Superpave沥青路面技术在江苏的应用

摘要：本文主要介绍了Superpave技术在江苏省的应用情况，从沥青PG分级、集料特性、级配组成、混合料的体积性质指标以及施工控制等几方面论述了Super。pave技术在江苏省的应用情况和存在的问题。

关键词：superpave　沥青路面　技术

1996～1999年，江苏省交通科研院针对SHRP沥青胶结料和沥青混合料进行了大量的室内试验，先后完成了沪宁高速公路沥青和沥青混合料路用性能的评估、镇海炼油厂AH一70#沥青PG等级评定、泰州石化总厂AH一70和AH一90重交沥青PG等级评定、重庆交通设计研究院四种改性沥青PG等级评定和广东省交科所研制的改性沥青PG等级评定、壳牌石油公司Caribit和Carifalt的PG等级测定。在大量的室内试验基础上，从2000年开始，着手结合实体工程进行Superpave沥青混合料设计与生产的研究。在2000年参与了京珠高速公路湖北段Super-pave试验路中下面层的设计和生产，在淮江高速公路淮阴连接线，修筑了7km长Superpave沥青路面实体工程，同年完成了交通部联合攻关项目“沥青混合料新设计方法的引进与开发应用研究”。2001年，在江苏省连徐高速公路修建长6km、宁宿徐高速公路修建长4km的上、中、下三层均为Superpave沥青路面的试验路。Superpave技术在江苏省的应用正逐步推广。

1　uperpave沥青胶结料PG分级

Superpave沥青路面技术的精华之一，是建立了一套全新的沥青胶结料试验方法和沥青胶结料性能标准，这些性能标准较好地与路用性能有机地结合了起来。

Superpave沥青胶结料采用PG等级评定沥青，是对路用沥青生产和应用的一场。一个工程项目中选择AH一70还是AH一90，主要是依据经验和专家咨询的结果，没有一个科学而有效的量化标准。同样在同一技术标准(例AH一70)中的不同品牌沥青中无法做出最合理的选择，SHRP对沥青进行PG等级划分较有效地解决了这些问题。但在应用SHRP沥青PG等级时必须深刻地认识到PG等级要求是依据美国的气候和交通条件得出的，必须把它同我国的具体情况相结合。以江苏为例，依据美国的标准，沪宁路应采用的沥青是PG56—18，实际上沪宁高速公路当时采用的三种进口沥青，二种是PG—22，一种是PG58—22，而实际使用的结果是沪宁高速公路局部地段产牛了早期损害，这些损害同沥青的品质不无关系。又如在锡澄线高速公路有一座120m跨径的钢板面加铺沥青路面，依据气候和交通量，应该选择PG58—16的沥青，当时有壳牌公司的2种沥青Caribit(PG70一28)和Carifalt(PG76—28)供选择，江苏省高指非常慎重地对待这件事，在实施使用中采用了carifalt(PG76—28)。二年多的使用结果表明，钢桥面目前使用情况良好。而桥两边的同种路面结构采用的PG58或PG的普通沥青路面则出现了一些早期损坏。事实上美国在采用PG等级时，正常情况下仅依据交通量和气候条件选定PG沥青，在收费处或重要的路段则提高一个等级，目前在重要路段如重车多且行驶速度较慢的路段通常将沥青的高温等级提高2个。对于沥青的PG等级，目前需要做的首要工作是要确定夏季高温时路面的实际温度，同时由于我国的交通轴载(100kN)比美国的轴载(80kN)要大，因此在目前的情况下，建议沥青的高温等级通常要提高一个等级，车流量大且重载比例高的路段应提高2～3个沥青高温等级。

2　uperpave集料标准及级配组成

Superpave将集料性能分为二类：一类是全国强制性标准，即集料共性：粗集料棱角性、细集料棱角性、针片状含量和砂当量；另一类是地区性标准，即料源特性：洛杉矶磨耗值、坚固性和有害杂质含量。

目前，江苏省高速公路采用的石料都由反击式破碎机生产，只要适当选择原材料，严格控制生产过程，石料比较容易满足Superpave的集料要求。在实际中会遇到一些具体问题，如在生产过程中有时除尘不好，有时细集料棱角性和砂当量满足不了要求；有时尽管石料都满足Superpave标准要求，但施工压实过程中发现石料破碎严重，关于石料破碎原因和石料破碎对沥青路面路用性能的影响需要进一步研究。

Superpave集料级配的控制要求完全不同于我国沥青路面技术规范的级配范围，主要采用控制点和区来初选级配。控制点的作用主要是避免偏粗、偏细集料的含量过多或过少，一般来说，在控制点范围内的级配由于各种粒径的集料比例合适，在施工中不容易产生离析。区的意义是：一般通过禁区的级配混合料在施工过程中容易产生推移现象，而不易压实，且在路面使用过程中抵抗变形能力较差，同时这种级配的混合料对沥青用量敏感，抗塑性差。

Superpave沥青混合料设计中首先根据交通量的大小选择混合料的压实次数，并依据控制点和禁区来初选粗中细三种级配，再依据旋转压实试验结果来选择级配，然后以4．0％作为混合料的设计空隙率确定沥青用量。Superpave沥青混合料设计根据不同的交通量来确定混合料设计时的室内压实功。

3　uperpave沥青混合料体积性质指标

采用马歇尔设计方法主要依据级配范围确定级配，试验人员的主要任务仅仅是确定级配用油量，没有进行级配的比较和选择。Superpave设计方法虽然最终确定的用油量是根据一定次数的旋转压实下试件空隙率为4％时对应的沥青用量，但它同时必须保持压实混合料在4％空隙率时，VMA、VFA、粉胶比满足要求，而且初始压实度和最终压实度满足要求。

3.1空隙率

superpave规定沥青混合料在设计旋转压实次数时，空隙率为4％对应的沥青用量为最佳沥青油量，这是根据实践和经验得出的。因为一个沥青混合料目标配合比设计空隙率为4％，在路面压实度保证不低于室内压实度的97%时，一般能保证路面的实际空隙率小于7％，同时在实际施工中路面的空隙率一般都能保证大于3％，因此确定设计空隙率为4%是合理的。

空隙率是依据试件的密度和混合料的最大理论密度计算得来的。测定试件的密度，我国规范中有水中重法、蜡封法、表干法和体积法。在Superpave沥青混合料设计中采用表干法，它是合理的。4％空隙率的Superpave沥青混合料试件一般吸水率都小于0.5％，因此，采用表干法测定试件密度是合理的。另外表干法可以进行重复试验。

美国在进行混合料设计时均采用实测最大理论密度。针对江苏的石料我们进行了大量的最大理论密度实测和计算比较，得到如下结论：对于吸水率较小的石灰岩，粗细集料均采用集料的视密度计算得到的混合料最大理论密度与实测的最大理论密度相一致(表1)。这是由于石灰岩和沥青的粘附性较好，其表面的孔隙在沥青混合料中均被沥青占有。在沥青混合料中，集料的体积与计算集料视密度的体积相等，因此采用集料的视密度是合理的。当采用玄武岩时，粗集料采用毛体积密度和视密度的平均值，细集料采用视密度计算出的混合料最大理论密度与实测值接近，这比用SuP公式计算更为精确。见表2。

3.2矿料间隙率(VMA)

矿料间隙率(vMA)是superpave沥青混合料体积设计中的重要指标，适当的矿料间隙率能保证沥青路面有足够的沥青以保证路面具有良好的耐久性，又有足够的空隙率以保证良好的高温稳定性。矿料间隙率过大时为了保证合适的空隙率，势必加入过多的沥青从而造成沥青路面高温稳定性差，矿料间隙率过小造成沥青用量过少而混合料耐久性较差、抗疲劳能力差、使用寿命短。

Superpave设计体系中对矿料间隙率已有明确上、下值规定(见表3)。

VMA在选择级配和确定沥青用量起着一个非常重要的作用，如果一个混合料级配对应的四个用油量VMA存在最小值的凹型曲线，这样的混合料对沥青用量敏感性较小，有利于施工现场控制和质量保证。由图1可知，选择最佳沥青用量4.8％是合理的。

美国Superpave的VMA标准是依据美国的石料制定的，在试验中发现石灰岩能很好地满足美国Superpave级配、VMA等其他体积性质指标，而用玄武岩进行试验时发现这些指标不是很好。因此对于玄武岩如何改变VMA指标要求，还需要进一步的试验研究。

3.3沥青填隙率(VFA)

在Superpave体积设计中对不同的交通条件采用不同的填隙率要求，规范规定AC一1型沥青混合料的填隙率为70％~85％，根据江苏和国外的经验，这个指标对高速公路来说，沥青用量过大，可能会造成沥青混合料高温稳定性较差。在试验中发现SuPerpav。沥青混合料用马歇尔击实仪击实得到的VFA与我国规范相比都偏低，小于70％，因此在我国高速公路中，特别是上面层很有必要将VFA填隙率指标降低。

3.4粉胶比(DP)

初版superpave技术标准中，沥青混合料粉胶比的要求(F／A)为0.6～1.2。美国经过几年的Superpave应用，在新版Superpave技术标准中，将粗级配的粉胶比要求改为(F／A)为0.8～1.6。事实上SMA的粉胶比都较大，一般都在1.5～2.0之间。根据江苏的情况，若粉胶比在0.6～1.0之间，混合料难以压实。目前我们在设计中一般都将Superpave粉胶比控制在1.0～1.5之间，Superpave混合料一般中间集料较多，施工中不易离析，粉料一般能均匀地分布到粗集料之间填充空隙，相反，粉料较少，路面空隙率即使小于7%，路面仍会有较大的渗水性，易造成路面的早期水损害。

3.5最初压实度和最大压实度

在研究中发现，最初压实度指标似乎没有作用，这是因为目前设计的superpave混合料都是用于重交通高速公路，而根据美国的经验，最初压实度指标对于低交通量道路是会起作用的。最大压实度则是一个非常重要的指标，按照我国规范，级配中值用马歇尔方法设计的AC一25I、AC一16I、AK一16A混合料在最大旋转压实次数压实下，空隙率都小于1％，有时空隙率几乎为零，说明这些混合料是不稳定的，抵抗永久变形能力差，而Superpave混合料在最大压实次数压实下，均能满足空隙率>20的要求，抗变形能力强。

4Superpave沥青路面施工及检测评定

Superpave沥青路面的生产配合比的级配尽可能接近目标配合比级配。在实际应用中采用的办法是控制关键筛孔：0.075mm误差±1％，2.36mm误差±2％，4.75mm误差±2%，最大公称尺寸误差±2％，最大尺寸±0％，其他筛孔一般不作具体要求。而在抽提试验中，则以生产配合比级配为准，同时油石比适当放大允许误差范围。由于施工现场没有旋转压实仪，可采用马歇尔击实试验来控制，通常的做法是根据设计过程Superpave混合料对应的马歇尔试验空隙率(±1％)来控制。

Superpave沥青混合料拌和、装卸、运输、摊铺同传统的AC～I型混合料差别不大。但由于粗级配的Superpave混合料粗集料多、细集料少、温度降低快，而且绝大多数Superpave混合料控制高温碾压不会产生摊移现象，因此在施工中要求压路机紧跟摊铺机碾压，同时初压开振。

Superpave沥青路面检测和质量评定可采用我国传统的热拌沥青路面评定标准，需要强调的是必须进行渗水性试验。因为如果仅仅依据空隙率指标来评定的话，有些Superpave沥青路面在7％空隙率是不渗水的，有些则渗水很严重，因为路面的渗水性同沥青混合料级配类型和路面的厚度有关系。