,主要考慮了以下幾方面因素:①滿足我國現(xiàn)行規(guī)范的級配范圍;②考慮美國Superpave的范圍及限制區(qū);③滿足符合雙佳公路實際情況的工程設(shè)計級配范圍;④滿足馬歇爾試驗的各項技術(shù)指標的要求;⑤施工控制的波動性;⑥使瀝青路面密實、不透水、高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性及外觀較好;⑦便于攤鋪(離析現(xiàn)象小),碾壓(不產(chǎn)生過大的推擠);⑧經(jīng)濟合理。(3)瀝青試驗。根據(jù)雙佳公路的實際情況及要求,對指揮部所指定的盤錦90#瀝青和SBS成品改性瀝青進行了試驗分析,試驗結(jié)果列于表5、表6。①盤錦90#瀝青試驗結(jié)果。②試驗結(jié)果分析。根據(jù)不同溫度下瀝青針入度試驗結(jié)果,將瀝青樣品的性能分別按照高溫穩(wěn)定性(以修正軟化點T800為指標)、低溫抗裂性(以修正弗拉斯脆化點T1.2為指標)、瀝青的感溫性(以塑性范圍TS=T800-T1.2為指標)進行分析。根據(jù)試驗分析結(jié)果,認為盤錦90#瀝青滿足道路石油瀝青A級90#瀝青的質(zhì)量要求。③SBS成品改性瀝青試驗結(jié)果。④試驗結(jié)果分析。根據(jù)不同溫度下瀝青針入度試驗結(jié)果,即:瀝青的粘溫關(guān)系,我們將瀝青樣品的性能分別按照高溫穩(wěn)定性(以修正軟化點T800為指標)、低溫抗裂性(以修正弗拉斯脆化點T1.2為指標)、瀝青的感溫性(以塑性范圍TS=T800-T1.2為指標)進行分析。根據(jù)試驗分析結(jié)果,認為SBS成品改性瀝青滿足業(yè)主對聚合物SBS類改性瀝青的質(zhì)量要求。⑤基質(zhì)瀝青混合料拌和及壓實溫度。根據(jù)基質(zhì)瀝青的粘溫曲線,以及《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》JTGF40-2004中對拌和粘度(0.17±0.02)Pa·S、壓實粘度(0.28±0.03)Pa·S的要求,得到拌和溫度在149.6～155.4℃之間,壓實溫度在137.5～142.8℃之間。由此確定基質(zhì)瀝青混合料的拌和溫度為152℃,壓實溫度為140℃。(4)AC-20調(diào)整型瀝青混合料旋轉(zhuǎn)壓實試驗結(jié)果、最佳瀝青用量的確定及其他驗證性試驗。混合料種類:AC-20調(diào)整型試樣說明:無剝落石料拌和溫度:152℃擊實溫度:140℃旋轉(zhuǎn)次數(shù):100次礦料用量:______瀝青種類、標號:盤錦90#礦料相對密度(比重):瀝青相對密度(比重):1.000①瀝青混合料AC-20調(diào)整型級配最佳瀝青用量的確定。根據(jù)AC-20調(diào)整型旋轉(zhuǎn)壓實試驗結(jié)果,按照《超級性能瀝青路面Superpave技術(shù)實用手冊》,最佳瀝青用量的確定過程如下:目標空隙率(目標空隙率取4)的瀝青用量:a1=4.20綜合確定最佳瀝青用量:OAC=4.20%當(dāng)瀝青用量為4.20%時,其混合料的各項技術(shù)指標見表8。②瀝青混合料AC-20調(diào)整型級配高溫穩(wěn)定性評價。③瀝青混合料AC-20調(diào)整型級配水穩(wěn)定性評價。a浸水馬歇爾試驗b凍融劈裂試驗按美國superpave設(shè)計的瀝青AC-16型混合料各項指標也均滿足我國現(xiàn)行施工技術(shù)規(guī)范的要求。3瀝青混合料旋轉(zhuǎn)壓實試驗試件從試驗上看采用美國superpave設(shè)計的瀝青混合料能模擬現(xiàn)場施工膠