《SUPERPAVE演讲》PPT课件.ppt

第二章高性能沥青路面第二章高性能沥青路面 1987年，美国国家研究理事会年，美国国家研究理事会确确立立了了一一个个耗耗资资15亿亿美美元元的的研研究究项项目目美国公路战略研究计划美国公路战略研究计划(SHRP)，历时历时5年，年，提出了一套全新的沥青混提出了一套全新的沥青混合料设计方法，合料设计方法，即即Superpave Superior performingAsphaltPavements混合料设计混合料设计体系。体系。1精选课件ppt它由沥青胶结料规范、它由沥青胶结料规范、混合料设计和分析体系、混合料设计和分析体系、计算机软件系统计算机软件系统3个部分组成，个部分组成，研究成果共研究成果共21项：沥青胶结料项：沥青胶结料10项，项，混合料体积设计混合料体积设计3项，项，混合料分析和性能预测混合料分析和性能预测8项。项。2精选课件pptSuperpave是是20世纪世纪90年代沥青路面科研年代沥青路面科研和设计方面突破性的成就，已在世界范和设计方面突破性的成就，已在世界范围内引起了广泛关注，对世界道路建设围内引起了广泛关注，对世界道路建设产生了重要的影响。许多国家都在学习产生了重要的影响。许多国家都在学习和借鉴这一成果，包括我国在内。和借鉴这一成果，包括我国在内。3精选课件ppt第一节第一节Superpave沥青混合料沥青混合料设计设计沥沥青青混混凝凝土土(有有时时称称为为“热热拌拌沥沥青青混混凝凝土土”或或简简称称“HMA”)由沥青胶结料和矿质集料组成的铺路材料。由沥青胶结料和矿质集料组成的铺路材料。其中，沥青胶结料其中，沥青胶结料(即沥青或改性沥青即沥青或改性沥青)起：起：（1）防水（使混合料具有防渗功能）防水（使混合料具有防渗功能）（2）粘结作用（使矿料粘结在一起）。）粘结作用（使矿料粘结在一起）。矿质集料构成混合料的骨架。矿质集料构成混合料的骨架。4精选课件ppt一一.Superpave对沥青路用性能对沥青路用性能的试验方法的试验方法 影响沥青路用性能的主要因素：影响沥青路用性能的主要因素：温温度度加加载载速速率率老老化程度化程度不不同同温温度度、不不同同的的老老化化阶阶段段、不不同同加加载时长的情况下性能有很大差别。载时长的情况下性能有很大差别。（其其中中，加加载载速速率率对对沥沥青青性性能能（主主要要是是沥沥青青劲劲度度）的的影影响响可可用用温温度度来来模模拟拟：缓缓慢慢的的加加载载可可用用低温来模拟，快速加载可用高温来模拟。）低温来模拟，快速加载可用高温来模拟。）5精选课件pptSuperpave胶胶结结料料规规范范的的精精髓髓在在于于，它它是是在在模模拟拟胶胶结结料料寿寿命命期期3个个重重要要阶阶段段的的情情况况下进行沥青胶结料试验的。下进行沥青胶结料试验的。（1）用用原原样样沥沥青青进进行行的的试试验验，代代表表运输、储存和装卸的第一阶段；运输、储存和装卸的第一阶段；（2）第第二二阶阶段段代代表表在在拌拌和和铺铺筑筑过过程程中中沥沥青青的的老老化化，Superpave的的胶胶结结料料“规规范范”借借助助于于旋旋转转薄薄膜膜烘烘箱箱中中老老化化胶胶结结料料的的方法进行模拟。方法进行模拟。（这种方法是将胶结料薄膜暴露于热和（这种方法是将胶结料薄膜暴露于热和空气中，相当于在热拌过程中、运输中空气中，相当于在热拌过程中、运输中和摊铺时的胶结料老化和摊铺时的胶结料老化.）6精选课件ppt（1）三三阶阶段段则则体体现现了了作作为为热热拌拌沥沥青青路路面面部部分分的的胶胶结结料料的的长长期期老老化化过过程程，“规规范范”中中用用压压力力老老化化箱箱模模拟拟这这一一阶阶段段，将将沥沥青青试试样样暴暴露露于于热热和和压压力力条条件件下下来来模模拟拟路路面服务期间的老化。面服务期间的老化。7精选课件pptSuperpave胶结料试验设备及胶结料试验设备及目的目的 旋旋转转薄薄膜膜烘烘箱箱-模模拟拟胶胶结结料料施施工工期期的的老老化化特性特性动动态态剪剪切切流流变变仪仪-测测试试胶胶结结料料高高温温和和中中温温性能性能旋转粘度仪旋转粘度仪-测试胶结料高温性能测试胶结料高温性能弯弯曲曲梁梁流流变变仪仪、直直接接拉拉伸伸试试验验机机-测测试试胶胶结料低温性能结料低温性能8精选课件ppt旋转式簿膜烘箱（旋转式簿膜烘箱（RTFO）-模拟模拟施工期的老化施工期的老化9精选课件ppt压力老化容器（压力老化容器（PAV）试验）试验-模拟路面模拟路面使用期的老化使用期的老化10精选课件ppt旋转式粘度计（旋转式粘度计（RTV）试验）试验-保证沥青在泵送和拌和时具有足够保证沥青在泵送和拌和时具有足够的流动性。的流动性。11精选课件ppt弯曲梁流变仪（弯曲梁流变仪（BBR）试验）试验-主要测主要测定沥青的蠕变劲度（定沥青的蠕变劲度（S）和沥青劲度变）和沥青劲度变化率（化率（m）12精选课件ppt直接拉伸试验（直接拉伸试验（DTT）-检验低检验低温性能温性能13精选课件ppt沥青胶结料的选择沥青胶结料的选择Superpave沥青等级沥青等级Superpave气候数据库气候数据库可靠性可靠性原始气温原始气温路面温度的转化路面温度的转化选择胶结料的等级选择胶结料的等级荷载等级对胶结料选择的影响荷载等级对胶结料选择的影响交通等级对胶结料选择的影响交通等级对胶结料选择的影响14精选课件pptPG(PerformanceGrade)PG64-22性能分级 七天平均 最高路面设计温度最低路面设计温度15精选课件ppt一般的一般的Superpave等级等级16精选课件pptSuperpave气候数据库气候数据库Superpave软件提供美国和加拿大软件提供美国和加拿大6500个观个观测站的温度数据库，设计人员可以根据所在地测站的温度数据库，设计人员可以根据所在地区的温度选择胶结料的等级。区的温度选择胶结料的等级。每个观测站根据观测结果，计算每个观测站根据观测结果，计算7天最高温天最高温度的区间及对应的温度的平均值，通过对所有度的区间及对应的温度的平均值，通过对所有这些观测计算的平均值和标准差计算分析；这些观测计算的平均值和标准差计算分析；同样，可以计算最低温度的平均值和标准差。同样，可以计算最低温度的平均值和标准差。17精选课件ppt可靠性可靠性Superpave设计系统中，可靠性指某一设计系统中，可靠性指某一年的实际温度不超过设计温度的百分率。年的实际温度不超过设计温度的百分率。Superpave设计系统提供不同的可以采用设计系统提供不同的可以采用的高温和低温的可靠度水平。的高温和低温的可靠度水平。18精选课件ppt路面最高温度的转化路面最高温度的转化在在Superpave路面设计体系中，在路面路面设计体系中，在路面下下20mm的路面最高设计温度按下式计算：的路面最高设计温度按下式计算：式中：式中：T20mm-路面下路面下20mm的路面最高设计温度；的路面最高设计温度；Tair最高最高7天的温度的平均值；天的温度的平均值；Lat工程所处的纬度，工程所处的纬度，。19精选课件ppt路面最低温度路面最低温度路面最低温度的转化路面最低温度的转化有两种确定路面最低温度的方法，第有两种确定路面最低温度的方法，第一，路面最低温度简单地假定与最低气一，路面最低温度简单地假定与最低气温相同，这种方法最初由温相同，这种方法最初由SHRP研究人员研究人员提出，这是一种很保守的假定，因为在提出，这是一种很保守的假定，因为在冬天，路面的温度高于气温。第二用以冬天，路面的温度高于气温。第二用以下由加拿大研究人员提出的方法：下由加拿大研究人员提出的方法：式中：式中：Tmin-路表的最低设计温度；路表的最低设计温度；Tair最低温度的平均值。最低温度的平均值。20精选课件ppt荷载等级对胶结料选择的影响荷载等级对胶结料选择的影响A:SHRP胶结料选择方法假定路面承受快速移胶结料选择方法假定路面承受快速移动荷载。动荷载。B:动态剪切流变仪的荷载变化速率是动态剪切流变仪的荷载变化速率是10转转/分，分，对应的汽车速度为对应的汽车速度为90Km/h.小的旋转速度对交小的旋转速度对交叉口和收费站比较合适叉口和收费站比较合适,有些情况须按静止荷有些情况须按静止荷载设计，则胶结料必须具有高的劲度以抵抗材载设计，则胶结料必须具有高的劲度以抵抗材料的蠕变。料的蠕变。C:为了满足以上特殊情况，胶结料必须至少提为了满足以上特殊情况，胶结料必须至少提高一到二个等级。高一到二个等级。D:如果基于温度的胶结料等级为如果基于温度的胶结料等级为PG64-22，为，为了减少低速荷载对路面的破坏，设计的胶结料了减少低速荷载对路面的破坏，设计的胶结料等级应该为等级应该为PG70-22，对静止荷载，设计的胶，对静止荷载，设计的胶结料等级应该为结料等级应该为PG76-22，E:荷载速率对低温等级没有影响。荷载速率对低温等级没有影响。21精选课件ppt交通等级对胶结料选择的影响交通等级对胶结料选择的影响Superpave的胶结料等级必须考虑交通等的胶结料等级必须考虑交通等级。级。当设计的交通等级超过当设计的交通等级超过107的当量单轮荷的当量单轮荷载（载（ESWL），设计人员必须将胶结料），设计人员必须将胶结料提高一个等级提高一个等级22精选课件ppt二二.Superpave对集料的要求对集料的要求集料的特性：集料的特性：（1）集料的共同特性）集料的共同特性粗集料的棱角性；粗集料的棱角性；细集料的棱角性细集料的棱角性集料的针片状含量；集料的针片状含量；含泥量含泥量（2）岩石特性）岩石特性坚固性坚固性安定性安定性风化颗粒风化颗粒级配级配23精选课件ppt粗集料棱角性粗集料棱角性粗集料棱角是指留在粗集料棱角是指留在4.75mm筛上有一筛上有一个或二个破碎面集料的质量百分比个或二个破碎面集料的质量百分比破碎面的定义为破碎面的投影面积与破碎面的定义为破碎面的投影面积与该颗粒最大横截面积之比大于该颗粒最大横截面积之比大于25%时称时称为破碎面为破碎面这一特性主要是为了保证混合料这一特性主要是为了保证混合料具有较高的内摩擦角和抵抗永久具有较高的内摩擦角和抵抗永久变形的能力变形的能力24精选课件ppt细集料棱角性细集料棱角性：细集料棱角性指小于细集料棱角性指小于2.36mm的松压集料的空隙率的松压集料的空隙率细集料的这一特性主要是为了保细集料的这一特性主要是为了保证混合料具有较高的内摩擦角和证混合料具有较高的内摩擦角和抵抗永久变形的能力。抵抗永久变形的能力。25精选课件ppt细集料棱角性试验细集料棱角性试验：高的空隙率表明高的空隙率表明其棱角性较好。其棱角性较好。26精选课件ppt集料的针片状含量：集料的针片状含量：集料的针片状指粗集料的长边与短边集料的针片状指粗集料的长边与短边之比大于之比大于5的颗粒的百分率（质量比）。的颗粒的百分率（质量比）。它主要对大于它主要对大于4.75mm的粗集料进行试的粗集料进行试验。验。27精选课件ppt含泥量含泥量小于小于4.75mm的细集料中粘粒质量占集的细集料中粘粒质量占集料总质量的百分率，用砂当量表示。料总质量的百分率，用砂当量表示。28精选课件ppt29精选课件ppt岩石特性岩石特性-坚固性坚固性集料的坚固性通过洛杉矶磨集料的坚固性通过洛杉矶磨耗试验进行测定。耗试验进行测定。它表征在施工、运输、车轮它表征在施工、运输、车轮碾压过程中集料抵抗磨损的能力。碾压过程中集料抵抗磨损的能力。它测定大于它测定大于2.36mm颗粒在试颗粒在试验过程中的磨耗性能。最大容许验过程中的磨耗性能。最大容许值约为值约为35-45%。30精选课件ppt岩石特性岩石特性-安定性安定性安定性是指集料在硫酸钠或硫酸镁溶液安定性是指集料在硫酸钠或硫酸镁溶液中浸泡损失的百分率，用来估计集料在中浸泡损失的百分率，用来估计集料在路用服务过程中抵抗风化的能力，最大路用服务过程中抵抗风化的能力，最大损失值通常在损失值通常在10-20之间变化之间变化。31精选课件ppt岩石特性岩石特性-风化颗粒风化颗粒风化颗粒定义为易风化材料在集料混风化颗粒定义为易风化材料在集料混合物中的质量百分率，风化材料包括：合物中的质量百分率，风化材料包括：页岩、树木、云母和木炭。页岩、树木、云母和木炭。可以采用粗集料和细集料水洗筛分分析，可以采用粗集料和细集料水洗筛分分析，其要求值可在其要求值可在0210之间变化，之间变化，主要取决于风化颗粒的确切组成成分。主要取决于风化颗粒的确切组成成分。32精选课件ppt集料级配集料级配集集料料公公称称最最大大尺尺寸寸：第第一一筛筛余余大大于于10%10%的的筛子尺寸的上一级筛子尺寸。筛子尺寸的上一级筛子尺寸。集集料料最最大大尺尺寸寸：大大于于集集料料公公称称最最大大尺尺寸寸的筛子尺寸的筛子尺寸。33精选课件pptSuperpave级配标准级配标准34精选课件ppt说明说明Superpave采用了对原来方法改进的级采用了对原来方法改进的级配方法，它采用配方法，它采用0.45次方级配图来规定容次方级配图来规定容许级配。许级配。其纵坐标为集料的通过百分率，横坐标其纵坐标为集料的通过百分率，横坐标是以是以mm为单位的粒径的计算刻度，它是为单位的粒径的计算刻度，它是粒径的粒径的0.45次方。次方。在横坐标上不绘制粒径的在横坐标上不绘制粒径的0.45次方的次方的值，而是直接绘制粒径值。值，而是直接绘制粒径值。(见下图）见下图）35精选课件ppt36精选课件pptSuperpave设计集料结构必须从级配控制点之设计集料结构必须从级配控制点之间通过并避开禁区间通过并避开禁区(见下图见下图)。禁区为最大密度。禁区为最大密度线附近线附近0.3-2.36mm范围不希望级配通过的区域。范围不希望级配通过的区域。禁区的范围在中间粒径（禁区的范围在中间粒径（2.36mm或或4.75mm）与）与0.3mm之间的最大密度线附近，这之间的最大密度线附近，这一范围级配曲线不能通过。通过禁区的级配在一范围级配曲线不能通过。通过禁区的级配在大多数情况下，细砂的含量较高，通常不具有大多数情况下，细砂的含量较高，通常不具有适合的矿质集料空隙（适合的矿质集料空隙（VMA），这种混合料对），这种混合料对沥青用量很敏感，且往往难以压实，抵抗永久沥青用量很敏感，且往往难以压实，抵抗永久变形的能力低。变形的能力低。37精选课件ppt38精选课件ppt39精选课件ppt40精选课件ppt 三三.Superpave沥青混合料设计步骤沥青混合料设计步骤根据工程所在地区的气候和交通条件，根据工程所在地区的气候和交通条件，首先选择沥青性能等级。首先选择沥青性能等级。Superpave沥青沥青胶结料有一个高温和一个低温等级，采胶结料有一个高温和一个低温等级，采用的沥青的性能等级必须满足这个性能用的沥青的性能等级必须满足这个性能等级的要求。等级的要求。根根据据交交通通量量和和集集料料使使用用层层位位，选选择择满满足足共同特性和岩石特性要求的集料。共同特性和岩石特性要求的集料。41精选课件ppt使用使用Superpave旋转压实机评价至少三种旋转压实机评价至少三种试验级配，每种级配要准备四个试件，试验级配，每种级配要准备四个试件，两个用于压实，两个用于测量最大理论两个用于压实，两个用于测量最大理论密度密度分析混合料体积性质并与分析混合料体积性质并与Superpave混合混合料设计标准进行比较，只要符合标准，料设计标准进行比较，只要符合标准，就可选为设计集料结构。就可选为设计集料结构。42精选课件ppt确确定定沥沥青青含含量量：采采用用设设计计集集料料结结构构变变化化沥沥青青含含量量，使使得得到到的的混混合合料料的的体体积积特特性性与压实性质符合与压实性质符合Superpave标准。标准。评评价价设设计计混混合合料料的的水水敏敏感感性性：可可采采用用T283试试验验以以评评价价设设计计混混合合料料的的水水敏敏感感性性是否满足要求。是否满足要求。43精选课件ppt（首首先先将将试试件件压压实实到到约约为为7的的空空隙隙率率，将将一一组组3个个试试件件作作为为对对比比试试件件，而而另另一一组组3个个试试件件为为条条件件试试件件，将将条条件件试试件件进进行行局局部部真真空空饱饱水水，接接着着进进行行冰冰冻冻循循环环，然然后后在在60C进进行行24h融融化化循循环环，对对所所有有试试件件都都进进行行试试验验（冻冻融融劈劈裂裂试试验验）以以确确定定其其间间接接抗抗拉拉强强度度。水水敏敏感感性性定定义义为为条条件件试试件件的的平平均均抗抗拉拉强强度度除除以以对对比比试试件件平平均均抗抗拉拉强强度度的的比比值值(Superpave抗抗拉拉强强度度比比，标标准最小为准最小为80)。）。）44精选课件ppt旋转压实特点简介旋转压实特点简介Superpave混合料试件采有旋转压实仪制混合料试件采有旋转压实仪制作，压实方式更接近现场压实条件，压作，压实方式更接近现场压实条件，压实次数根据设计交通量确定，混合料的实次数根据设计交通量确定，混合料的拌和温度和试件的碾压温度均根据规定拌和温度和试件的碾压温度均根据规定的粘度值由沥青的粘温曲线确定。的粘度值由沥青的粘温曲线确定。45精选课件ppt46精选课件ppt