梁奇1
1湖南省绿林建设集团有限公司 410011
摘要：以Superpave设计方法为基础，进行矿料结构及沥青含量预估设计，同时验证最大压实次数，从而获得沥青混合料配比及最佳沥青含量。再者，进行TPS、路孚8000、Sasobit三种抗车辙剂的沥青混合料稠度-温度变化分析，确定车辙剂种类及车辙剂量对沥青混合料性能的影响。分析结果表明：采用Superpave混合料设计法设计的沥青混合料最佳级配为级配2，对应最佳沥青含量为4.4%，采用该方法确定的沥青混合料的各项性能均满足了规范要求。车辙剂种类及掺入量均影响了沥青混合料的性能，路孚8000抗车辙剂的改善效果最佳。
关键词：Superpave设计；最佳沥青含量；沥青混合料性能；车辙剂
1引言
Superpave设计法是目前国内沥青路面混合料设计的主要方法之一，较马歇尔设计方法更能够实现不同沥青等级路面以及不同气候环境下的沥青路面设计。Superpave设计法更能够实现对超载等运用过程中沥青路面性能的有效模拟，因此，较马歇尔设计方法更具有适应性。Superpave设计法设计的沥青路面在材料选择方面具有施工环境及条件的适应性，同时旋转压实成型优越性更加明显，与实际得到的压实效果更加贴近，同时试件成型的压实次数及沥青饱和度、按有效沥青及有效密度等概念设计的沥青混合料更为合理的[1]。国内外多个学者采用Superpave设计法进行沥青混合料的设计研究，如刘兴茂等研究了Superpave设计方法下的压实次数、空隙率等变量下的沥青混合料性能，获得了最优压实次数和空隙率[2]。李禹铮等结合Superpave设计方法设计了Ⅰ水平Superpave-19沥青混合料，并进行了相关施工工艺探讨[3]。周艳军则比较了马歇尔法、高模量沥青混凝土设计方法、Superpave混合料设计方法三种方法的优缺点，展现了Superpave混合料设计方法的优越性[4]。基于此类的研究成果较多，多是基于实例设计完成了相关设计方法的比较及关键参数的设计，本文也采用Superpave设计法进行沥青混合料的配比设计研究，并进行沥青面层抗车辙剂的应用分析。
2原材料
1）粗、细集料
粗集料采用安江关冲碎石场辉绿岩，粒径范围有：[16，26.5]mm、[4.75,16]mm、[2.36,4.75]mm、[0,2.36]mm。按照《公路工程集料试验规程》（JTGE42-2015）确定粗集料物理性能，具体指标满足规范要求。
2）矿粉
矿粉采用生产单位自产的石灰石矿粉，其指标性能满足《城镇道路工程施工与质量验收规范》（CJJ1-2016）要求。
3）沥青
沥青采用改性的沥青，改性剂为SBS，其具体的用量由具体的施工决定，该改性沥青的各项指标满足《SBS改性沥青混合料应用技术规程》(DB33T1170-2019)的要求。
3沥青混合料最佳质量控制配合比设计
为了获得最佳的现场沥青混合料施工质量，进行混合料的最佳配比设计研究。主要的配比设计过程为：原材料试验→旋转压实仪成型试件→确定矿料级配、沥青胶结料最佳量（计算设计压实次数时的空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度、粉胶比）→验证沥青混合料密度（最大压实次数为Nmax=160时）→验证最佳配比下的马歇尔各项技术指标是否符合设计标准。
3.1设计矿料结构和沥青含量预估
（1）设计矿料结构
根据原材料试验结果及相关的经验进行矿料的级配选择，拟选择3种矿料级配进行对比，确定最佳配比及对应的最佳沥青含量。3种矿料选择级配比例具体见表1所示，对3种级配矿料进行通过率试验，具体通过率结果见表2所示。
表1 3种矿料级配比例
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（2）沥青含量预估
根据级配选择进行沥青含量的预估，沥青含量预估包含2个内容：有效沥青含量预估、吸收沥青含量预估。预估过程为：计算单集料毛体积密度、表观密度→计算合成级配毛体积密度、表观密度→有效沥青含量预估、吸收沥青含量预估。
相关的计算公式如下[5]：
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式（1）中，0.8为集料吸收沥青能力系数。
-矿质混合料有效密度；
-矿质混合料毛体积密度；
-矿质混合料表观密度；
-被吸收沥青体积；
-有效胶结料体积；
-胶结料百分率；
-矿料百分率；
-胶结料密度；
-空隙体积（假定为混合料的4%）；
-沥青胶结料的预估含量。
-集料重量；
根据式（1）~式（5）计算3种级配沥青胶结料含量如表3所示。
表3 3种沥青级配沥青胶结料含量
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（3）试件准备及压实
采用Superpave设计法中旋转压实仪压实成型试件，评定混合料的压实特性和体积特性。其中，根据粘温关系曲线确定沥青混合料的拌和温度和压实度。改性沥青的控制温度：176±3℃。按照 AASHTO T209 和 TP4 进行沥青混合料的最大理论密度试验和旋转压实成型试验。采用旋转压实仪成型混合料试件进行体积分析。控制压实的轴向压力、旋转角度和旋转速度。压实试件至少2个，试件直径为150mm。
（4）试件的测量与分析
确定好沥青胶结料含量后进行拌合制成沥青混合料，选取一定量的沥青混合料置于160℃烘烤箱中老化2h，然后将老化后的沥青混合料制成试件，成型设备为旋转压实仪。试件成型后，计算Va、VWA、VFA、初始压实次数、胶粉比。初始压实次数选8次、设计压实次数选100次、最大压实次数选160次。具体的试验结果见表4所示。
表4 3种级配旋转压实试验结果
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由表4试验结果内容来评价3种级配的沥青含量，矿料间隙率、沥青饱和度，粉胶比等压实体积特性，评价具体前提要求有：按设计压实100次压实度下混合料达到4%空隙率，具体结果见表5所示。
表5 3种级配混合料在空隙体积为4%的体积特性结果
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由表5可知，级配2较级配1、3在混合料体积特性、沥青用量上更能够满足规范要求，所以，可选择级配作为此次矿料结构设计比例。
采用矿料级配2，进行空隙率为4%时，不同沥青含量的特性研究分析，这里设置了4个沥青用量，分别为：4.2%、4.4%、4.6%、4.8%，然后通过比较初始8次压实次数和设计压实100次的相关参数关系，最终确定最佳的沥青用量。设计次数下的4种沥青旋转压实试验结果见表6，体积特性见表7。
表6 不同沥青含量沥青混合料试验结果
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针对表7计算结果，绘制沥青含量与压实度、沥青饱和度、矿料间隙率、粉胶比之间关系，具体见图1所示。
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图1 沥青含量-体积特性参数之间的关系
由图1可知，压实度、沥青饱和度、矿料间隙率随沥青含量的增加而增加，呈现出正相关关系。而粉胶比则随沥青含量增大而减小。通过比较4种沥青含量的体积特性、初始压实度可知，当沥青含量在4.4%时，使得设计100次压实下的4%空隙率下的性能最好，故而可以选择级配2下的最佳沥青含量为4.4%。
3.2最大压实次数验证
Superpave设计中规定最大压实次数下的最大理论密度不能超过98%，否则容易出现沥青的塑性变形，因此有必要进行最大压实次数下的相关试验结果验证。具体结果见表8所示。
表8 最大压实次数下的级配2试验结果
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4.3验证设计
采用级配2及最佳沥青含量4.4%拌制沥青混合料，对其进行路用性能试验验证。验证指标有：马歇尔试验稳定度试验、冻融劈裂试验、车辙试验。具体验证结果见表13所示。
表8 级配2及最佳沥青含量4.4%下拌制沥青混合料基本路用性能结果
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由表8可知，级配2、最佳沥青含量为4.4%时拌制的沥青混合料各项技术指标均满足规范要求。可见，沥青混合材料的质量控制应注重根据实际的交通环境变化量及其它复杂环境进行方法的选择，以期获得最佳的沥青混合料。
4沥青路面面层抗车徹剂的应用分析
通常在沥青混合料中加入抗车辙剂，来提高沥青混合料的粘结能力，从而提高沥青路面的使用寿命。对路面的车辙研究，国内外研究成果很多，相关研究表明了车辙发展与路面车辆荷载作用的次数有关，大体呈现负相关关系，但车辙的深度则展现了与车辆荷载的正相关关系[6]，因此，进行沥青路面的抗车辙能力应用研究意义重大，特别是加入抗车辙剂后其抗车辙能力提高程度需要试验来确定。
选用路孚8000抗车辙剂进行分析研究，同时确定其最佳含量。目前主要的抗车辙剂有：TPS、路孚8000、Sasobit，这里进行三种不同抗车辙剂不同掺量对沥青混合料稠度-温度变化趋势分析，具体试验结果如表9所示。
表9 TPS、路孚8000、Sasobit不同掺量下沥青混合料稠度-温度试验结果
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由图2可知，同一抗车辙剂掺量下，不同抗车辙剂的不同沥青混合料的针入度不同，其中，路孚8000抗车辙剂在相同掺量下表现的针入度值最大，改善效果最为明显。同时，同一抗车辙剂，随着掺量的逐渐增大，针入度值也逐渐增大。因此，在沥青混合料中可适当的加入抗车辙剂来提高沥青混合料的性能。
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图2 不同抗车辙剂掺量对沥青混合料针入度影响
选择路孚8000抗车辙剂在掺量为10%时的沥青混合料各项试验结果进行验证。具体见表10~11所示。
表10 最佳沥青用量下矿料压实试验结果
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由表11可知，加入抗车辙剂较好的提高了沥青混合料的各项试验性能。
5小结
（1）采用Superpave混合料设计法进行沥青混合料的设计更具有施工环境及条件的适应性，确定的压实次数更加合理，本文原材料下Superpave设计确定了最佳配比为级配2，最佳沥青含量为4.4%。采用该方法确定的沥青混合料的各项性能均满足了规范要求。可见，对沥青路面的质量控制应该根据沥青路面的基本施工环境特点进行设计方法的最优选择，进而获得最优设计下的沥青混合料。
（2）同一抗车辙剂掺量下，不同抗车辙剂的不同沥青混合料的针入度不同，其中，路孚8000抗车辙剂在相同掺量下表现的针入度值最大，改善效果最为明显。同时，同一抗车辙剂，随着掺量的逐渐增大，针入度值也逐渐增大。
参考文献
[1]王知乐,袁学锋.高模量Superpave混合料的抗车辙性能影响机理分析及强化方法研究[J].工业建筑,2018,48(06):119-123.
[2]刘兴茂,龙文海.基于空隙率和压实次数的Superpave混合料优化设计研究[J].公路,2019,64(09):188-193.
[3]李禹铮,刘忠根.Superpave-19沥青混合料配合比设计[J].北方建筑,2019,4(01):52-57.
[4]周艳军,王峥,李正中.马歇尔、Superpave、高模量沥青混凝土设计方法对比研究[J].天津建设科技,2018,28(03):50-53.
[5]宋效江.Superpave与马歇尔配合比设计方法的比较[J].现代公路,2011,(11)
[6]陈岳峰.基于MEPDG的组合式基层沥青路面车辙预估[J].公路交通科技,2020,37(12):15-23.