瀝青路面耐久性技術(shù)研討會情況綜述
皖通公司 王昌引
2008年12月5日至7日，交通運輸部公路科學研究院在海南省海口市舉辦了“延長高等級公路瀝青路面耐久性技術(shù)研討會”，來自遼寧、廣東、山東、江蘇、重慶等近20個省市的200余名公路工程方面的代表參加了歷時2天半的技術(shù)研討；交通運輸部公路科學研究院王旭東研究員、江蘇省交通科學研究院賈渝研究員、長安大學申愛琴教授分別作了專題講座。有關(guān)情況現(xiàn)綜述如下，僅供公司同仁參考。
（一）什么是長壽命瀝青路面
1、長壽命瀝青路面是指30—40年不產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性破壞或10—15年方需進行功能性養(yǎng)護（上面層處理）的瀝青路面。該標準比現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范的15年壽命周期翻了一番以上。
2、長壽命瀝青路面與瀝青路面早期損壞的關(guān)系。瀝青路面的早期損壞通常表現(xiàn)為兩種形態(tài)：
（1）路面使用1—2年就需要進行功能性維修、養(yǎng)護（如微表處、銑铇攤鋪等）；
（2）路面達不到設(shè)計年限而進行大規(guī)模的維修、養(yǎng)護。
這兩種形態(tài)反映了路面設(shè)計體系與方法的完善問題和施工管理與質(zhì)量控制問題。
早期損壞與長壽命的關(guān)系可概括為：解決早期損壞，并不一定是長壽命路面（至多是正常設(shè)計使用年限），但長壽命路面則不應(yīng)產(chǎn)生早期損壞。
3、長壽命瀝青路面設(shè)計的本質(zhì)核心，是研究瀝青路面在使用過程中所受到的交通荷載和環(huán)境荷載等因素對路面材料和結(jié)構(gòu)作用的行為規(guī)律和影響規(guī)律，以及這些路面材料和結(jié)構(gòu)對這些作用或影響的響應(yīng)特征，就是作用與反作用的關(guān)系，應(yīng)力與強度的關(guān)系。
（二）修建長壽命瀝青路面的再認識
1、我國高速公路路面結(jié)構(gòu)發(fā)展歷程：
（1）上世紀八十年代末代表性結(jié)構(gòu)為：12—15cmAC+15—25cm半剛性結(jié)構(gòu)層+非整體性結(jié)構(gòu)層。
（2）上世紀九十年代中代表性結(jié)構(gòu)為：16—18cmAC+15—25cm半剛性結(jié)構(gòu)層+20—30cm半剛性底基層。
（3）上世紀九十年代末代表性結(jié)構(gòu)為：16—18cmAC+36—40cm半剛性基層+20—30cm半剛性底基層。
（4）當今路面結(jié)構(gòu)形式主要有：
A、20—24cm瀝青面層+36—40cm半剛性基層+20—30cm半剛性底基層（降低基層強度，加厚瀝青面層）；
B、18—20cm瀝青面層+10—15cm柔性基層+18—20cm半剛性基層+20—30cm半剛性底基層（降低基層強度及厚度，增加柔性基層，加厚瀝青面層）；
C、8—18cm瀝青面層+36—40cm半剛性基層+30—40cm半剛性底基層（提高基層強度及厚度，優(yōu)化瀝青面層設(shè)計）；
D、8—12cm瀝青面層+25—30cm剛性基層+18—20cm半剛性基層+30—40cm半剛性底基層（增設(shè)剛性基層，復(fù)合式結(jié)構(gòu)，減薄瀝青面層）。
2、對當前幾個熱點問題的看法。
（1）關(guān)于柔性基層與半剛性基層的應(yīng)用。柔性與半剛性各有其技術(shù)特點，美國推廣應(yīng)用柔性結(jié)構(gòu)，我國是世界上使用半剛性基層最多的國家，從能源消耗、節(jié)約造價等角度，半剛性基層瀝青路面有其必然的應(yīng)用前景。80年代歐洲針對復(fù)合路面結(jié)構(gòu)、90年代美國針對柔性基層結(jié)構(gòu)、21世紀我國針對半剛性基層結(jié)構(gòu)，對長壽命路面結(jié)構(gòu)進行了研究。
（2）關(guān)于彎沉指標與應(yīng)變設(shè)計指標問題。對同一個力學模型，彎沉指標與應(yīng)變指標是等效的。彎沉指標存在不完善之處，但“看得見、摸得著”，是目前唯一與理論模型建立聯(lián)系且便于施工質(zhì)量控制的指標，應(yīng)變指標則不然。
（3）關(guān)于技術(shù)標準。當前半剛性材料設(shè)計存在一個誤區(qū)，即低強度高模量問題。實際上，強度與模量成正相關(guān)關(guān)系，不存在低強度、高模量的材料，參見下表。
|
指標 |
強度要求（MPa） |
抗壓模量（MPa） |
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2006年版 |
3.5--4.5 |
1100--1700 |
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1997年版 |
3--5 |
1100--1700 |
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京津塘及“八五” |
3--4 |
900--1200 |
|
1986年版 |
〉3 |
400--500 |
3、我國瀝青路面存在的主要技術(shù)問題。
（1）車轍、剪切問題。重載交通路段、長大縱波路段、廣場、路口等易發(fā)，荷載作用狀態(tài)、材料在荷載作用下的力學響應(yīng)狀態(tài)、環(huán)境疲勞對材料衰減的影響尚不十分明確，結(jié)構(gòu)組合狀態(tài)對路面抗車轍能力的提高在理論上存在誤區(qū)。
（2）水損壞問題。表現(xiàn)形式通常是橋面鋪裝損壞、中下面層松散、坑槽與唧漿等，涉及宏觀的防、排水設(shè)計，橋面鋪裝中防水與粘結(jié)，瀝青混合料密實程度及瀝青與礦料間狀態(tài)的評價，水荷載疲勞作用對界面狀態(tài)影響的分析、環(huán)境老化作用對界面狀態(tài)影響的分析等問題。
（3）承載能力不足問題。表現(xiàn)形式主要是彎沉偏大、不均勻沉降、縱向裂縫等。涉及結(jié)構(gòu)強度的標準、不同結(jié)構(gòu)形式下交通荷載的作用規(guī)律和結(jié)構(gòu)響應(yīng)規(guī)律、不同路面結(jié)構(gòu)形式的強度演化規(guī)律、環(huán)境因素對結(jié)構(gòu)強度演化的影響等問題。
（4）裂縫問題。
（三）當前長壽命瀝青路面的主要技術(shù)對策
1、系統(tǒng)功能化設(shè)計。各結(jié)構(gòu)層按下述功能要求進行設(shè)計：
（1）瀝青面層，為功能層，主要作用是抗滑、抗剪、抗疲勞和抗水損壞。
（2）基層、底基層，為承重層，主要作用是抗疲勞。
（3）基層、墊層，為穩(wěn)定層，主要起荷載穩(wěn)定、水穩(wěn)定作用。
2、完善半剛性基層及底基層設(shè)計。
（1）半剛性基層材料的級配設(shè)計：不存在嚴格工程意義上的骨架密實結(jié)構(gòu)；碎石含量不宜多于65%，應(yīng)控制在60%--65%之間；必須嚴格控制各檔級配。
（2）半剛性基層抗壓強度：當前基層強度的均值水平過高，代表值水平偏低，變異水平偏大，是造成高速公路基層耐久性不足、瀝青面層多種病害普發(fā)的主要原因之一；與其說基層強度高容易引發(fā)瀝青面層開裂，倒不如說是基層強度不均勻?qū)е聻r青面層大量產(chǎn)生反射裂縫。
（3）改進半剛性基層施工工藝：單一粒級篩分，或等同于中下面層瀝青混合料用料；四檔以上備料；二階段拌和；拌和機稱量計重；羊足碾施工底基層。
3、加強層間結(jié)合設(shè)計。
瀝青面層與半剛性基層的層間結(jié)合，對改善瀝青面層使用品質(zhì)、減少病害、延長使用壽命意義重大�；鶎拥那鍧嵍仁腔鶎淤|(zhì)量的標準之一；基層應(yīng)保持干燥、干凈、無松動的要求；基層清掃是路面施工的必要工序；用1mm瀝青混凝土的造價，發(fā)揮2--3cmAC的作用。
4、優(yōu)化瀝青面層結(jié)構(gòu)設(shè)計。
（1）骨架嵌擠型瀝青混合料的設(shè)計、應(yīng)用。
混合料級配的構(gòu)成是混合料配合比設(shè)計的基礎(chǔ)，也是工程應(yīng)用的基本單元；無論何種配合比設(shè)計方法，都要解決兩個問題：選擇、優(yōu)化、確定混合料礦料的級配關(guān)系，確定混合料的油石比（瀝青用量）；不同的礦料由于品種、加工方式、顆粒形狀不同，不應(yīng)有固定的級配關(guān)系（曲線）；不同類型級配存在曲線交叉、范圍重疊，說明混合料級配的復(fù)雜性；當采用某種礦料摻配級配時，可能表現(xiàn)為密實型，也可能為半開級配，可能為懸浮結(jié)構(gòu)，也可能為骨架結(jié)構(gòu)；因此，不能根據(jù)級配曲線選擇礦料，而應(yīng)根據(jù)礦料特點和性能要求來確定級配曲線；在實際工程中，應(yīng)根據(jù)自身的礦料特點對級配進行優(yōu)化，達到性能最佳狀態(tài)；級配優(yōu)化的方法國內(nèi)外還在研究，尚未有一個成套的技術(shù)對策。
（2）級配優(yōu)化的基本思路。
第一步：選擇級配曲線。以提高混合料抗車轍能力、抗水損壞能力、抗裂能力以及提高抗疲勞能力為目標；粗集料、斷級配、骨架密實型結(jié)構(gòu)為目標級配；粗集料——碎石含量高，不少于65%；斷級配——替代傳統(tǒng)連續(xù)性級配，改善性能；骨架結(jié)構(gòu)——形成骨架或近似骨架結(jié)構(gòu)；密實結(jié)構(gòu)——空隙率應(yīng)不大于5%。
第二步：混合料性能驗證。試驗方法：馬歇爾擊實試驗方法，維姆法試驗方法，旋轉(zhuǎn)壓實試驗方法（SUPERPAVE），GTM試驗方法（美國工程兵），各種方法各有特點，以可靠、簡便、便于使用為標準選擇；驗證步驟：確定混合料的油石比（瀝青用量），進行相關(guān)的高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性、低溫性能等相關(guān)試驗。
（3）改性瀝青的合理使用。當前使用的“改性”瀝青主要有：傳統(tǒng)的聚合物改性瀝青，橡膠瀝青、湖瀝青、巖瀝青、添加劑（抗車轍劑）。明確使用目的：以抗車轍為主。
（4）面層厚度的優(yōu)化。我國目前瀝青混凝土面層的厚度，在國際上已不算薄�！皬娀∶妗鞭D(zhuǎn)為“強基厚面”。瀝青面層厚掩蓋了許多問題。瀝青面層到底應(yīng)多厚，與設(shè)計理念直接相關(guān)。
（四）Superpave技術(shù)的最新進展
1、Superpave技術(shù)的起源
Superpave即高性能瀝青路面，是美國聯(lián)邦公路局SHRP瀝青項目研究的主要成果，是瀝青路面技術(shù)的里程碑。該研究起步于1987年，1993年基本完成，2005年形成完整的技術(shù)體系，已成為美國熱拌瀝青路面標準的常規(guī)實踐，是一項成熟的技術(shù)。
2、Superpave技術(shù)的主要內(nèi)容：
（1）瀝青膠結(jié)料PG性能規(guī)范，包括Superpave材料規(guī)范、技術(shù)規(guī)范。
（2）瀝青混合料設(shè)計方法，包括Superpave的集料、瀝青、混合料的試驗方法，Superpave標準實踐。
（3）瀝青混合料分析和性能預(yù)測，重點介紹了Superpave旋轉(zhuǎn)壓實機應(yīng)用方法與標準。
3、Superpave技術(shù)在江蘇省的應(yīng)用情況
（1）為引進Superpave技術(shù)，江蘇省交通廳成立了由副廳長錢國超為負責人的科研工作班子，于2005年與美國聯(lián)邦公路局簽署了加強合作備忘錄，開展了合作研究。
（2）滬寧高速公路8車道擴建工程全線248km中下面層全部使用了Superpave技術(shù)。
（3）SMA13+Sup20+Sup25組合已成為江蘇省高速公路瀝青路面的最為典型的結(jié)構(gòu)之一。
（4）江蘇省已將Superpave技術(shù)列入地方規(guī)范。
（五）法國硬質(zhì)瀝青和高勁度模量混合料設(shè)計、開發(fā)和應(yīng)用
1、硬質(zhì)瀝青的界定
硬質(zhì)瀝青是指10#--20#或者針入度是15—25或20—30或35—50+添加劑的瀝青。30#以上的為普通道路瀝青。
2、高模量混合料的特征
硬質(zhì)瀝青；高瀝青含量（≈6%）；連續(xù)級配；低空隙率。
3、高模量混合料設(shè)計步驟
選擇并確定成分（級配及膠結(jié)料含量）----壓實性試驗（旋轉(zhuǎn)壓實機）-----水敏感性試驗（多樂士試驗）----Retting車轍試驗----模量試驗----疲勞試驗----模式選擇。
4、我國高模量瀝青混合料研究現(xiàn)狀
（1）遼寧省交科院主要從研發(fā)高模量瀝青混凝土外加劑和低標號瀝青兩個方面開展了相關(guān)研究；
（2）華南理工大學與科氏公司開展了“瀝青路面車轍病害”課題，主要從SBS瀝青分子量、改性機理方面開展了相關(guān)研究；
（3）長安大學從瀝青混合料外加劑的方面進行了試驗研究；
（4）江蘇省交科院結(jié)合阿爾及利亞東西高速公路的施工開展了高模量瀝青混合料的研究；
（5）江蘇省交科院在寧常高速公路上開展了基于半剛性基層的高模量瀝青混合料的應(yīng)用研究，在中下面層采用高模量瀝青混合料抵抗車轍，鋪筑了試驗路，目前使用效果良好。
（六）我國高速公路瀝青路面現(xiàn)狀
據(jù)統(tǒng)計，在我國所建高速公路中，瀝青路面比例達到了90％以上。在瀝青路面快速發(fā)展的同時，出現(xiàn)的問題也越來越多，主要體現(xiàn)在三個方面：一是損壞時間早，有的建成后1～2年就出現(xiàn)了不同程度的開裂和車轍等破壞現(xiàn)象，個別路段通車當年就出現(xiàn)了大面積損壞，遠遠達不到設(shè)計壽命；二是損壞范圍廣，全國各地都出現(xiàn)了過早破壞；三是損壞程度重，有的損壞不是局限在瀝青表面層，基層也發(fā)生損壞。
（七）瀝青混凝土路面的主要病害
從目前調(diào)查統(tǒng)計的情況來看，瀝青混凝土的病害包括裂縫、車轍、擁包、泛油、坑槽、剝落、松散、老化、水損害、疲勞等破壞，出現(xiàn)最多的是裂縫和車轍兩大類。
（八）瀝青路面裂縫形式及產(chǎn)生原因
我國高速公路瀝青路面大部分采用的是半剛性基層，半剛性基層瀝青路面裂縫表現(xiàn)形式可以分為橫向裂縫、縱向裂縫和網(wǎng)狀裂縫三種類型：
1、橫向裂縫。
橫向裂縫是基本上垂直于行車方向的裂縫，包括溫縮裂縫及半剛性基層瀝青路面的反射裂縫。橫向裂縫產(chǎn)生的主要原因有：
（1）很大程度上與瀝青面層本身溫度收縮引起有關(guān)，其次是半剛性基層干縮引起，沿縱向基本等距且有規(guī)律的產(chǎn)生橫向裂縫。
（2）路基填挖結(jié)合部壓實不夠，或縱坡較大處，呈現(xiàn)錯動式路面開裂。
（3）各施工標段路基銜接處的壓實不均勻。
2、縱向裂縫
縱向裂縫分為自上而下的表面裂縫和自下而上的疲勞裂縫，基本上平行于道路中心線，一般發(fā)生在距路邊緣3～5m的車道內(nèi)。裂縫形狀有兩種，一種是直線形，另一種是縱向弧形且兩端向路堤邊緣延伸。其產(chǎn)生的原因是：
（1）荷載作用過大，承載力不足引起的縱向開裂。
（2）由于瀝青面層分幅攤鋪時施工縱向接縫沒有做好產(chǎn)生的裂縫。
（3）路基壓實度不均勻或由于路基邊緣受水侵蝕產(chǎn)生不均勻沉陷而引起的裂縫。
3、網(wǎng)狀裂縫
網(wǎng)狀裂縫是由單根裂縫發(fā)展而引起的。其產(chǎn)生原因有：
（1）路面的整體強度不足而產(chǎn)生裂縫。
（2）路面開始出現(xiàn)裂縫后未及時封填，致使水分滲入下層，尤其是在融雪期間凍融交加，會加劇路面的破壞，促使網(wǎng)狀裂縫形成。
（3）瀝青在施工期間以及在長期使用中的老化所致。
（九）瀝青路面裂縫處置技術(shù)
1、基于材料方面的裂縫處置技術(shù)
主要是通過降低半剛性基層的剛度、同時提高瀝青面層的抗裂能力而實現(xiàn)的。具體措施有：
（1）在半剛性基層材料組成設(shè)計中使用密實骨架結(jié)構(gòu)。
（2）在半剛性基層材料中摻加纖維，增加其抗裂性能。
（3）采用(SBS、SBR)改性瀝青增強瀝青路面抗裂性能。
2、基于路面結(jié)構(gòu)的裂縫處置技術(shù)
基于路面結(jié)構(gòu)方面的裂縫防治措施主要通過瀝青面層和半剛性基層之間加一層應(yīng)力吸收層以吸收半剛性基層裂縫，用以延緩半剛性基層裂縫向瀝青面層發(fā)展。具體措施有：
（1）半剛性基層預(yù)切縫處理
這種方法在法國等歐洲國家使用的比較多，預(yù)先留有切縫，釋放其內(nèi)部能量，可以減少半剛性基層在其后使用過程中出現(xiàn)的干縮現(xiàn)象，從而預(yù)防瀝青層出現(xiàn)裂縫，其目的在于：減少面層反射裂縫的產(chǎn)生或者說延長裂縫間距；減少瀝青面層龜裂、網(wǎng)裂、坑槽等病害。
（2）采用土工合成材料作為應(yīng)力吸收層
國外自70年代以來廣泛使用，多用于具有嚴重裂縫的舊瀝青路面或水泥路面上加鋪新瀝青罩面層時，作中間防裂層。其防裂效果有好有壞，所用織物多為紡織尼龍、無紡聚丙烯玻璃纖維等幾種，其中無紡聚丙烯（petromat）用得最多。土工織物成本高、施工工藝復(fù)雜，尤其是瀝青混合料高溫攤鋪易使其變形等均影響其效果。但是，經(jīng)過長安大學課題組的研究表明，在半剛性基層上鋪設(shè)土工格柵或在基層預(yù)切縫后鋪筑土工布會有效的預(yù)防半剛性基層的反射裂縫和疲勞裂縫，從而降低面層瀝青結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的幾率，延長路面的使用壽命。
（3）采用復(fù)合式基層（半剛性基層上為級配碎石或ATB基層）
該措施在國外使用的比較多，歐美大多數(shù)國家均采用這種基層組合方式。國內(nèi)許多科研院所也對該類型路面結(jié)構(gòu)進行了研究，并鋪筑了試驗段，效果較好。
（十）瀝青路面車轍防治技術(shù)
車轍是瀝青路面使用期內(nèi)主要破壞形式之一，是指路面的結(jié)構(gòu)層及土基在行車荷載作用下的補充壓實，以及結(jié)構(gòu)層材料的側(cè)向位移產(chǎn)生的累積永久變形。路面上出現(xiàn)車轍，嚴重影響路面的使用和服務(wù)品質(zhì)：路表過量的變形影響路面的平整度；輪跡處瀝青層厚度減薄，削弱了面層及路面結(jié)構(gòu)的整體強度；雨天車轍內(nèi)積水導(dǎo)致車輛出現(xiàn)漂滑，影響高速行車的安全性；在冬季車轍槽內(nèi)聚冰，降低路面的抗滑能力，行車產(chǎn)生冰滑現(xiàn)象；車輛在超車或變換車道時方向易失控，影響車輛的操縱穩(wěn)定性。
1、車轍類型及形成原因分析
在正常情況下，瀝青路面發(fā)生的車轍有三種類型，分別是磨損性車轍、結(jié)構(gòu)性車轍和失穩(wěn)性車轍。
(1)磨損性車轍是由于道路面層材料的不斷磨損引起的。通常是由于劣質(zhì)的HMA、施工時HMA壓實不足或者使用帶釘輪胎等原因造成的。磨損性車轍兩側(cè)的路面不會出現(xiàn)擁包，車轍處表面構(gòu)造有些松散且車轍寬度相當窄。
(2)結(jié)構(gòu)性車轍是由于荷載傳播擴散后仍超過路面各層的強度，發(fā)生在瀝青面層以下包括路基在內(nèi)的各結(jié)構(gòu)層的永久變形。很多結(jié)構(gòu)性車轍發(fā)生在下臥層路基上，尤其當路面厚度不足以充分分散交通負荷時。結(jié)構(gòu)性車轍的橫斷面寬度通常相當寬，車轍呈U形或V字形，最大變形發(fā)生在車轍正中心或接近中心處，且車轍兩側(cè)無明顯擁包。
(3)失穩(wěn)性車轍是指在高溫條件下，車輪碾壓的反復(fù)作用，荷載產(chǎn)生的剪應(yīng)力超過路面的抗剪強度，使流動變形不斷累積，逐漸形成的瀝青混凝土的側(cè)向流動變形。這種車轍主要取決于瀝青混合料的流動特性，是行車軌跡區(qū)域下面的一層或多層HMA被剪切移動的結(jié)果。失穩(wěn)性車轍通常伴隨著兩側(cè)隆起現(xiàn)象，對主要行駛雙輪車的路段，車轍斷面呈W形，且從較窄到中等車轍寬度。它容易發(fā)生在上坡路段、交叉口、彎道附近，即車速慢、輪胎接地產(chǎn)生的橫向應(yīng)力大的地方。此類車轍又可分為：面層失穩(wěn)型車轍，由中下面層抗剪能力不足所引起；基層失穩(wěn)性車轍，產(chǎn)生的主要原因是基層承載力不夠或水穩(wěn)性差，主要特征是車轍內(nèi)有唧漿現(xiàn)象；路基失穩(wěn)性車轍，產(chǎn)生的主要原因是路基不均勻沉降，主要特征是車轍內(nèi)有縱向裂縫，在山區(qū)瀝青路面的車轍破壞中，這種車轍占多數(shù)；壓密性車轍，此類車轍在國外很少見，但在我國卻經(jīng)常發(fā)生，是由于瀝青面層通車后被壓密造成的，尤其是有些高速公路施工時沒有被充分地壓實，也有些是片面追求平整度，在降低溫度后碾壓，造成壓實度不足，致使通車后的第一個高溫季節(jié)混合料繼續(xù)壓密（比正常情況嚴重）而形成車轍，這是由于施工不良所造成的。
2、影響車轍產(chǎn)生的因素及對策
（1）瀝青混合料的影響
一般認為瀝青對車轍的貢獻率可達40％，非瀝青因素占貢獻率的60％，主要是瀝青混合料的組成結(jié)構(gòu)，它是原材料、級配和工藝的函數(shù)，關(guān)鍵在于骨架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,因此在瀝青混合料中，影響車轍的因素主要有以下幾個方面：瀝青性能對車轍的影響；礦料及礦料級配；瀝青用量；空隙率。
A、瀝青的針入度和粘度。瀝青的針入度愈小，混合料的粘結(jié)力愈大，瀝青混合料的抗車轍能力就越強。瀝青的粘度愈高，稠度愈大，混合料的強度和抗車轍能力就愈大。90號石油瀝青的車轍深度平均為70號石油瀝青混凝土的1.75倍。另外，在規(guī)定瀝青標號范圍內(nèi)使用較稠的瀝青可以提高瀝青混凝土的抗車轍能力。
B、瀝青的感溫性。瀝青的感溫性是指瀝青粘度隨溫度變化而變化的程度。瀝青的感溫性越小，高溫時瀝青混合料的粘結(jié)力越強，抗車轍能力也越大。因此，使用溫度穩(wěn)定性好的瀝青是提高瀝青混凝土溫度穩(wěn)定性和抗剪強度的重要措施。
C、礦料。礦料質(zhì)量的好壞直接影響到瀝青混合料的強度，增加礦料顆粒間的嵌鎖作用和內(nèi)摩擦角可以提高瀝青混凝土的抗剪穩(wěn)定性。礦料的級配組成、礦料顆粒的形狀和表面性質(zhì)都影響瀝青混凝土的內(nèi)摩擦角。在整個礦料混合料中，對瀝青混凝土溫度穩(wěn)定性影響最大的是礦粉。用石灰?guī)r和某些冶金礦渣制的礦粉的瀝青混凝土有較高的溫度穩(wěn)定性。用石英質(zhì)礦粉和粉煤灰做礦粉的瀝青混凝土的溫度穩(wěn)定性差。當使用人工砂取代天然砂時，能大大提高瀝青混合料的抗車轍能力。
D、礦料級配。礦料級配對混合料高溫穩(wěn)定性起重要作用。國內(nèi)外的許多研究表明，中粒式混合料的抗車轍性能要比粗粒式的好，這是因為太粗的集料在混合料中處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，在汽車輪胎的揉搓作用下反而容易變形和流動。因此，單純增大礦料的粒徑并不一定能提高混合料的高溫穩(wěn)定性，而良好的級配和最大的密實度卻能增加礦料的嵌擠力而提高混合料的高溫抗車轍能力，因此要嚴格控制礦料級配。
E、瀝青用量。車轍試驗和馬歇爾試驗相比，也存在一個最佳瀝青用量。瀝青用量過小或過大都會降低瀝青混合料的動穩(wěn)定度。對于AC一2OF瀝青混合料，用瀝青含量分別為4.1、4.4、4.7制作試件，進行車轍試驗。其車轍試驗結(jié)果的動穩(wěn)定度分別是950次／mm、1080次／mm、870次／mm。討論瀝青用量的多少實際上是討論瀝青膜的厚度，而影響瀝青膜厚度的因素除瀝青用量自身外，最顯著的是礦粉的用量及粉膠比，一般認為密級配瀝青混凝土的粉膠比不宜小于1。
F、空隙率。如果混合料的空隙率過小，使得混合料內(nèi)部留有足夠的空隙來“吸收”材料的流動部分，這勢必造成混合料外部的整體變形，由此便易于形成車轍。因此，對混合料的空隙率應(yīng)提出低限。大量的室內(nèi)及試驗路研究表明，瀝青混合料的空隙率不得小于3％。當然，空隙率也絕非越高越好，應(yīng)根據(jù)道路條件及要求壓實度等論證確定。新的規(guī)范規(guī)定在一般情況下的設(shè)計空隙率是3%～5%，而在預(yù)計有可能產(chǎn)生車轍變形的路段，空隙率宜適當提高到4%～6%范圍內(nèi)，以減少瀝青用量，然后在施工時加強碾壓，將增大的1%空隙壓回去。
G、路面結(jié)構(gòu)。我國瀝青路面的主要結(jié)構(gòu)形式為柔性基層瀝青路面（瀝青層較厚）和半剛性基層瀝青路面（瀝青層較�。�。據(jù)國外長壽命路面資料顯示：瀝青層厚小于180mm時，車轍率較大；瀝青層厚度大于180mm時,車轍速率會迅速降低。而對厚瀝青面層道路的調(diào)查表明，車轍的大部分主要發(fā)生在瀝青層表面，其車轍的產(chǎn)生不會引起路面結(jié)構(gòu)性破壞。有關(guān)室內(nèi)環(huán)道試驗表明：當路基為砂土材料時，面層厚度對車轍影響很大，面層較薄時車轍較深，而且主要是由路基的變形引起的，面層較厚時，路基變形很小或者基本不產(chǎn)生車轍；當路基為剛性、半剛性等強度、剛度較大的材料時，宜采用薄瀝青面層，面層越厚車轍越深，面層越薄車轍越淺；而當路基和基層材料強度、剛度較弱時，應(yīng)適當增加面層厚度，以減輕車轍深度。在路面組合設(shè)計中，應(yīng)選用合理的結(jié)構(gòu)形式以減輕車轍的出現(xiàn)。
H、交通荷載。瀝青路面的流動型車轍，主要是瀝青混合料的高溫抗剪能力不足造成的。隨著荷載的增加，尤其是超載的影響，瀝青混合料內(nèi)部的剪應(yīng)力將逐漸增加，剪應(yīng)力的作用深度也將逐漸增加。根據(jù)國外的資料，通常面層表面以下5～10㎝是產(chǎn)生車轍的主要區(qū)域。
一定溫度條件下，車轍動穩(wěn)定度與輪胎的接地壓強呈對數(shù)關(guān)系變化。現(xiàn)行瀝青路面設(shè)計標準軸載的標準輪壓為0.7Mpa，如果實際汽車荷載的輪壓比這還小的話，動穩(wěn)定度急劇增大，對產(chǎn)生車轍的影響就小得多；反之，如果汽車荷載的輪壓大于0.7MPa，動穩(wěn)定度將急劇減小，對產(chǎn)生車轍的影響就大得多。
I、溫度。我國大量發(fā)生車轍的高速公路，最一致的特點是發(fā)生在夏季高溫季節(jié)，有時僅僅發(fā)生在最高氣溫的幾天里，而低于某個溫度，路面幾乎不發(fā)生流動變形。因此美國Superpave的瀝青混合料的PG分級采用一年中最高的“七天最高路面溫度”作為高溫特征的分級指標，它是指瀝青路面表面下20mm深位置的混合料溫度。
J、環(huán)境因素。道路的環(huán)境條件對瀝青路面的高溫穩(wěn)定性有直接的影響。夏天的持續(xù)高溫常使瀝青路面過于軟化，而導(dǎo)致路面的變形加劇。交通量的猛增，尤其是載貨及超載車輛的增加也加劇了路面的車轍破壞；道路的大長陡坡，促使車輛的速度降低，也會造成路面的車轍。
K、施工質(zhì)量。瀝青混合料的溫度對施工現(xiàn)場混合料的壓實非常重要。瀝青面層功能的優(yōu)劣、是否產(chǎn)生早期破壞以及使用壽命的長短，都與現(xiàn)場混合料的壓實度和空隙率有關(guān)。
L、面層集料的選擇。采用堅硬、粗糙、形狀接近立方體、潔凈的粗細集料。石料針片狀含量應(yīng)嚴格控制在15％以下，一般不宜超過10％。上面層石料壓碎值應(yīng)控制在24％以下，中、下面層石料壓碎值應(yīng)控制在26％以下。應(yīng)選用反擊式或錘式破碎機加工的碎石，不得采用顎式破碎單機加工的碎石；石屑應(yīng)嚴格控制粉塵含量和砂當量。
M、瀝青膠結(jié)材料的選擇。應(yīng)根據(jù)工程所在地的氣候條件、交通量情況，選用高溫、低溫性能良好的優(yōu)質(zhì)瀝青或改性瀝青，一般選擇高質(zhì)量、高粘度的重交通道路瀝青，在高速公路瀝青上面層應(yīng)優(yōu)先選用改性瀝青或改性瀝青混凝土。根據(jù)瀝青路面各層的功能和作用，上面層宜選用高溫、低溫性能均好，并耐老化瀝青；中面層選用熱穩(wěn)性好的瀝青，下面層選用抗疲勞、熱穩(wěn)性好的瀝青或選用稠度高一級的瀝青。為了使得瀝青路面具有更好的高溫抗車轍性能，國內(nèi)外許多專家提出采用高模量改性瀝青，其與普通改性瀝青比較有下述特點：動態(tài)模量提高，表明高模量瀝青彈性變形能力較好；損失模量提高，表明產(chǎn)生相同變形時，需要外力功更大，即輪載壓力更大或相同輪載時需要更長的荷載持續(xù)時間；車轍因子提高，表明高模量瀝青對車轍抵抗能力增強。曾對國內(nèi)山區(qū)高速公路使用較廣的AC-20和AK-13混合料使用高模量改型瀝青，對比發(fā)現(xiàn)使用高模量瀝青的混合料動穩(wěn)定度均明顯高于普通瀝青。
N、瀝青面層結(jié)構(gòu)設(shè)計。結(jié)構(gòu)設(shè)計原則：上面層應(yīng)綜合考慮高溫抗車轍、低溫抗開裂、抗滑的需要；中面層應(yīng)重點考慮抗車轍能力；下面層重點考慮抗疲勞開裂性能、密水性等。結(jié)構(gòu)推薦：建議高速公路瀝青路面上面層采用SMA-13或SMA-16型結(jié)構(gòu)，中面層采用AC-20型結(jié)構(gòu)，下面層采用AC-25ATB-25、ATB-30型結(jié)構(gòu)。若條件許可，中、下面層可采用Superpave結(jié)構(gòu)；各瀝青層之間必須設(shè)置粘層，粘層油宜采用快裂或中裂乳化瀝青、改性乳化瀝青，粘層油品種和用量應(yīng)根據(jù)下層瀝青混合料的類型通過試撒確定。為了提高路面結(jié)構(gòu)的抗車轍能力，國內(nèi)近幾年新建的高速公路傾向于采用Superpave路面。使用結(jié)果表明，Superpave路面較傳統(tǒng)的以AC為主的路面具有良好的抗車轍能力。國內(nèi)許多山區(qū)高速公路為了提高上面層的抗滑性以及抗車轍性能，普遍采用SMA作為上面層結(jié)構(gòu)，取得了良好的效果。而國外一些研究表明，起主抗車轍作用的中面層采用SMA替代傳統(tǒng)的AC會取得更好的效果。國內(nèi)許多省份都試驗采用了長壽命瀝青路面來提高路面抵抗結(jié)構(gòu)性變形破壞的能力。如早期的江蘇沿江高速，河南地區(qū)，還有近幾年的山東濱州地區(qū)、河北邯鄲地區(qū)和吉林的長琿高速公路都在對長壽命瀝青路面開展研究。研究結(jié)果表明，長壽命瀝青路面可以提高路面抵抗結(jié)構(gòu)性破壞的能力，能提高路面的抗變形能力。
二、幾點體會
（一）瀝青路面耐久性關(guān)乎瀝青路面的使用壽命，應(yīng)當予以足夠重視。
交通部公路科學研究院此次舉辦的研討會以“延長高等級公路瀝青路面耐久性”為主題，來自全國近20個省市的近200名代表自始至終參加了研討，說明瀝青路面耐久性的嚴重不足已形成了全國范圍內(nèi)廣泛關(guān)注的一個共性問題。以我公司最早建成的三條瀝青路面高速公路為例，2001年7月建成的合徐南高速（112km）、2002年7月建成的連霍高速（54km）、2002年9月建成的合安高速（153km），主要因為超載車輛的影響，在通車后不久都出現(xiàn)了裂縫、車轍等病害，不僅持續(xù)進行了功能性養(yǎng)護修復(fù)（以微表處為主），而且結(jié)構(gòu)性維修養(yǎng)護（以銑铇攤鋪為主）工作量也越來越大�？梢哉f，瀝青路面的耐久性問題已經(jīng)顯現(xiàn)出來。這一問題的存在和發(fā)展，不僅使養(yǎng)護投入的需求增加進而直接加大了公司的經(jīng)營成本，而且對道路通行能力以及道路的使用壽命造成了一定的負面影響，如不加以高度重視，很可能重蹈水泥混凝土路面養(yǎng)護管理曾經(jīng)出現(xiàn)的問題并被社會各界普遍關(guān)注的覆轍。
（二）瀝青路面耐久性問題解決的關(guān)鍵，是高速公路新建時設(shè)計和施工質(zhì)量的有效控制。
此次的研討會使我們進一步認識到，瀝青路面的耐久性之所以出現(xiàn)問題，原因是多方面的，既受荷載、氣侯等環(huán)境因素的影響，也受施工管理、施工質(zhì)量變異性控制等工程要素的制約，更與路面結(jié)構(gòu)設(shè)計理念、設(shè)計方法息息相關(guān)，而且后兩者的影響力是原發(fā)性的、根本性的。2004年10月份之前，省內(nèi)一些高速公路因大量超載車輛的行駛和夏季高溫導(dǎo)致瀝青路面出現(xiàn)了車轍現(xiàn)象，但這種現(xiàn)象的存在是局部的、不是整條路均衡出現(xiàn)的，反映了施工質(zhì)量和施工變異性控制的差異性。換句話說，施工質(zhì)量變異性控制的好的，即使面對同樣的荷載和高溫，也可以避免車轍的出現(xiàn)。2004年10月全省范圍內(nèi)實行了載貨汽車計重收費政策，至2008年度，我省北網(wǎng)超重30%以上的車輛只占總量的5.97%，應(yīng)該說，車輛嚴重超限超載現(xiàn)象得到了有效遏制，超載問題已不是路面病害的主要成因。但某些路段仍不斷出現(xiàn)裂縫、車轍等病害，通過這兩年的養(yǎng)護實踐我們發(fā)現(xiàn)，這是由于半剛性基層--水泥穩(wěn)定碎石裂縫反射至面層為主要原因所導(dǎo)致的，說明了路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的深層次原因。但據(jù)了解，公司去年建成通車的高速公路基本上是密實級配瀝青混凝土加水泥穩(wěn)定碎石半剛性基層的結(jié)構(gòu)，與以前通車的合徐南、合安大體一致。目前，很多省份都在下大力氣研究、調(diào)整新建高速公路瀝青路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計思路和方法。例如，江蘇寧滬高速擴建后的中下面層就采用了Superpave技術(shù)；山東省交科院對用大粒徑瀝青碎石代替半剛性基層進行了深入研究，并已應(yīng)用于合徐南高速、合安高速部分路段的養(yǎng)護中。有見如此，我們應(yīng)結(jié)合項目工程實際研究、吸收、應(yīng)用一些新的設(shè)計理念和方法，同時進一步加強施工質(zhì)量特別是施工變異性的控制，使建設(shè)、養(yǎng)護特別是養(yǎng)護中發(fā)現(xiàn)的問題能夠在建設(shè)期得到妥當?shù)慕鉀Q，以從根本上解決瀝青路面耐久性不足的問題。
（三）瀝青路面耐久性問題的治本之策，在于結(jié)合實際開展的科研工作的力度及科研成果的有效應(yīng)用。
瀝青路面大規(guī)模應(yīng)用于高速公路在我省乃至全國也只有十年左右的時間，瀝青路面的設(shè)計、施工、材料等專項技術(shù)的研究和應(yīng)用一直在探索中發(fā)展，交通部公科院，有關(guān)大學，江蘇省、遼寧省、山東省等省的公路科學研究機構(gòu)在這方面的投入與成果比較顯著。應(yīng)該說，公司的科研工作一直很得較緊，安排了很多科研課題，成果也不少，有的還在國家、省內(nèi)獲得了獎項，現(xiàn)在的關(guān)鍵是要在這些成果的應(yīng)用上持續(xù)加大力度。公司上下現(xiàn)有正高級、高級工程師幾十人、中級職稱的更多，具有了較為雄厚的技術(shù)實力，如能有效整合資源，在廣泛、充分借鑒、吸收交通部公科院、有關(guān)大學和其他兄弟省份的科研成果和實踐經(jīng)驗的同時，建立健全公路工程建設(shè)與養(yǎng)護技術(shù)的綜合性科研機構(gòu)，加大科研經(jīng)費的投入，從公司高速公路建設(shè)與養(yǎng)護的實際需要出發(fā)確定科研攻關(guān)課題，使中高級技術(shù)人才在建設(shè)、養(yǎng)護的日常管理上和科研方面均能發(fā)揮重要作用，那么，公司就能夠為瀝青路面養(yǎng)護高峰期的到來提前做好智力和技術(shù)準備，這也是學習實踐科學發(fā)展觀、構(gòu)建和諧高速、實現(xiàn)公司可持續(xù)健康發(fā)展的現(xiàn)實需要。 |
