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摘 要 Superpave沥青混合料设计方法是一种新型的混合料设计理念，采用旋转压实仪（SGC）方法，通过对SBS改性沥青结合料、沥青混合料试验检测及各项指标分析进行沥青混合料的组成设计。本文以G30连霍高速嘉（嘉峪关）安（瓜州）段（SK2504+300～SK2522+300、XK2504+300～XK2507+300）上面层沥青混合料配合比设计为基础，依据Superpave沥青混合料设计实例对其进行探讨，以求指导路面设计与施工。
关键词 Superpave-13；配合比设计方法；探讨
中图分类号：U414 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）23-0098-03
1 Superpave设计原理
我们在进行沥青混合料配合比设计时，通常做法是千方百计调整级配尽可能符合规范规定的中值，特别强调“应使包括0.075 mm、2.36 mm和4.75 mm的筛孔在内的较多的通过量接近设计级配范围的中值”。而Superpave采用0.45次方图确定允许级配，我们可以发现大多数级配中值点接近最大密度线。也就是说，使沥青混合料能最大限度的密实是沥青混合料设计的原理。但最大密度级配是一种要避免的级配，因为这样会在集料中有极少的空间，而不能有足够厚度的沥青膜以形成耐久性结构。
而Superpave设计则认为随着交通量的增长，轴载的增加，我们需要更多的粗集料形成骨架，有足够的矿料间隙率和足够的沥青保持耐久性，并具有一定的空隙率使沥青能够自由迁移，这就是Superpave的设计理念。
2 工程概况
嘉安高速（酒泉段）地处河西走廊内陆，周围多戈壁和沙漠，风大沙多，植被稀少，具有典型的大陆性荒漠气候特征，在全国公路气候自然分区中属于西北干旱Ⅵ区。经过几年的运行，SK2504+300～SK2522+300和XK2504+300～SK2507+300段路面出现大量的裂缝，裂缝类型主要有纵向裂缝、横向裂缝和块裂，裂缝等级大多为重度裂缝。路面损坏状况指数PCI较低。经甘肃省交通规划勘察设计院调查统计，反复研究确定该工程路面的结构层为：8 cm粗粒式改性沥青碎石ATB-25下面层，4 cm细粒式改性沥青混合料Superpave-13上面层。2014年G30连霍高速嘉安段在SK2504+300～SK2522+300、XK2504+300～XK2507+300路段上面层路面首次采用4cm厚Superpave-13的高性能沥青混凝土。通过SK2504+300～SK2504+600试验路段的施工，混合料表面均匀，基本无离析，渗水符合设计要求。
3 原材料的选择及试验结果
1）沥青。
采用SBS改性沥青（基质沥青采用中海沥青90号A级石油沥青），经检测，三大指标、弹性恢复、离析、运动黏度及老化后指标均符合设计及规范要求。
2）矿料。
①集料。
集料要求：应采用坚硬、耐磨、洁净、不含风化颗粒、近立方体颗粒的玄武岩并要求使用反击和锤式破碎机经三级破碎加工而成，并特别强调集料的破碎面含量（三个破碎面含量至少为90%）和一定的粗糙度。
本项目所用粗集料产地为嘉峪关黑山湖，其规格分别为：10-15 mm碎石、5-10 mm碎石、3-5 mm碎石。粗、细集料所检试验项目均符合设计及规范要求。
②矿粉。
矿粉采用玉门镇饮马水泥厂生产的石灰岩石粉，所检试验项目均符合设计及规范要求。
4 混合料设计
1）目标配合比设计。
①级配确定。通过料场取样和筛分，根据Superpave级配要求，初选粗（级配1）、中（级配2）、细（级配3）三个级配，各级配通过率见表1，合成曲线图见图1。
用Superpave旋转压实仪，对每种试验级配混合料至少压实2个试件。为确定混合料最大理论密度还需准备2个试样，对压实试件通常4750g集料质量即可，对确定最大理论密度测定通常2000g即可。3种级配的混合料体积指标见表2。
通过对以上数据的分析比较发现，级配3的空隙率指标不符合规范要求， 而级配1与级配2的各项指标均符合规范要求，但考虑到G30高速交通量大，而且重载车辆较多，级配应选取较多粗骨料形成骨架密实嵌挤结构。因此，选择级配1为目标设计级配。
②沥青用量确定。
设计级配确定后，就要确定设计沥青用量。所谓设计沥青用量，就是指在设计旋转压实次数下得到空隙率为4%的沥青用量。根据Superpave设计方法，一般选择四个油石比，分别为：4.2%，4.7%，5.2%，5.7%进行旋转压实试验。压实次数应设定在N设计，本次N设计为100次.由试验数据，通过图表插值法得到空隙率4%时对应的油石比为5.2%。
③最大压实次数验证。
取油石比为5.2%拌制混合料测定体积指标，检测结果矿料间隙率、饱和度、最大次数压实度均符合设计及规范要求。
④目标配合比结论。
由以上试验数据可以看出，油石比为5.2%时空隙率、矿料间隙率等体积指标均满足要求。故确定目标配合比为10-15 mm碎石：5-10 mm碎石：3-5 mm碎石：机制砂：矿粉=35%：24%：7%：31%：3%，最佳油石比为5.2%。通过旋转压实和马歇尔试验验证，其空隙率VV，矿料间隙率VMA，饱和度VFA等指标均能满足设计要求。
2）生产配合比设计。
①确定各热料仓矿料和矿粉的用量。依据《高性能沥青路面（Superpave）基础参考手册》要求，以及公路等级、气候条件、交通条件、材料品种等因素，从二次筛分后进入各热料仓的矿料取样进行筛分试验，根据筛分结果，通过计算，使矿质混合料的级配接近目标配合比，以确定各热料仓矿料和矿粉的用料比例，供拌和机控制室使用。同时反复调整冷料仓进料比例，以达到供料平衡。表3为生产配合比通过率明细表，图2为SUP-13生产配合比合成级配曲线图。 ②确定最佳沥青用量。取目标配合比设计的最佳油石比OAC和OAC±0.3%三个油石比的矿质混合料，用试验室的小型拌合机拌制沥青混合料进行旋转压实试验，检验沥青混合料体积性质，确定最佳油石比。
根据目标配合比设计结果，分别用4.9%，5.2%，5.5%的油石比进行旋转压实试验，压实次数设定在N设计=100次。
依据Superpave设计方法得到的Superpave-13沥青混合料，采用最佳油石比用旋转压实仪成型试件，检测各项体积指标，试验结果汇总于表4。
③水稳定性检验及高温稳定性检验。
采用5.2%的油石比成形马歇尔试件及动稳定度试件，经检测，水稳定性、动稳定度、渗水试验指标均符合规范要求。
④生产配合比设计结论。
经过生产配合比设计及验证，确定热料仓比例为11-18 mm碎石：6-11 mm碎石：4-6 mm碎石：机制砂：矿粉=27%：30%：3%：37%：3%，油石比为5.2%。
按照目标配合比设计结果，进行了生产级配的调试，以目标配合比设计的结论为基础，对Superpave13沥青混合料进行了生产配合比级配调，并在室内进行了相关旋转压实及马歇尔试验，按Superpave方法确定了最佳沥青用量，试验结果表明生产配合比结果满足要求，与目标配合比设计结果基本一致。
在室内生产配合比调试并试验成功的基础上，高养中心进行了拌和楼的试拌，通过对试拌沥青混合料各项指标试验检测，结果均满足设计要求。
5 Superpave沥青混合料配合比设计中的注意点
1）Superpave沥青混合料施工均匀性明显优于AC型混合料，由于Superpave设计时各种原材料的组成更为合理，不象传统的AC型混合料粗细集料均较为集中，造成混合料易于离析。Superpave混合料设计时由于增加了中间集料的用量，混合料的组成更为合理，施工离析现象大大减少，这有利于提高沥青混合料的各种路用性能。因此必须加大对原材料的控制，比如SBS改性沥青的各项指标及石料的压碎值、针片状含量等。
2）Superpave混合料高温性能有较大改善，由于设计要满足体积指标，必然要求其具有较好的骨架结构，从而提高了混合料的热稳定性。关于混合料的设计指标，Superpave混合料摒弃了马歇尔稳定度、流值等指标。采用体积法设计的指标。沥青混合料的路用性能与沥青用量、矿粉的性能和用量、空隙率等存在着密切关系，它们的变化会引起混合料路用性能的重大变化，因此在进行沥青混合料配合比设计时，要对混合料的体积指标参数进行严格控制。
3）Superpave混合料级配设计有别于马歇尔方法设计，其有一个级配选取方法，为了防止混合料设计时采用过多的细集料（避免降低设计混合料的高温性能），提出了控制点及限制区的概念，即混合料设计时应尽可能保证设计级配曲线在控制点内，不通过限制区。混合料的设计不仅要求其应满足上述级配的基本要求，还要求相关体积指标应符合Superpave技术标准，一般设计时是选取粗、中、细3种级配，分别进行试验，按照矿料的密度、吸水率估算各级配在4%的空隙率时的沥青用量，用此沥青用量来进行初试级配的相关试验。
4）加强试验条件的控制，特别是试验温度的确定。在选取普通沥青和改性沥青时，要结合适合我国的气候和交通情况、以及施工过程中的实际情况。试验条件一经确定，要严格进行控制。
6 结束语
由于高性能沥青混凝土Superpave-13路面结构在甘肃省酒泉公路管理局是第一次运用，甘肃省公路局、酒泉公路管理局都高度重视，多次来现场检查指导，八月中旬省公路局基建处组织全省交通系统的兄弟单位来现场观摩指导。经过superpave沥青混合料设计和优化，现场摊铺碾压成型沥青路面平整、密实，骨料分布均匀，形成骨架嵌挤密实结构，高温碾压不推移，嵌挤性好，尤其提高了混合料的抗车辙能力，减少了裂缝的产生，有效的防止了路面早期病害。该工程得到了省公路局、酒泉公路管理局、监理单位的一致好评，并将在河西地区高速公路施工大面积推广。同时希望Superpave技术为甘肃省河西片区的工程应用提供一些经验。
参考文献
[1]美国沥青协会.高性能沥青路面（Superpave）基础参考手册[M].贾瑜，曹荣吉，李本京，译.北京：民交通出版社，2005.
[2]JTG F40 -2004公路沥青路面施工技术规范[S].北京：人民交通出版社，2004.
[3]Superpave水准I沥青混合料设计[J].余叔藩，译.交通部重庆公路科学研究所，1997（12）.
[4]公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S]（JTG E20-2011）.北京：人民交通出版社，2011.
[5]《高性能沥青路面（Superpave-13）上面层施工指导意见（SBS改性沥青）》.江苏省交通厅高管局，2003.
[6]张志刚，瞿洪海.城市道路与防洪[J].2009，6（6）.
关键词 Superpave-13；配合比设计方法；探讨
中图分类号：U414 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）23-0098-03
1 Superpave设计原理
我们在进行沥青混合料配合比设计时，通常做法是千方百计调整级配尽可能符合规范规定的中值，特别强调“应使包括0.075 mm、2.36 mm和4.75 mm的筛孔在内的较多的通过量接近设计级配范围的中值”。而Superpave采用0.45次方图确定允许级配，我们可以发现大多数级配中值点接近最大密度线。也就是说，使沥青混合料能最大限度的密实是沥青混合料设计的原理。但最大密度级配是一种要避免的级配，因为这样会在集料中有极少的空间，而不能有足够厚度的沥青膜以形成耐久性结构。
而Superpave设计则认为随着交通量的增长，轴载的增加，我们需要更多的粗集料形成骨架，有足够的矿料间隙率和足够的沥青保持耐久性，并具有一定的空隙率使沥青能够自由迁移，这就是Superpave的设计理念。
2 工程概况
嘉安高速（酒泉段）地处河西走廊内陆，周围多戈壁和沙漠，风大沙多，植被稀少，具有典型的大陆性荒漠气候特征，在全国公路气候自然分区中属于西北干旱Ⅵ区。经过几年的运行，SK2504+300～SK2522+300和XK2504+300～SK2507+300段路面出现大量的裂缝，裂缝类型主要有纵向裂缝、横向裂缝和块裂，裂缝等级大多为重度裂缝。路面损坏状况指数PCI较低。经甘肃省交通规划勘察设计院调查统计，反复研究确定该工程路面的结构层为：8 cm粗粒式改性沥青碎石ATB-25下面层，4 cm细粒式改性沥青混合料Superpave-13上面层。2014年G30连霍高速嘉安段在SK2504+300～SK2522+300、XK2504+300～XK2507+300路段上面层路面首次采用4cm厚Superpave-13的高性能沥青混凝土。通过SK2504+300～SK2504+600试验路段的施工，混合料表面均匀，基本无离析，渗水符合设计要求。
3 原材料的选择及试验结果
1）沥青。
采用SBS改性沥青（基质沥青采用中海沥青90号A级石油沥青），经检测，三大指标、弹性恢复、离析、运动黏度及老化后指标均符合设计及规范要求。
2）矿料。
①集料。
集料要求：应采用坚硬、耐磨、洁净、不含风化颗粒、近立方体颗粒的玄武岩并要求使用反击和锤式破碎机经三级破碎加工而成，并特别强调集料的破碎面含量（三个破碎面含量至少为90%）和一定的粗糙度。
本项目所用粗集料产地为嘉峪关黑山湖，其规格分别为：10-15 mm碎石、5-10 mm碎石、3-5 mm碎石。粗、细集料所检试验项目均符合设计及规范要求。
②矿粉。
矿粉采用玉门镇饮马水泥厂生产的石灰岩石粉，所检试验项目均符合设计及规范要求。
4 混合料设计
1）目标配合比设计。
①级配确定。通过料场取样和筛分，根据Superpave级配要求，初选粗（级配1）、中（级配2）、细（级配3）三个级配，各级配通过率见表1，合成曲线图见图1。
用Superpave旋转压实仪，对每种试验级配混合料至少压实2个试件。为确定混合料最大理论密度还需准备2个试样，对压实试件通常4750g集料质量即可，对确定最大理论密度测定通常2000g即可。3种级配的混合料体积指标见表2。
通过对以上数据的分析比较发现，级配3的空隙率指标不符合规范要求， 而级配1与级配2的各项指标均符合规范要求，但考虑到G30高速交通量大，而且重载车辆较多，级配应选取较多粗骨料形成骨架密实嵌挤结构。因此，选择级配1为目标设计级配。
②沥青用量确定。
设计级配确定后，就要确定设计沥青用量。所谓设计沥青用量，就是指在设计旋转压实次数下得到空隙率为4%的沥青用量。根据Superpave设计方法，一般选择四个油石比，分别为：4.2%，4.7%，5.2%，5.7%进行旋转压实试验。压实次数应设定在N设计，本次N设计为100次.由试验数据，通过图表插值法得到空隙率4%时对应的油石比为5.2%。
③最大压实次数验证。
取油石比为5.2%拌制混合料测定体积指标，检测结果矿料间隙率、饱和度、最大次数压实度均符合设计及规范要求。
④目标配合比结论。
由以上试验数据可以看出，油石比为5.2%时空隙率、矿料间隙率等体积指标均满足要求。故确定目标配合比为10-15 mm碎石：5-10 mm碎石：3-5 mm碎石：机制砂：矿粉=35%：24%：7%：31%：3%，最佳油石比为5.2%。通过旋转压实和马歇尔试验验证，其空隙率VV，矿料间隙率VMA，饱和度VFA等指标均能满足设计要求。
2）生产配合比设计。
①确定各热料仓矿料和矿粉的用量。依据《高性能沥青路面（Superpave）基础参考手册》要求，以及公路等级、气候条件、交通条件、材料品种等因素，从二次筛分后进入各热料仓的矿料取样进行筛分试验，根据筛分结果，通过计算，使矿质混合料的级配接近目标配合比，以确定各热料仓矿料和矿粉的用料比例，供拌和机控制室使用。同时反复调整冷料仓进料比例，以达到供料平衡。表3为生产配合比通过率明细表，图2为SUP-13生产配合比合成级配曲线图。 ②确定最佳沥青用量。取目标配合比设计的最佳油石比OAC和OAC±0.3%三个油石比的矿质混合料，用试验室的小型拌合机拌制沥青混合料进行旋转压实试验，检验沥青混合料体积性质，确定最佳油石比。
根据目标配合比设计结果，分别用4.9%，5.2%，5.5%的油石比进行旋转压实试验，压实次数设定在N设计=100次。
依据Superpave设计方法得到的Superpave-13沥青混合料，采用最佳油石比用旋转压实仪成型试件，检测各项体积指标，试验结果汇总于表4。
③水稳定性检验及高温稳定性检验。
采用5.2%的油石比成形马歇尔试件及动稳定度试件，经检测，水稳定性、动稳定度、渗水试验指标均符合规范要求。
④生产配合比设计结论。
经过生产配合比设计及验证，确定热料仓比例为11-18 mm碎石：6-11 mm碎石：4-6 mm碎石：机制砂：矿粉=27%：30%：3%：37%：3%，油石比为5.2%。
按照目标配合比设计结果，进行了生产级配的调试，以目标配合比设计的结论为基础，对Superpave13沥青混合料进行了生产配合比级配调，并在室内进行了相关旋转压实及马歇尔试验，按Superpave方法确定了最佳沥青用量，试验结果表明生产配合比结果满足要求，与目标配合比设计结果基本一致。
在室内生产配合比调试并试验成功的基础上，高养中心进行了拌和楼的试拌，通过对试拌沥青混合料各项指标试验检测，结果均满足设计要求。
5 Superpave沥青混合料配合比设计中的注意点
1）Superpave沥青混合料施工均匀性明显优于AC型混合料，由于Superpave设计时各种原材料的组成更为合理，不象传统的AC型混合料粗细集料均较为集中，造成混合料易于离析。Superpave混合料设计时由于增加了中间集料的用量，混合料的组成更为合理，施工离析现象大大减少，这有利于提高沥青混合料的各种路用性能。因此必须加大对原材料的控制，比如SBS改性沥青的各项指标及石料的压碎值、针片状含量等。
2）Superpave混合料高温性能有较大改善，由于设计要满足体积指标，必然要求其具有较好的骨架结构，从而提高了混合料的热稳定性。关于混合料的设计指标，Superpave混合料摒弃了马歇尔稳定度、流值等指标。采用体积法设计的指标。沥青混合料的路用性能与沥青用量、矿粉的性能和用量、空隙率等存在着密切关系，它们的变化会引起混合料路用性能的重大变化，因此在进行沥青混合料配合比设计时，要对混合料的体积指标参数进行严格控制。
3）Superpave混合料级配设计有别于马歇尔方法设计，其有一个级配选取方法，为了防止混合料设计时采用过多的细集料（避免降低设计混合料的高温性能），提出了控制点及限制区的概念，即混合料设计时应尽可能保证设计级配曲线在控制点内，不通过限制区。混合料的设计不仅要求其应满足上述级配的基本要求，还要求相关体积指标应符合Superpave技术标准，一般设计时是选取粗、中、细3种级配，分别进行试验，按照矿料的密度、吸水率估算各级配在4%的空隙率时的沥青用量，用此沥青用量来进行初试级配的相关试验。
4）加强试验条件的控制，特别是试验温度的确定。在选取普通沥青和改性沥青时，要结合适合我国的气候和交通情况、以及施工过程中的实际情况。试验条件一经确定，要严格进行控制。
6 结束语
由于高性能沥青混凝土Superpave-13路面结构在甘肃省酒泉公路管理局是第一次运用，甘肃省公路局、酒泉公路管理局都高度重视，多次来现场检查指导，八月中旬省公路局基建处组织全省交通系统的兄弟单位来现场观摩指导。经过superpave沥青混合料设计和优化，现场摊铺碾压成型沥青路面平整、密实，骨料分布均匀，形成骨架嵌挤密实结构，高温碾压不推移，嵌挤性好，尤其提高了混合料的抗车辙能力，减少了裂缝的产生，有效的防止了路面早期病害。该工程得到了省公路局、酒泉公路管理局、监理单位的一致好评，并将在河西地区高速公路施工大面积推广。同时希望Superpave技术为甘肃省河西片区的工程应用提供一些经验。
参考文献
[1]美国沥青协会.高性能沥青路面（Superpave）基础参考手册[M].贾瑜，曹荣吉，李本京，译.北京：民交通出版社，2005.
[2]JTG F40 -2004公路沥青路面施工技术规范[S].北京：人民交通出版社，2004.
[3]Superpave水准I沥青混合料设计[J].余叔藩，译.交通部重庆公路科学研究所，1997（12）.
[4]公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S]（JTG E20-2011）.北京：人民交通出版社，2011.
[5]《高性能沥青路面（Superpave-13）上面层施工指导意见（SBS改性沥青）》.江苏省交通厅高管局，2003.
[6]张志刚，瞿洪海.城市道路与防洪[J].2009，6（6）.