Superpave與馬歇爾設計方法對AC-20瀝青混合料性能影響試驗研究

唐洪堃 袁文 邊疆 王建威 孫海洋 李碩 封志虎 李家偉

【摘? ? 要】：為了對比Superpave和馬歇爾方法所設計的瀝青混合料在體積參數、高溫穩定性、低溫抗裂性和水穩定性等方面的差異，以AC-20瀝青混合料為研究對象，以高模量橡膠瀝青為膠結料，設計滿足工程級配范圍和避開Superpave限制區的粗、中、細三個級配。結果發現：Superpave設計方法比馬歇爾設計方法可減少0.3%左右的瀝青用量；Superpave方法設計的瀝青混合料毛體積相對密度比馬歇爾方法設計的瀝青混合料略大；Superpave方法設計的瀝青混合料在高溫穩定性和低溫抗裂性方面優于馬歇爾方法設計的瀝青混合料，級配越粗，高溫穩定性優異性越大、低溫抗裂性優異性越??；Superpave方法和馬歇爾方法設計的瀝青混合料在水穩定性方面差別不大。

【關鍵詞】：道路工程；AC-20；Superpave；馬歇爾；瀝青混合料

【中圖分類號】：U414【文獻標志碼】：A【文章編號】：1008-3197（2024）01-25-04

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2024.01.008

收稿日期：2023-10-07

基金名稱：連云港市重點研發計劃（SF2239）;江蘇海洋大學研究生科研與實踐創新計劃項目（KYCX2022-76）

作者簡介：唐洪堃（1989 - ）， 男， 碩士， 江蘇徐州人， 工程師， 從事公路工程建設、養護、管理工作。

通訊作者：李家偉（1975 - ）， 男， 碩士， 四川興文縣人， 研究員級高級工程師， 研究方向為道路橋梁工程。

Comparative Experimental Study on the Effects of Superpave and Marshall

Design Methods on the Performance of AC-20Asphalt Mixture

TANG Hongkun 1， YUAN Wen 1， BIAN jiang1， WANG Jianwei 1， SUN Haiyang 1， LI Shuo 2，3， FENG Zhihu 2， LI Jiawei 2*

（1. Lianyungang Highway Development Center， Lianyungang 222299， China;2. School of Civil Engineering and Harbor Engineering，

Jiangsu Ocean University， Lianyungang 222005， China;3. Lianyungang Science and Technology Innovation Engineering Quality Testing Co Ltd. ， Lianyungang 222000， China）

【Abstract】：In order to compare the differences in volume parameters， high-temperature stability， low-temperature cracking resistance， and water stability of asphalt mixtures designed by Superpave and Marshall methods. Using AC-20 asphalt mixture as the research object and high modulus rubber asphalt as the binder， design coarse， medium， and fine grading that meets the engineering grading range and avoids the restricted areas in Superpave. The results showed that the Superpave design method can reduce asphalt usage by about 0.3% compared to the Marshall design method. The Superpave method is used to design a mixture with a slightly higher gross volume relative density than Marshall&apos's. The asphalt mixture designed by Superpave has better high-temperature stability and low-temperature crack resistance than Marshall&apos's. The coarser the grading， the greater the excellent high-temperature stability， and the smaller the excellent low-temperature crack resistance. The asphalt mixture designed by the Superpave method and Marshall method has little difference in water stability.

【Key words】：road engineering; AC-20; superpave; marshall;asphalt mixture

由于良好的行車舒適性和優異的路用性能，瀝青路面在我國高等級公路建設中得到了廣泛應用[1]。目前，瀝青混合料配合比設計仍以馬歇爾設計方法為主，但隨著技術的不斷發展，Superpave、GTM等設計方法開始在高等級公路工程中應用[2～4]。Superpave方法設計的瀝青混合料因高溫穩定性好、抗車轍能力強等優點，在江蘇、山東等地區得到了廣泛應用[5]。相較于馬歇爾方法設計的瀝青混合料，Superpave方法設計的混合料瀝青用量有所減少，可能會導致瀝青路面低溫性能下降。

本文以AC-20瀝青混合料為研究對象，以高模量橡膠瀝青為膠結料，設計滿足工程級配范圍和避開Superpave設計中限制區的粗、中、細三個級配。將Superpave和馬歇爾方法設計的瀝青混合料在體積參數、高溫穩定性、低溫抗裂性和水穩定性等方面進行對比研究。

1 材料試驗

1.1 礦料

粗集料為遼寧葫蘆島的10～20、10～15、5～10 mm石灰巖礦料，細集料為山東日照的0～3 mm石灰巖礦料，填料為江蘇連云港市贛榆區強達石粉廠生產的石灰巖礦粉。按照JTGE 42—2005《公路工程集料試驗規程》檢測礦料相關性質，見表1和見表2。

1.2 瀝青

瀝青為江蘇天諾瀝青科技有限公司生產的高模量橡膠瀝青，按照JTGE 20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》檢測基本性能指標，見表3。

2 級配設計

Superpave設計方法在進行混合料級配設計時，提出了控制點和限制區的概念[6]。選擇集料結構時，首先調試選出滿足工程級配范圍和避開Superpave設計中限制區的粗、中、細3個級配。見表4和表5。

3 兩種方法設計的瀝青混合料對比分析

3.1 體積參數

采用旋轉壓實儀（SGC）對Superpave方法設計的瀝青混合料進行旋轉壓實，測試其體積參數[7]。設定旋轉壓實儀的單位壓力為0.6 MPa；選擇壓實次數N：初始為8次、設計為100次、為160次。計算出3個級配的瀝青混合料在空隙率為4.0%時最佳油石比及相應的瀝青混合料性質，與馬歇爾方法設計得到的最佳油石比和瀝青混合料性質進行對比。見表6。

將表6數據以馬歇爾試驗數據為基準，按式（1）計算體積參數變化量。

體積參數變化量＝馬歇爾設計方法體積參數-Superpave設計方法體積參數

Superpave設計方法比馬歇爾設計方法使用瀝青更少，減少量在0.3%左右；Superpave方法設計混合料礦料間隙率比馬歇爾方法設計的小，接近規范指標下限要求；Superpave方法設計的瀝青混合料毛體積密度比馬歇爾方法設計的有所增加，增加量約為0.02%。見表7。

3.2 路用性能

AC-20瀝青混合料因優異的抗車轍性，常被用于高等級公路的下面層[8]。為保證AC-20瀝青混合料具有良好的力學性能，需要進行高溫穩定性、低溫抗裂性和水穩定性試驗，以馬歇爾試驗路用性能數據為基準，按式（2）計算路用性能變化率。

路用性能變化率=（馬歇爾設計方法路用性能結果-Superpave設計方法路用性能結果/馬歇爾設計方法路用性能結果×100%

3.2.1 高溫穩定性

根據JTGE 20—2011，采用車轍試驗評價瀝青混合料高溫穩定性，以動穩定度為檢測指標；其中Superpave方法設計的瀝青混合料以24次往返作為碾壓遍數，比馬歇爾方法設計的瀝青混合料碾壓遍數增加1倍[3]。

Superpave方法和馬歇爾方法設計的瀝青混合料高溫穩定性皆滿足規范要求。Superpave方法設計的瀝青混合料動穩定度普遍比馬歇爾方法設計的高10%左右；級配越粗，動穩定度變化率越大。這主要是由于Superpave設計方法中最佳油石比相較于馬歇爾設計方法有所減少，同時密度略有增加，導致瀝青混合料抗車轍性能提高[9]；礦料級配越粗，同級配情況下Superpave方法比馬歇爾方法設計的瀝青混合料密實性越好，從而動穩定度變化率越大。見表8。

3.2.2 低溫抗裂性

根據JTGE 20—2011，采用兩點小梁彎曲試驗評價瀝青混合料低溫抗裂性，計算試件破壞時梁底的最大彎拉應變。

Superpave方法和馬歇爾方法設計的瀝青混合料低溫抗裂性皆滿足規范要求。Superpave方法設計的瀝青混合料最大彎拉應變比馬歇爾方法設計的增加5%～10%；級配越細，最大彎拉應變增加比例越大。這主要是由于Superpave設計方法中壓實功相較于馬歇爾設計方法有所增加，使得試件毛體積相對密度有所增加，彌補了因油石比下降而降低的低溫性能[10]；礦料級配越細，混合料中細料越多，礦料更容易壓實，從而最大彎拉應變變化率越大。見表9。

3.2.3 水穩定性

根據JTGE 20—2011，檢測水穩定性的主要方法有浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗，以殘留穩定度和凍融劈裂殘留強度比為檢測指標。

Superpave方法和馬歇爾方法設計的瀝青混合料水穩定性皆滿足規范要求。Superpave方法設計的瀝青混合料殘留穩定度和凍融劈裂殘留強度比與馬歇爾方法設計的相差不大，說明設計方法的改變對瀝青混合料的水穩定性影響不大。見表10和表11。

4 結論

1）Superpave設計方法比馬歇爾設計方法可減少0.3%左右的瀝青用量，Superpave方法設計的瀝青混合料毛體積相對密度略大。

2）Superpave方法設計的瀝青混合料動穩定度普遍比馬歇爾方法設計的高10%左右；級配越粗，動穩定度變化率越大。

3）Superpave方法設計的瀝青混合料最大彎拉應變比馬歇爾方法設計的增加5%～10%；級配越細，最大彎拉應變增加比例越大。

4）Superpave方法設計的瀝青混合料在水穩定性方面與馬歇爾方法設計的差別不大。

參考文獻：

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