沥青材料的SHRP评价方法课件.ppt

1、1大家好大家好2沥青材料的SHRP评价方法3内容目录一一、SHRPSHRP简介简介二、二、SHRPSHRP方法包含有哪些指标，每个指方法包含有哪些指标，每个指 标所表达的含义和工程意义标所表达的含义和工程意义三、三、SHRPSHRP指标与传统指标的区别指标与传统指标的区别四、目前的应用状况及存在的问题四、目前的应用状况及存在的问题4 一、SHRP简介 SHRP简介及主要研究内容 SHRP关于沥青材料研究内容 SHRP方法的基本思路51.SHRP简介及主要研究内容 SHRP是美国运输部联邦公路总署在1982年委托国家研究中心所属的交通运输部“在短时间内，实施集中的、战略性的公路研究计划（Stra

2、tegic Highway Research Programe，简称SHRP），以取得具有投资效益的效果”。目的是:改善其国家道路的使用性能和耐久性,使得这些道路对使用者及其维护者都更加安全。其主要研究内容为：6公路运营公路运营混凝土与结混凝土与结构构沥青（研究经沥青（研究经费，费，50005000万美万美元）元）路面长期路面长期性能性能主要研主要研究内容究内容 四个四个72.SHRP关于沥青材料研究内容 由于沥青路面使用环境很复杂，有车辆、气候、土壤地质条件、材料状况等影响，所以仅靠目前的三大指标和其他简单物理性质指标，不能很好预测路面的使用变化。SHRP的研究主要任务有三个：制定一个以路面

3、性能为基础的沥青胶结料规范；制定一个以路面性能为基础的沥青胶结料规范；制定一个混合料规范；制定一个混合料规范；制定混合料规范相配套的混合料设计规范。制定混合料规范相配套的混合料设计规范。8其核心内容可以总结为“两规范一方法一软件”：沥青胶结料性能分级规范 沥青混合料路用性能规范 沥青混合料设计方法 高性能沥青路面软件93.SHRP方法的基本思路基本思路基本思路abc研究沥青的研究沥青的物理与化学物理与化学性质分别于性质分别于路用性能的路用性能的关系关系研究沥青的研究沥青的物理和化学物理和化学性质之间的性质之间的关系关系研究沥青混合研究沥青混合料的性质和路料的性质和路用性能的关系，用性能的关系，

4、并将研究结果并将研究结果用路用性能试用路用性能试验结果加以验验结果加以验证证10二、SHRP方法包含有哪些指标，每个指标所表达的含义和工程意义 1、SHRP沥青结合料路用性能规范2、每个指标所表达的含义和工程意义11 1、SHRP沥青结合料路用性能规范 SHRP 计划的研究成果之一是提出了按性能分级(Performance Graded)的道路沥青技术规范,它将沥青材料的粘弹性能的本质用流变学指标进行量化,提出了在高温、中等温度和低温下与路面使用环境相关的流变特性指标。PG 分级中沥青所满足的温度是路面的最高和最低设计温度。例如,PG 64-28 表示沥青路面的最高设计温度为64,最低设计温度

5、为-28,并且该沥青在中等温度22下符合抗疲劳开裂的要求。12沥青使用性能等级PG 46PG 5234404610162228344046平均7天最高路面设计温度a4652最低路面设计温度a34404610162228344046初始结合料闪点温度，T48：最小 a 230粘度，ASTM D4402：b最大，3pas，试验温度，135动态剪切，TP5：cG*/sin，最小1.00kpa试验温度 10rad/s/，4652R T F O T (T 240)或 T F O T（T179）残 留 沥 青质量损失，最大，%1.00动态剪切，TP5：G*/sin，最小，2.20kpa试验温度 10rad

6、/s/，4652P A V 残 留 沥 青（P P 1）PAV老化温度，d9090动态剪切，TP5：G*sin，最大5000kpa试验温度 10rad/s/,10742522191613107物理硬化指数e 报 告蠕变劲度，TP1：fS，最大，300MPa，m值，最小，0.300试验温度 60s，243036061218243036直接拉伸，TP3：f破坏应变，最小，1.0%试验温度1.0mm/min，243036061218243036美国美国SHRPSHRP沥青结合料路用性能规范沥青结合料路用性能规范13沥青使用性能等级PG 58PG 641622283440101622283440平均7

7、天最高路面设计温度a5864最低路面设计温度a1622283440101622283440初始结合料闪点温度，T48：最低 230粘度，ASTM D4402：b最大，3pas，试验温度，135动态剪切，TP5：cG*/sin，最小1.00kpa试验温度 10rad/s/，5864R T F O T (T 240)或 T F O T（T179）残 留 沥 青质量损失，最大，%1.00动态剪切，TP5：G*/sin，最小，2.20kpa试验温度 10rad/s/，5864P A V 残 留 沥 青（P P 1）PAV老化温度，d100100动态剪切，TP5：G*sin，最大5000kpa试验温度

8、10rad/s/,2522191613312825221916物理硬化指数e 报 告蠕变劲度，TP1：fS，最大，300MPa，m值，最小，0.300试验温度 60s，6121824300612182430直接拉伸，TP3：f破坏应变，最小，1.0%试验温度1.0mm/min，612182430061218243014沥青使用性能等级PG 70PG 761016222834401016222834平均7天最高路面设计温度a7076最低路面设计温度，a1016222834401016222834初 始 结 合 料闪点温度，T48：最低 230粘度，ASTM D4402：b最大，3pas，试验温度

9、，135动态剪切，TP5：cG*/sin，最小1.00kpa试验温度 10rad/s/，7076R T F O T(T 2 4 0)或 T F O T（T 1 7 9）残 留 沥 青质量损失，最大，%1.00动态剪切，TP5：G*/sin，最小，2.20kpa试验温度 10 rad/s/，7076P A V 残 留 沥 青（P P 1）PAV老化温度，d100（110）100（110）动态剪切，TP5：G*sin，最大，5000kpa试验温度 10rad/s/,3431282522193734312825物理硬化指数e 报 告蠕变劲度，TP1：fS，最大，300MPa，m值，最小，0.300试

10、验温度 60s，061218243006121824直接拉伸，TP3：f破坏应变，最小，1.0%试验温度1.0mm/min，06121824300612182415沥青使用性能等级PG 821016222834平均7天最高路面设计温度a82最低路面设计温度，a1016222834初 始 结 合 料闪点温度，T48：最低 230粘度，ASTM D4402：b最大，3pas，试验温度，135动态剪切，TP5：cG*/sin，最小1.00kpa试验温度 10rad/s/，82R T F O T(T 2 4 0)或 T F O T（T 1 7 9）残 留 沥 青质量损失，最大，%1.00动态剪切，TP

11、5：G*/sin，最小，2.20kpa试验温度 10 rad/s/，82P A V 残 留 沥 青（P P 1）PAV老化温度，d100（110）动态剪切，TP5：G*sin，最大，5000kpa试验温度 10rad/s/,4037343128物理硬化指数e 报 告蠕变劲度，TP1：fS，最大，300MPa，m值，最小，0.300试验温度 60s，06121824直接拉伸，TP3：f破坏应变，最小，1.0%试验温度1.0mm/min，0612182416Superpave 结合料分为七级，每级温差6，见表，高温等级（）低温等级（）PG 4634 40 46 5210 16 22 28 34 4

12、0 46 5816 22 28 34 40 6410 16 22 28 34 40 7010 16 22 28 34 40 7610 16 22 28 34 8210 16 22 28 3417其中，其中，PG76PG76和和PG82PG82只适用于慢速或长期只适用于慢速或长期荷载（如交叉口附近），或有超重载货荷载（如交叉口附近），或有超重载货车交通流的路段设计。车交通流的路段设计。SuperpaveSuperpave结合料规范取代了在固结合料规范取代了在固定温度进行试验而改变试验规定值要求定温度进行试验而改变试验规定值要求的传统做法，采用了试验要求值是固定的传统做法，采用了试验要求值是固定的

13、，而达到此规定值的温度是变化的的，而达到此规定值的温度是变化的（根据当地温度而定）。（根据当地温度而定）。18沥青使用性能等级PG 52PG 581016222834404616227d平均路面最高设计温度5258最低路面设计温度101622283440461622原 始 结合料闪点温度，T48：最小 230粘度，ASTM D4402：最大，3pas，（3000cp）试验温度，135动态剪切，TP5：G*/sin，最小1.00kpa试验温度（）5258改变试验温度改变试验温度 Superpave 结合料规范解释如下：规范要求保持常量规范要求保持常量19沥青使用性能等级动态剪切，TP5：G*/s

14、in，最小1.00kpa试验温度,10rad/s/，旋转薄膜烘箱（T240）质量损失，最大，%动态剪切，TP5G*/sin，最小，2.20kpa试验温度 10rad/s/，控制路面车辙而定的指标控制路面车辙而定的指标20PAV路面老化温度，动态剪切，TP5：G*sin，最大5000kpa试验温度，10rad/s/,物理硬化指数e蠕变劲度，TP1：S，最大，300MPa，m值，最小，0.300试验温度 60s，直接拉伸，TP3：破坏应变，最小，1.0%试验温度，1.0mm/min，为控制疲劳开裂而设定的指标为控制疲劳开裂而设定的指标 低温开裂控制指标标低温开裂控制指标标21疲劳开裂疲劳开裂永久变

15、形永久变形（车辙）（车辙）低温低温（热）开裂（热）开裂路面最常见路面最常见的破坏现象的破坏现象提出三个控制路面性能的指标提出三个控制路面性能的指标22第二阶段第二阶段老化沥青老化沥青(RTFO)(RTFO)试验试验代表代表拌合铺筑过程拌合铺筑过程中的沥青中的沥青 Superpave Superpave结合料规范的另一个特点，模拟结合料寿结合料规范的另一个特点，模拟结合料寿命期三个临界阶段进行沥青结合料试验命期三个临界阶段进行沥青结合料试验：原始沥青试验原始沥青试验代表运输代表运输储存和储存和 装卸装卸阶段的性质阶段的性质第一阶段第一阶段第三阶段第三阶段物理硬化后的沥物理硬化后的沥青青(PAV)

16、(PAV)试验试验代表热拌沥青铺代表热拌沥青铺筑后的长期老化筑后的长期老化阶段阶段23SuperpaveSuperpave结合料试验设备和目的见下表结合料试验设备和目的见下表设备目的旋转薄膜烘箱（RTFOT）压力老化箱（PAV）模拟结合料老化（施工、储运过程）模拟路面服务期老化（硬化，使用过程）动力剪切流变仪（DSR）测试结合料高温和中温性能，测定复数剪切模量G*和相位角，确定车辙因子G*/sin(注1)，G*sin确定疲劳因子旋转粘度仪（RV）测定结合料高温性能(135，旋转粘度3Pas，施工泵送和摊铺方便)弯曲梁流变仪（BBR）直接拉力仪（DDT）测试结合料低温性能测定入编重力度S和m值（

17、注2）测定破坏应变旋转薄膜烘箱旋转薄膜烘箱压力老化仪压力老化仪 动态剪切流变仪动态剪切流变仪旋转粘度仪旋转粘度仪弯曲梁弯曲梁流变仪流变仪242、每个指标所表达的含义和工程意义（1）闪点沥青试样在规定尺寸的盛器内，在规定的加热条件下，沥青受热后，其轻质组分蒸发的气体，与周围的空气组成可燃性的混合气体，以火焰引之，在沥青试样表面发生一瞬即灭的闪光时的最低温度，以表示。用230控制，表示施工安全性指标；（2）最大粘度粘度是指沥青试样在规定的温度下，通过规定尺寸的流孔流出规定体积所需的时间。要求135时粘度3Pas，表示施工性能，例如泵送和操作；25（3）质量损失要求质量损失1.0%，表示抗老化指标，

18、控制路面的过度老化；（4）RTFOT前后动态剪切G*/sin试验温度为高温等级的温度，表示高温稳定性指标，对未老化沥青,要求G*/sin1KPa;对经RTFOT沥青,要求G*/sin2.2KPa。G*越大,越小,抗车辙能力越强。26（5）PAV后动态剪切G*sin要求经PAV沥青G*sin5MPa。G*和值越小,材料越具柔性,抗疲劳开裂的能力越强，为疲劳性能指标。（6）直接拉伸破坏应变弯曲蠕变进度及m值对蠕变劲度低于300MPa的经PAV老化的沥青,其劲度随时间的变化率m0.3(60s加载后),对于300S(t)600MPa，且m0.3的结合料,要求直接拉伸的破坏应变1.0%，为低温抗裂性指标

19、。27三、SHRP指标与传统指标的区别 1、现行评价沥青性能的方法3、现行规范的局限性 2、现行规范沥青分类依据4、SHRP 与现行试验方法比较28 关于沥青性能评价指标和方法，国际上还没有统一标准，现行评价沥青性能的方法有三大类：一、采用沥青性能指标的变化程度来衡量，如针入度、软化点、延度的变化程度；二、针对改性沥青的特点开发的试验方法，如弹性恢复试验、粘韧性试验、离析试验等；三、美国公路战略研究计划（SHRP）提出的沥青结合料性能规范1、现行评价沥青性能的方法29 2、现行规范沥青分类依据：25的针入度（稠度）、60和 135时粘度和 15时的延伸率 等。软硬-151356025针入度30

20、3、现行规范的局限性：测定三大指标的温度范围（15135）比实际路面沥青应用的温度范围窄。按现行规范，相同等级的沥青路用性能相差可能会很大。各地选用沥青仅凭经验确定等级。31 4、SHRP与现行试验方法比较 1、沥青 （1 1）有关沥青性能指标：）有关沥青性能指标：SHRP 不再进行针入度、延度、软化点等现行常规试验,而是完成以下验:原状沥青:闪点、粘度(135)、动态剪切;旋转薄膜烘箱残留沥青:质量损失、动态剪切;压力老化试验残留沥青:动态剪切、蠕变劲度、直接拉伸。32（2 2）沥青分级）沥青分级 SHRP不再进行现行常规的针入度和粘度分级,而直接采用适合于工程当地最高、最低气温的温差范围作

21、为沥青分级标准,如PG52-28表示该标号沥青适合工作状态:全年平均7天最高路面设计温度低于52,全年最低路面设计温度高于-28。SHRP 将沥青分为36 个标号,覆盖的工作温度范围为最高路面设计温度4682,最低路面设计温度为-46-10。33 2、沥青混合料 SHRP 配合比设计采用了体积设计,试件采用旋转压实法成型,不使用常规马歇尔法成型设计和通过马歇尔试验完成配合比设计。配合比设计控制的标准是:V V(4%)、VMA(与公称最大集料尺寸有关)、VFA(与交通量有关)、矿粉与沥青之比DP。虽然马歇尔试验法最终也考虑了V V、VMA、VFA 等物理量,但SHRP 的试件成型更符合工程实际,

22、且对各项物理量指标有明确的量化值,对施工有直接的指导意义。34四、目前的应用状况或存在的问题1、应用案例 2、存在的问题35应用案例应用案例 1：漳龙高速公路是国家重点干线厦门至昆明公路的重要组成部分，全长117km，双向四车道。工程地处福建西南部，该地区气候炎热潮湿，交通荷载极大，多为运载煤炭或水泥的载重车，轴重大，行车速度缓慢，一个车道累计当量轴载达17，133，470次。为寻求适应于高速公路高服务年限及高性能的沥青混凝土路面的结构类型及施工工艺，漳龙高速公路新祠至和溪段上面层采用4cm厚改性沥青玛蹄脂碎石混合料SMA13，在试验、设计、施工中除吸收国内外SMA有关技术与经验外，结合工程实

23、际，应用了美国公路战略研究计划（SHRP）关于高性能沥青路面（Superpave）的研究成果，并在改性沥青选择上，根据Superpave结合料性能分级规范确定改性沥青等级，从而避免了现行针入度分级方法的经验性和局限性。在混合料设计与施工质量控制上参考Superpave的体积设计与美国SMA最新规范，使SMA混合料设计与施工质量控制更加合理。36 应用案例应用案例 2：吉林省长余高速公路是国家干线公路,全长160 km,地处吉林省东部,气候特点属亚热带,夏热冬寒,温差幅度较大,特别是冬季时间漫长,多雪,气温变化明显,时有骤然降温现象发生。此气候特点不可避免地会给高速公路路面带来很大的破坏,如:出

24、现温缩裂缝;由于路面产生裂缝,形成积水,经过一个冬季反复冻融,造成路面严重损坏。为尽量避免上述现象的发生,采用较高标号的沥青或改性沥青应该是一个较好的解决办法。长余高速公路根据当地气候特点,在兼顾高温车辙和水损害的同时,经过大量室内试验和试验路铺装检测,参照交通部标准及美国SHRP 规范沥青结合料标准,决定采用PG 等级为64-34的SBS 改性沥青,并制定长余高速公路改性沥青常规检测标准和SHRP 规范PG 检测标准。实践证明,采用两套标准进行改性沥青检测,既保证了沥青质量,又使改性沥青混合料各项指标满足交通部规范要求。37 2 2、存在的问题、存在的问题 目前,虽然在沥青产品技术规范中多采

25、用按针入度分级、按粘度分级体系,但SHRP 计划所提出的性能分级作为一种新生事物和新的技术,正在为世界许多国家所学习、采纳和使用。但是就沥青产品而言,由于试验的条件性和不准确性,在采用标准试验方法对沥青产品的性质进行测定时,一个性质的真值不可能被精确地测定出来,而需要根据测定值推算出一个可能包含其真值的范围。尤其对于PG 性能分级所要求的技术指标中大部分为新开发的、专用的试验仪器和方法,因此各单位在使用这些仪器、方法时存在着这样的问题:试验结果的可信度为多少。38 Superpave的设备昂贵，不利于大规模推广，同时由于我国与美国的标准轴载、气候特点和交通量特点不同，因此Superpave的具体指标标准直接引用比较困难。39谢 谢