对高速公路沥青路面面层若干问题的思考

高速公路沥青路面的建设质量和建设水平，不仅代表一个地区沥青路面的科研水平、施工水平和建设管理水平，同时也代表一个地区的社会经济发展程度，也是一个地区重要的对外形象。江苏省是经济文化强省，“九五”期间江苏省高速公路沥青路面的科研、设计、施工、监理、管理等综合技术水平处于全国领先地位。然而与发达国家相比，我省高速公路沥青路面在科学研究、施工组织和建设管理等方面还存在不少问题，特别是在原材料质量技术指标，沥青混合料矿料级配及混合料试验技术指标方面存在明显的不足。
　　1　原材料
　　1.1　沥青
　　沥青的品质是影响沥青路面质量和使用寿命的一个关键因素。适宜的沥青不仅能延缓沥青路面的疲劳、低温开裂，还能防止沥青路面因重载和高温作用产生过深的车辙。选择沥青的依据是：交通量、气候环境条件、石料与沥青粘附性和混合料抗水害试验结果。依据的沥青技术标准通常有两种：沥青PG等级和针入度等级标准。目前我国采用的是沥青针入度等级标准，然而针入度标准中的一些沥青技术指标同沥青路面使用性能的关系还不是很清楚，因此针入度等级的沥青技术指标还需要进一步研究。另外，改性沥青的应用越来越多，虽然改性沥青与普通沥青相比使用效果好，但其价格昂贵。因此，什么样的高速公路需用改性沥青，中面层是否需要采用改性沥青都值得探讨和研究。
　　1.2　集料
　　集料是组成沥青路面的最主要成分。强度高，颗粒形状好，表面纹理粗糙，级配稳定，各种颗粒比例合理的集料是生产优质沥青路面的重要保证。目前，江苏省高速公路沥青路面的集料，采用市场准入制度，为杜绝不合格石料进入高速公路沥青路面起到了积极作用。然而由于我国高速公路沥青路面集料技术标准是1994年制定的。为此，江苏根据高速公路实际应用情况增加了细集料砂当量指标，把细集料0.075mm的通过率由的15％提高到通过率12.5％，这些对提高沥青路面质量起到了重要作用，但在集料生产和应用中还存在着一些问题需要讨论。在引进新的料源时，一般都要求进行石料抗压强度试验。而当集料生产出来后，无法检查原石块的抗压强度，因此有无进行石块抗压强度试验的必要就成了一个问题。另外，压碎值这个指标对江苏省高速公路使用的石料来说几乎起不到比选的作用，这个指标值是否需要进行修改。理论上说SMA所需的粗集料其压碎值、针片状含量、颗粒形状都应好于其他混合料所用的集料，而目前SMA集料指标同其他混合料没有明显区别，是否应该制定SMA的集料指标。
　　1.3　矿粉
　　矿粉在国外通常被称作为填料，适量的矿粉主要是填充混合料的空隙。目前我省高速公路中应用的矿粉通常采用石灰岩磨细，主要技术指标是细度、亲水性、塑性指数和含水量。我国《公路沥青路面施工技术》（JTJ032－94）要求回收粉尘用量不得超过填料总量50％，为保证路面使用质量江苏高速公路沥青路面禁止使用回收粉。但从节约材料、提高生产效益率、减少环境污染等角度出发，对回收矿粉的可利用性进行研究分析具有较现实的意义。
　　1.4　抗剥落剂
　　为了提高沥青和石料的粘结力，增强混合料抗水害能力，通常采用添加抗剥落剂方法。目前我省高速公路中主要添加液体抗剥落剂。研究表明目前我省高速公路中、下面层混合料不需外掺抗剥落剂，我省上面层使用的混合料需要外掺抗剥落剂。这些结论仅是根据室内浸水马歇尔试验，冻融劈裂试验和美国AASHTO T283试验结果得到的。应该探讨抗剥落剂在沥青路面中的实际应用效果，可以在同一施工标段铺筑试验路，长期跟踪观察，真正搞清抗剥落剂的长期使用效果。但对这种试验方法之间的关系还有待作深入细致的分析研究。
　　2　沥青混合料设计
　　2.1　沥青混合料设计方法
　　当今国际上最广泛应用的设计方法是马歇尔设计方法和Superpave设计方法。应该说这二种方法的设计理论和设计指标从本质上来说是相同的，它们共同强调的是沥青混合料体积性质指标。它们的根本区别是在于沥青混合料设计中试件的成型方法。
通常认为Superpave试件搓揉成型方法比马歇尔击实成型方法更接近沥青路面现场施工的实际情况。我国现行《公路沥青路面施工技术》（JTJ032－94）中规定的设计方法是马歇尔设计方法。在“十五”初期，针对江苏省高速公路沥青路面使用的所有石料进行了马歇尔设计方法和Superpave设计方法比较，探讨了Superpave设计方法和马歇尔设计方法的内在联系和区别。根据江苏省现有试验条件，尝试了目标配合比采用Superpave设计方法，现场施工控制采用马歇尔技术指标的方法，为Superpave在我省大面积推广积累了成功的经验。
　　2.2　沥青混合料级配优化设计
　　“九五”期间，江苏省高速公路沥青路面的混合料级配设计原则，主要是依据规范规定取级配范围中值的方法，但发现细集料偏多，抗车辙能力较低。另一方面由于现行规范级配要求易造成各种集料比例不当，容易导致沥青混合料离析，使路面质量不均匀。“十五”初期，江苏省高速公路铺筑了大量的比对试验段，从而调整了级配设计原则。这个原则的核心是：级配是通过试验做出来的，而不是通过查表或数学运算计算出来的。一个优良的级配首先是目标配合比的各项体积性质指标满足要求，其次是这个级配施工操作方便，不易离析。在此基础上，江苏省提出了改进型AC－25I和改进型AC－20I级配范围。这两种级配在“十五”初期江苏高速公路沥青路面建设中得到了广泛应用，使用效果良好。
　　2.3　沥青混合料体积性质指标
　　沥青混合料设计体积性质指标是沥青路面使用品质的重要影响因素，沥青混合料的体积性质不仅和原材料、级配、油石比有关，还与沥青混合料的试件成型方法、试验温度、击实（旋转压实）次数紧密联系。美国Superpave设计方法的体积性质指标是从马歇尔设计方法的体积指标移植过来的。对重交通道路来说，采用0.6MPa压力，旋转压实100次的压实功大大高于马歇尔击实75次。其结果是对于同一沥青混合料马歇尔设计方法的VMA满足要求，而Spuerpave设计方法得到的VMA过小不满足要求。因此目前完善了VMA指标要求，规定了VMA的最小值，同时也规定了VMA的最大值。
　　我国现行沥青路面没有把VMA作为一个强制性指标，事实上VMA是影响沥青路面使用品质最主要的体积性质指标。建议今后在高速公路沥青路面建设中把VMA作为沥青混合料设计的强制标准。
　　沥青混合料体积性质指标中的另一个重要指标是空隙率，我国现行的沥青路面设计规范和施工对空隙率的定义要求都不够明确，严重影响和制约了我国沥青路面技术的发展。事实上沥青混合料目标配合比设计时，要说明最佳油石比对应的空隙率为设计空隙率，对于具体的工程来说，它应该是一个定值。每天拌和楼生产的混合料击实的马歇尔试件空隙率可有一个波动范围，比如说为设计空隙率±0.5％，在这个范围的空隙率是可以接受的。而路面现场空隙率其波动范围可更大一些，比如空隙率为3～7％或4～8％。在“十五”初期，江苏省高速公路明确了最佳油石比设计空隙率中、下面层为3～4.5％，上面层设计空隙率为3.5～5％，并要求每天拌和楼生产的马歇尔试验空隙率满足这些要求，沥青路面现场空隙率为3～7％。
　　沥青混合料饱和度指标是可以通过VMA和空隙率计算出来的，我国现行规范规定的饱和度70～85％数值过大，而国际上大多数国家重交通沥青路面的混合料设计饱和度是65～75％。江苏省“十五”初期铺筑的Superpave沥青路面其饱和度大都满足此范围，一年多的使用表明这些路段明显好于饱和度为70－85％的路段。我国正在修订的沥青路面拟把重交通道路沥青路面饱和度改为65～75％，这个修正是合理的。
　　2.4　沥青混合料配合比设计
　　2.4.1　目标配合比设计
　　沥青混合料目标配合比设计主要任务是，选择适当的沥青、集料、矿粉和其他原材料，采用马歇尔试验方法或Superpave设计方法，通过室内试验确定各种规格集料的比例、最佳沥青用量、沥青混合料体积性质和沥青混合料级配曲线。需要强调的是原材料最好从沥青拌和场取样，不要从石料加工场取样，确保集料有较好的代表性。
　　2.4.2　生产配合比设计
　　生产配合比设计是以目标配合比设计为依据，生产配合比的级配要尽可能同目标配合比一致，目前我国相应的没有说明这两个级配允许误差，在这方面还需要做些工作。目标配合比确定的各料堆比例是生产配合比进料的依据，这一点应该引起高度重视。生产配合比设计另一个关键是混合料的体积性质指标要与目标配合比相接近。
3　沥青路面施工
　　适宜的原材料，正确的目标配合比仅是生产合格沥青路面的前提，只有精心组织沥青路面施工，才能确保沥青路面的质量。影响沥青路面施工质量的关键工序有拌和、运输、摊铺和碾压。
　　3.1　沥青混合料的拌和
　　沥青混合料的拌和主要是根据生产配合比确定的集料、矿粉和沥青等原材料比例拌制沥青混合料。在生产过程中需要严格控制各种原材料的用量和温度。实践表明，每天上、下午各进行一次抽提试验和马歇尔试验是非常必要的，试验结果可以用来指导拌和楼沥青混合料的生产。
　　3.2　沥青混合料的运输
　　沥青混合料的运输过程需要注意的是：确保沥青混合料不产生过大的温度离析和骨料离析。防止骨料离析关键在于沥青混合料装入运输车时要严格注意装车顺序，在运输车卸料过程中要注意车身抬起的高度。防止温度离析，关键要覆盖好沥青混合料。目前一些发达国家为了避免沥青混合料的骨料和温度离析，采用中间拌和车。对这种设备的作用我们有必要进行考察。
　　3.3　沥青混合料的摊铺
　　沥青混合料摊铺要注意以下几个方面：摊铺机宽度，合适的摊铺宽度以1个车道（3.75m）到2个车道（7.5m）宽为宜，过宽容易产生离析；摊铺机料位器高度以2/3为宜；尽量减少摊铺机收料斗拢料次数以减少离析；保证摊铺机料斗车的料位高度不低于车厢深度的1/3。
　　3.4　沥青路面的碾压
　　沥青路面的碾压是沥青路面施工最后一道工序也是最关键的工序，江苏高速公路指挥部在总结前期高速公路施工经验的基础上，认识到压实度对沥青路面质量有决定性的影响，提高了路面压实度的标准，增加了压路机的压实功能，在碾压过程中严格控制压路机的速度，起到了明显的效果。
　　3.5　试拌和试铺
　　试拌和试铺是决定沥青混合料配合比是否使用的决定步骤。为了确保试铺的成功，在试铺前一定要进行试拌。试拌时要进行抽提试验，确定拌和楼沥青计量准确度，级配控制是否满足要求，试拌的沥青混合料体积性质是否满足要求。试铺主要是检验混合料拌和、运输、摊铺、碾压是否能满足要求，因此必须充分做好试铺前的准备工作，确保试铺一次成功。
　　4　沥青路面的质量检测和质量评定标准
　　加强沥青路面的质量检测是提高沥青路面质量的有效手段，制定合理有效的质量评定标准是生产优质沥青路面的重要保证。
　　4.1　沥青路面的质量检测
　　沥青路面的质量检测包括原材料检测、沥青混合料温度和质量检测、沥青面层检测等三个方面的指标。“十五”初期，江苏省高速公路沥青路面加大了原材料检测频率，杜绝了不合格原材料进入沥青路面工程；加大了对沥青混合料拌和、摊铺和碾压的检测频率，有效地提高了沥青路面合格率；加强对沥青路面压实度的检测，使极少数不合格的路段得到了及时修正。推行沥青面层施工质量的动态管理方法，利用计算机辅助管理，建立工程质量数据库，随时将检测结果输入数据库，随时分析质量情况，发现问题及时修正。
　　4.2　沥青路面质量评定标准
　　沥青路面质量评定标准是评价沥青路面质量的依据，只有制定正确合理的评定标准才能指导施工单位生产出优质的沥青路面。不断完善和优化沥青路面质量评定标准是沥青路面建设的重大课题。
　　5　结束语
　　沥青路面技术已经有一百年的发展历史，但还有许多问题没有解决，还有许多技术有待发展。江苏省高速公路沥青路面建设历史不过仅仅十年，可以预见在今后的沥青路面建设中，还会遇到许多新问题。因此，我们只有不懈努力，才能不断提高沥青路面建设质量，延长沥青路面使用寿命。

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