基于Superpave的沥青胶浆流变特性与级配优化研究

高性能沥青路面Superpave?是美国公路战略研究计划SHRP完成后推出的沥青路面方面的最终产品。自Superpave技术引进国内以来，业内各界反应较大。国内公路和石油行业的研究机构和大专院校纷纷引进部分或全套Superpave设备。在不少省市和地区修建了Superpave试验路和实体工程。可以说Superpave技术是继SMA技术之后的又一个热点。 即使是Superpave技术，其结合料性能（PG）规范对于某些沥青尤其是改性沥青仍然不能保证采用同一性能等级的沥青材料修筑出的路面具有相同或者相似的路用性能；目前的贝雷法虽然可以在级配优化问题中给予设计或施工人员一定的指导，但是由于国内外在试件成型方法上、贝雷法参数选取范围上都存在较大差异，并且尚不清楚这些参数与路用性能之间的变化规律，这就决定了不能简单地套用国外规律，而必须结合我国实际进行相应的研究。 为了解决上述问题，本文将主要研究内容分为两部分：第一，将沥青与矿粉的有机综合体—沥青胶浆作为研究对象，借助于Superpave沥青研究的相关设备DSR、BBR和DTT，对沥青胶浆在高、低温和常温下的流变特性进行系统的研究。得到了沥青胶浆流变特性与各试验设备中工作参数、沥青胶浆的流变特性与温度、沥青胶浆的流变特性与粉胶比之间的变化规律；并对沥青胶浆作用机理作了初步的探讨，发现采用Buttlar公式和Hashin公式可以表征高中温和低温条件下的单纯矿粉颗粒体积增强作用。为了预估沥青胶浆的综合作用，提出了等效体积增强原理，基于该原理得到的预估值与实测值相关性较好。第二，对级配理论与方法进行了回顾与总结，采用图形法证明了粒径干涉理论的计算公式；利用粒子干涉理论和分形理论，得出了各种计算方法参数取值与理论球体堆积模型之间的关系，进而得到了n的理论范围和最大密度线n的理论取值；通过与ASTM和我国级配规范的比较，证明了n的理论范围是合理的。还就Superpave级配中的限制区、公称最大尺寸标准等对我国级配的影响等问题进行了探讨。系统介绍了贝雷法的基本概念、评价方法和参数取值范围，通过试验设计得出了采用马歇尔击实方法成型试件的条件下，贝雷法参数与体积参数、贝雷法参数与路用性能参数之间的变化规律，并结合国内外的研究提出了12.5mm沥青混合料的贝雷法参数取值范围和选取原则。 本文从沥青胶浆的流变特性、沥青胶浆作用机理、级配理论的发展与应用和贝雷法与级配优化等方面进行了系统研究，是对Superpave技术在我国应用的进一步深入，为最终建立基于路用性能的沥青与沥青混合料设计方法体系打下基础。