1 問(wèn)題的提出
我們正處在瀝青路面技術(shù)巨大轉(zhuǎn)變的時(shí)代。沿用了近百年的針入度規(guī)范和將近五十年的粘度規(guī)范和瀝青混合料馬歇爾設(shè)計(jì)方法正面臨著巨大的挑戰(zhàn)。由于交通量、軸荷載以及輪胎氣壓的不斷增長(zhǎng),這些經(jīng)驗(yàn)的規(guī)范已顯得力不從心。一些完全滿足這些規(guī)范的瀝青路面發(fā)生了早期破壞,這就是美國(guó)公路戰(zhàn)略研究計(jì)劃(SHRP)想要解決的問(wèn)題,企圖從經(jīng)驗(yàn)的指標(biāo)向性能基礎(chǔ)上的指標(biāo)靠攏,在完全建立在性能基礎(chǔ)上的規(guī)范之前,似乎還必須找一些與性能有關(guān)的規(guī)范過(guò)渡一下,這就是我們所處的時(shí)代。 什么是建立在性能基礎(chǔ)上的規(guī)范,簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)規(guī)范的技術(shù)指標(biāo)表征了材料的物理或化學(xué)特征和性質(zhì),能通過(guò)建立的數(shù)學(xué)與物理化學(xué)模型來(lái)預(yù)測(cè)材料的路用性能。如Superpave瀝青膠結(jié)料規(guī)范就是一種建立在性能基礎(chǔ)上的規(guī)范,它的規(guī)范指標(biāo),如復(fù)數(shù)剪切模量、相位角、蠕變勁度、蠕變速率和破壞應(yīng)變,均是瀝青材料的基本的粘彈性性質(zhì)參數(shù),通過(guò)所建立的模型就能將材料參數(shù)和路用性能聯(lián)系起來(lái),當(dāng)然還要綜合考慮混合料的另一些粘彈性參數(shù)。 什么是與性能有關(guān)的規(guī)范,實(shí)踐告訴我們,瀝青混合料必須滿足它的一些基本的體積性質(zhì),如空隙率、VMA和VFA。如果這些指標(biāo)不滿足,就不可能生產(chǎn)出一種耐久的混合料,因此,瀝青混合料的體積特性是與性能有關(guān)的規(guī)范指標(biāo)。又如我們常常用輪轍試驗(yàn)的結(jié)果,如動(dòng)穩(wěn)定度或輪轍深度來(lái)評(píng)價(jià)瀝青混合料的性能。 本文就當(dāng)前我國(guó)瀝青路面路面施工技術(shù)規(guī)范1中的若干問(wèn)題提出一些看法,并從材料標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)方法、水損害評(píng)價(jià)以及密度標(biāo)準(zhǔn)等方面,將我國(guó)規(guī)范與Superpave規(guī)范3進(jìn)行比較分析,以吸取有用的東西,摒棄無(wú)用的東西,使我們的瀝青路面性能更好,壽命更長(zhǎng)。
2 材料標(biāo)準(zhǔn)
瀝青混合料由適當(dāng)級(jí)配的粗細(xì)集料及礦粉和規(guī)定等級(jí)與用量的瀝青組成。過(guò)去人們往往把注意力放在瀝青性質(zhì)方面。固然,瀝青對(duì)于路面低溫開裂的影響是決定性的,但是對(duì)于抗車轍能力來(lái)說(shuō),集料和集料級(jí)配起決定的作用。由于瀝青混合料中95%為集料,所以應(yīng)對(duì)集料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與級(jí)配引起足夠的重視。
2.1 集料標(biāo)準(zhǔn) 表1為我國(guó)JTJ-032《瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中關(guān)于瀝青混合料的集料標(biāo)準(zhǔn)。
我國(guó)規(guī)范集料標(biāo)準(zhǔn)和Superpave集料標(biāo)準(zhǔn)比較 表1
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指 標(biāo) |
JTJ032 |
粗集料 |
石料壓碎值 不大于(%) 洛杉磯磨耗損失 不大于(%) 視密度 不小于(t/m3) 吸水率 不大于(%) 對(duì)瀝青的粘附性 不小于(%) 堅(jiān)固性 不大于(%) 細(xì)長(zhǎng)扁平顆粒含量 不大于(%) 水洗法<0.075mm顆粒含量 不大于(%) 軟石含量 不大于(%) 石料磨光值 不小于(BPN) 石料沖擊值 不大于(%) 破碎礫石的破碎面積 不小于(%) 一表面層? 一中下面層? 粗集料角礫性 |
28 30 2.50 2.00 4級(jí) 12 15 1 5 42 28
90 50 |
細(xì)集料 |
視密度 不小于(t/m3) 粘土含量,砂當(dāng)量 堅(jiān)固性(>0.3mm部分) 不大于(%) 細(xì)集料未壓實(shí)空隙率 (%) |
2.50 60 12 無(wú) |
注:①堅(jiān)固性試驗(yàn)根據(jù)需要進(jìn)行; ?②用于高速公路、一級(jí)公路時(shí),多孔玄武巖的視密度限度可放寬至2.45t/m3,吸水率可放寬至3%,但必須得到主管部門的批準(zhǔn); ? ③石料磨光值是為高速公路、一級(jí)公路的抗滑表層需要而試驗(yàn)的指標(biāo),石料沖擊值根據(jù)需要進(jìn)行,其他等級(jí)公路如需要時(shí),可提出相應(yīng)的指標(biāo)值; ④鋼渣的游離氧化鈣的含量應(yīng)不大于3%,浸水后的膨脹率應(yīng)不大于2%。
表2為美國(guó)Superpave集料規(guī)范。 Superpave集料標(biāo)準(zhǔn)有兩種,一種為共同標(biāo)準(zhǔn),也可以說(shuō)是指令性標(biāo)準(zhǔn),必須統(tǒng)一執(zhí)行,如粗集料和細(xì)集料的角礫性、細(xì)長(zhǎng)扁平顆粒含量、粘土含量共四項(xiàng);另一些稱為料源特性,大都由各州公路部門自己確定,如洛杉磯磨耗損失、粗集料和細(xì)集料堅(jiān)固性共三項(xiàng), 全部集料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)共為七項(xiàng)。我國(guó)粗集料和集料細(xì)集料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)多達(dá)15項(xiàng),而美國(guó)認(rèn)為至關(guān)重要的試驗(yàn)項(xiàng)目,如粗集料和細(xì)集料的角礫性,我國(guó)卻沒(méi)有。
Superpave集料規(guī)范 表2
交通量 (百萬(wàn)ESAL'S) |
粗集料棱角 |
細(xì)集料棱角 |
細(xì)長(zhǎng)與扁平 顆粒含量 |
粘土含量 |
表面以下<100 |
>100 |
<100 |
>100 |
<0.3 |
55/- |
-/- |
- |
- |
- |
40 |
<1 |
65/- |
-/- |
40 |
- |
- |
40 |
<3 |
75/- |
50/- |
40 |
40 |
10 |
40 |
<10 |
85/80 |
60/- |
45 |
40 |
10 |
45 |
<30 |
95/90 |
85/75 |
45 |
40 |
10 |
45 |
<100 |
100/100 |
95/90 |
45 |
45 |
10 |
50 |
≥100 |
100/100 |
100/100 |
45 |
45 |
10 |
50 |
|
表中"85/80"表示85%的粗集料有一個(gè)或一個(gè)以上的破碎面,80%的粗集料有兩個(gè)或兩個(gè)以上的破碎面。 |
下面談?wù)剬?duì)我國(guó)集料標(biāo)準(zhǔn)中某些指標(biāo)的一些看法。 (1)關(guān)于集料壓碎值 集料壓碎值用于相對(duì)衡量集料在逐漸增加的荷載下抵抗壓碎的能力,是路面基層和瀝青面層的重要指標(biāo),這個(gè)指標(biāo)簡(jiǎn)單方便,是我國(guó)公路部門最常用的指標(biāo)之一,應(yīng)予以足夠重視。 (2)關(guān)于洛杉磯磨耗值 洛杉磯磨耗試驗(yàn)在我國(guó)和北美是廣泛使用的方法,美國(guó)有94%的州均有此指標(biāo)以確定粗細(xì)集料抵抗磨耗的阻力和韌性,大多數(shù)州瀝青路面底面層聯(lián)結(jié)層和表面層最大允許值為 40%~50%,我國(guó)洛杉磯磨耗值標(biāo)準(zhǔn)為30%,比美國(guó)高得多,這是由于美國(guó)好的集料已用得差不多了,定高就會(huì)增加路面成本。 北美洛杉磯磨耗損失的標(biāo)準(zhǔn)見表3。
北美洛杉磯磨耗值標(biāo)準(zhǔn) 表3
|
技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(%) |
30 |
35 |
40 |
45 |
48 |
50 |
55 |
60 |
65 |
表面層 |
使用州百分比(%) |
5 |
9 |
56 |
36 |
2 |
18 |
2 |
2 |
2 |
聯(lián)結(jié)層 |
使用州百分比(%) |
5 |
11 |
38 |
38 |
2 |
26 |
5 |
2 |
2 |
底面層 |
使用州百分比(%) |
5 |
11 |
47 |
38 |
2 |
23 |
5 |
2 |
2 |
從上述北美標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看,其要求比我國(guó)低很多,以表面層來(lái)說(shuō),一半以上的采用40%作為標(biāo)準(zhǔn),36%的州采用45%的損失值作為標(biāo)準(zhǔn),而我國(guó)一律為30%。 (3)關(guān)于粗集料視密度 粗集料視密度在熱拌瀝青混合料體積計(jì)算時(shí)是一個(gè)非常重要的參數(shù),但是否作為集料的一個(gè)指標(biāo)值得討論。 (4)關(guān)于集料吸水性 為了就地取材使用高吸水率的集料,規(guī)定一個(gè)最大吸水率的要求也是可以的,但是我國(guó)集料吸水性的標(biāo)準(zhǔn)明顯高于國(guó)外標(biāo)準(zhǔn),盡管Superpave集料并無(wú)此標(biāo)準(zhǔn),但根據(jù)過(guò)去北美調(diào)查,為了避免使用高吸水率的集料,許多州也規(guī)定了最大吸水率要求(見表4)。
北美允許最大吸水率標(biāo)準(zhǔn) 表4
最大吸水率標(biāo)準(zhǔn) |
1.75 |
2.0 |
3.0 |
3.5 |
4.0 |
5.0 |
6.0 |
使用州百分比(%) |
2 |
16 |
22 |
8 |
29 |
29 |
7 |
根據(jù)上述調(diào)查情況,36%的州最大允許吸水率為5.0%以上,65%的州為4.0%以上,也就是說(shuō)美國(guó)、加拿大大部分州最大允許吸水率為4.0%,我國(guó)規(guī)定為2%似乎太嚴(yán)了一點(diǎn)。筑路應(yīng)該使用當(dāng)?shù)夭牧希粦?yīng)強(qiáng)制以2%吸水率作為集料接受或拒絕的標(biāo)準(zhǔn)。滬寧路蘇州B標(biāo)段古桑打石山,多孔玄武巖的吸水率為3.24%~4.32%。在美國(guó)大部分州都認(rèn)為可以用,但超過(guò)了交通部標(biāo)準(zhǔn),問(wèn)題不在于能不能用,而在于如何用。指揮部召開專家會(huì)議,眾說(shuō)紛紜,莫衷一是,最后由于工期等原因,指揮部最后決定使用了多孔玄武巖,采用提高集料加熱溫度、延長(zhǎng)集料烘干時(shí)間、混合料攤鋪后立即碾壓以及摻加抗離劑等措施,至今路面使用品質(zhì)很好。 所以對(duì)于多孔性集料,關(guān)鍵是試驗(yàn)方法要跟上。我國(guó)T 07112路面瀝青混合料最大相對(duì)密度試驗(yàn)(真空法)明確規(guī)定不適用于吸水率大于3%的多孔性集料的瀝青混合料,而ASTM D2041瀝青混合料最大理論密度標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法中,就有一節(jié)關(guān)于使用多孔性集料的瀝青混合料的補(bǔ)充試驗(yàn)方法。這個(gè)方法對(duì)于正確計(jì)算壓實(shí)瀝青混合料孔隙率、路面壓實(shí)度以及計(jì)算被集料吸收進(jìn)孔隙的瀝青數(shù)量十分重要。 對(duì)于多孔性集料,另一個(gè)重要因素是計(jì)算被孔隙吸收瀝青的數(shù)量,然后在計(jì)算瀝青總用量時(shí),加上這一部分?jǐn)?shù)量。計(jì)算的瀝青用量是有效瀝青用量,加上被吸收的瀝青用量,才是我們真正的瀝青用量。 (5)對(duì)瀝青的粘附性 我們認(rèn)為粘附性試驗(yàn)主觀性太強(qiáng),不應(yīng)作為集料規(guī)范試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),詳見本文第5節(jié)關(guān)于水敏感性評(píng)價(jià)。 (6)關(guān)于粗集料堅(jiān)固性 過(guò)去較少對(duì)集料堅(jiān)固性進(jìn)行試驗(yàn),今后應(yīng)按照規(guī)范要求進(jìn)行試驗(yàn),避免不合格材料影瀝青混合料及路面整體質(zhì)量。 (7)關(guān)于細(xì)長(zhǎng)與扁平顆粒含量 細(xì)長(zhǎng)與扁平顆粒含量不應(yīng)大于15%。根據(jù)北美調(diào)查僅有17%的州使用3∶1的標(biāo)準(zhǔn),使用4∶1標(biāo)準(zhǔn)的也有17%,而7.5%的州為5∶1,最大允許百分比3∶1標(biāo)準(zhǔn)的范圍為20%~30%;4∶1標(biāo)準(zhǔn)的為7%~20%;5∶1標(biāo)準(zhǔn)的為5%~20%。我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)還比較嚴(yán)格,應(yīng)繼續(xù)執(zhí)行。 但應(yīng)該指出,目前市場(chǎng)上的測(cè)量細(xì)長(zhǎng)與扁平顆粒含量的規(guī)準(zhǔn)儀是用于水泥混凝土的,對(duì)于瀝青混合料,應(yīng)使用游標(biāo)卡尺法。 (8)水洗法<0.075mm顆粒含量 (9)關(guān)于軟石含量 關(guān)于軟石含量在集料試驗(yàn)規(guī)程(JTJ058-94)中只有一項(xiàng)卵石的軟弱顆粒試驗(yàn)(T0320),顯然不是指的這一試驗(yàn),再也找不到另外的試驗(yàn)方法。在AASHTO的試驗(yàn)方法中也沒(méi)有找到相應(yīng)的試驗(yàn)方法。我國(guó)稱為堅(jiān)固性試驗(yàn)(T0314),事實(shí)上該法不僅適用于水泥混凝土集料,也適用于瀝青混凝土用集料,不僅可以用硫酸納作為溶劑,也可用硫酸錳作為溶劑,這在北美是普遍使用的集料試驗(yàn)方法,我國(guó)集料標(biāo)準(zhǔn)卻規(guī)定堅(jiān)固性試驗(yàn)根據(jù)需要進(jìn)行。我們認(rèn)為堅(jiān)固性試驗(yàn)是一項(xiàng)很重要的試驗(yàn),特別是當(dāng)軟石含量不能測(cè)定的情況下。 (10)關(guān)于石料磨光值和石料沖擊值 根據(jù)表1注③的說(shuō)明,磨光值是高速公路的抗滑表層需要而試驗(yàn)的指標(biāo),石料沖擊值根據(jù)需要進(jìn)行,這段話的意思似乎有二個(gè): ①石料磨光值和石料沖擊值均屬抗滑表層(AK類瀝青混合料)的指標(biāo)。 ②石料磨光值必須進(jìn)行,而石料沖擊值根據(jù)需要進(jìn)行。 那么就存在以下二個(gè)問(wèn)題: ①如果是普通密級(jí)配瀝青混凝土,是否可以不作磨光值試驗(yàn)。 ②石料沖擊值在什么情況下才需要進(jìn)行試驗(yàn)。 這些均是規(guī)范模糊不清的問(wèn)題,我們認(rèn)為: ①表面層瀝青混合料都要有石料磨光值要求,不管是抗滑表層還是普通密級(jí)配瀝青混合料磨耗層。 ②關(guān)于石料沖擊值規(guī)范應(yīng)具體說(shuō)明什么情況才需要,什么情況不需要。 ③規(guī)范應(yīng)具有唯一性。 (11)關(guān)于破碎礫石的破碎面積 關(guān)于破碎礫石的破碎面積要求,我國(guó)規(guī)范表1中要求破碎礫石的破碎面積,高速公路、一級(jí)公路表面層不小于90%,中下面層不小于50%。然而沒(méi)有任何確定破碎面積相應(yīng)的試驗(yàn)方法,在條文說(shuō)明4.6.6節(jié)中稱"破碎礫石的破碎面積至關(guān)重要,應(yīng)滿足附錄表C.8的規(guī)定。規(guī)定將原來(lái)一個(gè)破碎面積的集料質(zhì)量改成破碎面積,這是參照了美國(guó)辦法修改的"。 我國(guó)關(guān)于破碎集料要求表面層為90%,不知是指什么。如果說(shuō)是指90%的集料應(yīng)為具有一個(gè)或兩個(gè)破碎面的破碎集料,似乎標(biāo)準(zhǔn)很高。目前,我國(guó)有豐富的優(yōu)質(zhì)集料,但由于我國(guó)用于瀝青面層的集料均為破碎集料,可以說(shuō)100%為破碎集料,這個(gè)指標(biāo)不成問(wèn)題。但有些地方使用破碎河卵石作為粗集料,就需要破碎面的試驗(yàn)數(shù)據(jù)與接受標(biāo)準(zhǔn)。 實(shí)際情況是北美并沒(méi)有用破碎面積來(lái)代替破碎集料質(zhì)量。美國(guó)ASTM D 5821關(guān)于確定破碎集料百分比的試驗(yàn)方法中規(guī)定,破碎集料的定義為集料破碎面的投影面積應(yīng)大于集料最大橫截面積的四分之一, 計(jì)算破碎集料百分比的方法是:
P=(F+Q/2)/(F+Q+N)×100
式中:P——規(guī)定數(shù)量的破碎面的顆粒百分比; F——具有規(guī)定破碎數(shù)量的破碎集料的顆粒數(shù)或質(zhì)量; Q——不明確是否屬于破碎集料的顆粒數(shù)或質(zhì)量; N——非破碎集料中不滿足破碎集料要求的集料顆粒數(shù)或質(zhì)量。 通常稱為具有一個(gè)或兩個(gè)破碎面的破碎集料即為質(zhì)量百分比,除非特指顆粒數(shù)量百分比。表5、表6為北美關(guān)于基層材料破碎集料的標(biāo)準(zhǔn)。
北美不同瀝青層平均破碎面要求 表5
混合料類型 |
一或兩個(gè)破碎面最小平均百分比 |
兩個(gè)或多個(gè)破碎面最小平均百分比 |
表面層 |
59 |
62 |
聯(lián)結(jié)層 |
60 |
60 |
底面層 |
55 |
60 |
北美粗集料破碎集料的標(biāo)準(zhǔn) 表6
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|
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
100 |
表面層 |
一個(gè)或兩個(gè)破碎面 州和省的百分比 |
|
9 |
7 |
18 |
7 |
13 |
11 |
20 |
13 |
|
兩個(gè)或多個(gè)破碎面 州和省的百分比 |
|
|
2 |
2 |
20 |
11 |
16 |
7 |
5 |
|
聯(lián)結(jié)層 |
一個(gè)或兩個(gè)破碎面 州和省的百分比 |
|
11 |
5 |
13 |
8 |
13 |
11 |
16 |
15 |
2 |
兩個(gè)或多個(gè)破碎面 州和省的百分比 |
|
|
2 |
2 |
18 |
7 |
9 |
7 |
2 |
|
底面層 |
一個(gè)或兩個(gè)破碎面 |
2 |
11 |
9 |
16 |
13 |
13 |
11 |
18 |
9 |
|
兩個(gè)或多個(gè)破碎面 |
|
|
2 |
2 |
13 |
7 |
9 |
5 |
2 |
|
(12)關(guān)于粗細(xì)集料的篩分 在進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí),首先要精確地知道各檔集料尺寸的比例,也就是平時(shí)所說(shuō)的篩分,然而對(duì)于集料中小于0.075mm的顆粒部分,用常規(guī)的干篩是不可能篩干凈的,必須用水沖洗的方法才能獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。由于我國(guó)集料規(guī)范(JTJ 058-94)中沒(méi)有這樣一個(gè)試驗(yàn)方法,我們?cè)谧畛鹾Y分時(shí)也是用干篩,后來(lái)美國(guó)專家來(lái)我院指導(dǎo)工作時(shí),我們一步一步的做給他們看,他們認(rèn)為我們做的方法是正確的,唯一有區(qū)別的是篩分,他們告訴我們,小于0.075mm顆粒部分必須用水沖洗,他們當(dāng)場(chǎng)做了一個(gè)示范試驗(yàn),干篩和濕篩,小于0.075mm顆粒含量可相差1%,也就是說(shuō)添加了5%的礦粉,實(shí)際上礦粉用量已達(dá)6%,由于礦粉偏多,瀝青被礦粉吸走造成瀝青用量不夠,再加上不考慮有效瀝青用量,因此成為造成我國(guó)瀝青路面容易松散剝落的內(nèi)在原因之一。 (13)關(guān)于細(xì)集料視密度 比較細(xì)集料標(biāo)準(zhǔn),我國(guó)對(duì)視密度有一定要求,也許我國(guó)存在著某些有害輕質(zhì)細(xì)集料必須加以限制,否則似乎不一定很必要。 (14)關(guān)于細(xì)集料堅(jiān)固性 我國(guó)細(xì)集料堅(jiān)固性要求,實(shí)際上是國(guó)外的安定性要求,這個(gè)技術(shù)指標(biāo)是細(xì)集料在硫酸鈉溶液中浸泡48h后,各檔集料篩分損失加權(quán)平均值,指標(biāo)范圍與國(guó)外基本相同,均為12%左右,名稱上我國(guó)叫堅(jiān)固性,這個(gè)詞英文名稱為Soundness,也可譯為堅(jiān)固性,但似乎安定性更為確切。 (15)關(guān)于細(xì)集料砂當(dāng)量 細(xì)集料砂當(dāng)量是評(píng)定細(xì)集料中小于0.075mm顆粒的塑性部分的一個(gè)重要鑒別試驗(yàn)。砂當(dāng)量試驗(yàn)在我國(guó)尚不普及,因此各單位均沒(méi)有此項(xiàng)數(shù)據(jù),省交科院業(yè)已購(gòu)置此項(xiàng)設(shè)備,能夠進(jìn)行這項(xiàng)試驗(yàn)。 同濟(jì)大學(xué)用水洗法測(cè)定小于0.075mm顆粒含量達(dá)10.2%~11.7%,這是一個(gè)不可忽視的數(shù)據(jù),這些顆粒是粘土還是礦粉,用水洗法是不能確定的。 砂當(dāng)量我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)為60%,比Superpave最高的50%還要高。 (16)細(xì)集料棱角性 Superpave 有一個(gè)細(xì)集料棱角性要求,這是一個(gè)很重要的技術(shù)指標(biāo),什么砂好,什么砂不好,什么砂能用,什么砂不能用,在我國(guó)瀝青路面集料規(guī)范中沒(méi)有一個(gè)技術(shù)指標(biāo),這是造成VMA不足和動(dòng)穩(wěn)定度達(dá)不到要求的一個(gè)潛在原因。不同的砂有不同的棱角,不是說(shuō)天然砂就不能滿足這個(gè)要求,即使是人工破碎砂,也不一定能滿足這個(gè)要求,因此要規(guī)定棱角性技術(shù)指標(biāo)。 Superpave對(duì)礦粉沒(méi)有特殊要求,但應(yīng)滿足AASHTO M27對(duì)礦粉的一般要求,M27與我國(guó)要求基本相同。
2.2 瀝青標(biāo)準(zhǔn) 不論在歐洲或北美,世界上大體上只有兩種瀝青規(guī)范,一種是針入度級(jí)規(guī)范,以瀝青25℃或15℃時(shí)的針入度作為分級(jí)依據(jù),另一種是粘度級(jí)規(guī)范,以原樣瀝青60℃粘度作為分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的稱為AC級(jí),以旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱殘留物粘度作為分級(jí)依據(jù)的,稱為AR級(jí)。人們根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn),不同的氣候區(qū)選用不同的針入度或粘度等級(jí)瀝青。 現(xiàn)行規(guī)范的主要缺點(diǎn)之一是沒(méi)有低溫指標(biāo)。在針入度規(guī)范中,使用15℃或25℃溫度,雖然這個(gè)溫度是大多數(shù)路面的主要工作溫度,但在負(fù)溫度時(shí),瀝青的性質(zhì)又會(huì)如何,沒(méi)有測(cè)量,當(dāng)然也談不上指標(biāo)。如果要將瀝青性質(zhì)與路面性能關(guān)聯(lián)起來(lái),就必須知道路面整個(gè)使用溫度范圍內(nèi)的性質(zhì)。 現(xiàn)行規(guī)范的主要缺點(diǎn)之二是沒(méi)有考慮瀝青在路面整個(gè)使用期間的老化,無(wú)論針入度規(guī)范,還是粘度規(guī)范,都使用薄膜烘箱或旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱,這個(gè)試驗(yàn)?zāi)M瀝青在拌和與攤鋪過(guò)程中的老化,不能控制在路面整個(gè)使用過(guò)程中的老化。也就是說(shuō),如果原樣瀝青和 RTFOT殘留物性能還可以,并不能保證在路面整個(gè)使用期間的性能。表7則用文字總結(jié)了這種比較。
現(xiàn)行的瀝青規(guī)范和Superpave膠結(jié)料規(guī)范比較 表7
序號(hào) |
現(xiàn)行規(guī)范 |
Superpave規(guī)范 |
1 |
傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)指標(biāo) |
企圖使用性能指標(biāo) |
2 |
靜態(tài)、彈性或粘性指標(biāo) |
動(dòng)態(tài)、粘彈性指標(biāo) |
3 |
只適用于未改性瀝青 |
既適用于未改性瀝青,也適用于改性瀝青 |
4 |
只能模擬拌和與攤鋪期老化 |
既能模擬拌和與攤鋪期老化,也能模擬路面使用期老化 |
5 |
試驗(yàn)溫度固定、變化指標(biāo) |
指標(biāo)固定、變化試驗(yàn)溫度 |
6 |
沒(méi)有低溫指標(biāo) |
具有低溫指標(biāo) |
3 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)
3.1 級(jí)配 粗集料的級(jí)配對(duì)熱拌瀝青混合料的性能有巨大影響,這種可能的影響可用美國(guó)聯(lián)邦公路局1962年研制的0.45次冪級(jí)配圖來(lái)評(píng)價(jià)。我們將某高速公路所使用的AC16IB以及瀝青路面規(guī)范中的AC16I和用Superpave設(shè)計(jì)方法的控制點(diǎn)與限制區(qū)及設(shè)計(jì)出來(lái)的的級(jí)配曲線,以及典型的SMA級(jí)配曲線一起放在0.45次冪級(jí)配圖上進(jìn)行分析(見圖1)。
Superpave和某高速公路瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)比較 表8
|
19.0 |
16.0 |
13.2 |
9.5 |
4.75 |
2.36 |
1.18 |
0.6 |
0.3 |
0.15 |
0.075 |
AC-16 I |
100 |
95~100 |
75~90 |
58~78 |
42~63 |
32~50 |
22~37 |
16~28 |
11~21 |
7~15 |
4~8 |
某高速公路 |
100 |
90~100 |
70~90 |
50~70 |
30~50 |
22~37 |
16~28 |
12~23 |
8~18 |
6~13 |
4~8 |
Superpave |
100 |
|
90~100 |
|
90max |
28~58 |
|
|
|
|
2~10 |
在這些圖上,原點(diǎn)0和最大集料尺寸100%通過(guò)的點(diǎn)的連線稱為最大密度線。級(jí)配曲線越靠近此線,混合料就越密實(shí)。過(guò)去利用馬歇爾設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的瀝青混合料均屬密級(jí)配瀝青混合料,因此過(guò)去的混合料通常比較靠近最大密度線, 如AC-16I。然而,瀝青混合料并不是越密實(shí)越好,在滿足了瀝青混合料的基本體積性質(zhì)(如VMA,VFA,Va等)的基礎(chǔ)上,盡可能密實(shí)一些。
從圖1中可以看出,AC-16I最靠近最大密度線,而且通過(guò)了Superpave設(shè)置的限制區(qū)。而AC-16IB則比AC-16I粗,但仍屬于一種連續(xù)級(jí)配的混合料,而SMA級(jí)配線與上述曲線明顯不同,Superpave混合料設(shè)計(jì)時(shí),粗、中、細(xì)三種混合料,最細(xì)的混合料級(jí)配因礦粉的瀝青用量比(下面簡(jiǎn)稱粉膠比)不滿足而放棄,我們選擇了中等粗細(xì)的混合料,即便這樣也比國(guó)內(nèi)的混合料細(xì)得多,根據(jù)擊實(shí)的試件來(lái)看,顯然要密實(shí)得多,低溫的間接抗拉強(qiáng)度也高得多。 根據(jù)圖1級(jí)配比較圖,AC - 16IB 遠(yuǎn)離最大密度線,空隙率必然大,SMA 的級(jí)配本身空隙率也大,但是由于用了過(guò)量的礦粉、過(guò)量的瀝青和纖維,形成馬蹄脂,填充了空隙,使 SMA既嵌擠又密實(shí)。關(guān)于限制區(qū),目前還未得出最終的結(jié)論,我們觀點(diǎn)是在可能的情況下能避則避。
Superpave技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和我國(guó)熱拌瀝青混合料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)比較 表9
指 標(biāo) |
JTJ032 |
MP-2 |
設(shè)計(jì)方法 |
馬歇爾 |
Superpave |
擊實(shí)次數(shù) (次) |
兩面各75 |
見表 |
穩(wěn)定度 (kN) |
>7.5 |
無(wú) |
流值 (0.1mm) |
20~40 |
無(wú) |
空隙率 (%) |
3~6 |
4 |
瀝青飽和度 (%) |
70~85 |
見表 |
殘留穩(wěn)定度 (%) |
≥75 |
無(wú) |
礦料間隙率 |
見表11 |
見表11 |
水敏感性,間接抗拉強(qiáng)度比,TSR AASHTO T283 |
|
≥80 |
礦粉/瀝青用量比 |
*1.0~1.2 |
0.6~1.2 |
水穩(wěn)定性,簡(jiǎn)化洛特曼法 |
見表12 |
|
注:我國(guó)規(guī)范礦粉/瀝青用量比沒(méi)有指明到底是礦粉與總的瀝青用量比,還是與有效瀝青用量比,差別很大。
Superpave和某高速公路瀝青混合料技術(shù)性質(zhì)比較 表10
|
蘇州A標(biāo) |
Superpave |
設(shè)計(jì)空隙率 (%) |
4.3 |
4.0 |
設(shè)計(jì)用油量 (%) |
4.93 |
4.6 |
礦料間隙率 (%) |
16.0 |
14.1 |
瀝青填隙率 (%) |
73 |
72.03 |
混合料毛體積密度 (t/m3) |
2.599 |
2.6105 |
松散混合料最大理論密度 (t/m3) |
2.710 |
2.705 |
水穩(wěn)性,AASHTO T283 |
集料A 集料B 集料C 集料D |
集料B |
間接抗拉強(qiáng)度比TSR |
88.8 64.0 91.9 89.4 |
70.5 |
殘留穩(wěn)定度 (%) |
81 |
|
礦粉/瀝青用量比 |
1.57 |
0.65 |
3.2 體積 表10設(shè)計(jì)指標(biāo)中的體積性質(zhì)兩種方法沒(méi)有太大的差別,設(shè)計(jì)空隙率Superpave明確為4%,最佳瀝青用量就用空隙率為4%時(shí)的瀝青用量,而馬歇爾法最佳瀝青用量取滿足空隙率范圍、飽和度范圍的瀝青用量中值與最大密度及最大穩(wěn)定度時(shí)的瀝青用量的平均值。 瀝青飽和度與交通量聯(lián)系起來(lái)似乎更合理,關(guān)于集料間隙料標(biāo)準(zhǔn),沒(méi)有本質(zhì)上的不同,但在定義上有很大的差別。
3.3 集料最大尺寸和集料公稱尺寸 我國(guó)規(guī)范根據(jù)集料最大尺寸來(lái)選擇VMA,Superpave根據(jù)集料公稱尺寸來(lái)選擇VMA,無(wú)論在JTJ032或GB50092中均沒(méi)有發(fā)現(xiàn)關(guān)于集料最大尺寸和集料公稱尺寸的定義,但從表1.7和2.1.44-47的條目來(lái)判斷,我國(guó)規(guī)范中定義的集料最大粒徑似乎是100%通過(guò)篩的下一檔篩號(hào),AC20混合料的最大粒徑為19.0mm,根據(jù)最大集料粒徑來(lái)選擇礦料間隙率應(yīng)為14%,而Superpave則根據(jù)最大公稱尺寸來(lái)選擇VMA,最大公稱尺寸定義第一檔篩余大于10%的篩子的上一檔,而集料最大公稱尺寸再大一檔就是集料最大尺寸,Superpave以集料公稱尺寸19mm來(lái)選擇,VMA應(yīng)為13%。 為什么說(shuō)沒(méi)有本質(zhì)差別呢?事實(shí)上,AC20的混合料所謂集料最大尺寸其實(shí)應(yīng)是集料公稱尺寸,19.0mm上一檔為26.5mm,用我國(guó)規(guī)范表來(lái)選擇也是13%。定義上的差別會(huì)造成混淆,在國(guó)外關(guān)于集料最大尺寸和集料公稱最大尺寸有明確定義。集料公稱最大尺寸用于命名混合料,在0.45次方級(jí)配圖上,原點(diǎn)與100%通過(guò)的集料最大尺寸的點(diǎn)連線為最大密度線。我國(guó)規(guī)范中關(guān)于集料最大粒徑應(yīng)與國(guó)際上關(guān)于集料最大尺寸和集料公稱尺寸的定義接軌,否則會(huì)發(fā)生差錯(cuò)。
Superpave和我國(guó)瀝青混合料礦料間隙率標(biāo)準(zhǔn)比較 表11
篩 號(hào) |
37.5 |
31.5 |
26.5 (25.0) |
19.0 |
16.0 |
13.2 (12.5) |
9.5 |
4.75 |
JTJ032 最大集料尺寸 |
12 |
12.5 |
13 |
14 |
14.5 |
15 |
16 |
18 |
MP-2 公稱最大集料尺寸 |
11 |
|
12 |
13 |
|
14 |
15 |
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3.4 礦粉與瀝青用量比 關(guān)于粉/膠比在我國(guó)規(guī)范正文中沒(méi)有列入,而在附錄中有"礦粉用量甚為重要,一般以與瀝青用量之比取1-1.2為宜"。Superpave規(guī)范明確規(guī)定粉/膠比為礦粉與有效瀝青用量之比,由于我國(guó)傳統(tǒng)上不考慮被集料吸入的瀝青用量,有效瀝青用量是個(gè)新概念。有效瀝青是指總的瀝青用量減去被集料吸入的瀝青用量,被集料吸入的瀝青用量可達(dá)0.4%~1.6%,一般也有0.4%~0.8%,因此,用有效瀝青用量計(jì)算粉/膠比,礦粉用量更少。 我國(guó)規(guī)范中的粉/膠比1~1.2為宜,是總的瀝青用量還是有效瀝青用量沒(méi)有明確。
4 設(shè)計(jì)方法
現(xiàn)行世界各國(guó)的熱拌瀝青混合料設(shè)計(jì)方法多為馬歇爾設(shè)計(jì)方法,我國(guó)也不例外。馬歇爾法最早應(yīng)用于第二次世界大戰(zhàn)期間,由密西西比州公路局的Bruce Marshell發(fā)明,并由美國(guó)陸軍工程師兵團(tuán)改進(jìn)和完善此法,在Superpave設(shè)計(jì)方法之前,75%的美國(guó)州運(yùn)輸部、美國(guó)國(guó)防部、美國(guó)聯(lián)邦航空局均用此法。 馬歇爾方法經(jīng)過(guò)半個(gè)世紀(jì)的應(yīng)用,對(duì)混合料設(shè)計(jì)和瀝青路面作出了應(yīng)有的貢獻(xiàn)。但是隨著交通量、輪胎壓力和軸載的增長(zhǎng),新材料新工藝和新結(jié)構(gòu)的出現(xiàn),以及此法本身的問(wèn)題,這個(gè)帶有經(jīng)驗(yàn)性質(zhì)的方法逐漸顯示出以下的局限性: (1)不能精確地判別不同交通量對(duì)瀝青混合料技術(shù)指標(biāo)的要求。馬歇爾法只把交通量簡(jiǎn)單地分成輕、中和重三種交通量,以不同的擊實(shí)次數(shù)來(lái)模擬三種交通量,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)瀝青混合料的體積性質(zhì)的要求,過(guò)于粗糙、簡(jiǎn)單。 (2)與路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不掛鉤。現(xiàn)行路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或有限的試驗(yàn)方法來(lái)確定材料的各種模量,然后用層狀彈性理論分析路面各結(jié)構(gòu)層的應(yīng)力、應(yīng)變、位移或總彎沉,以滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),也即先有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)再進(jìn)行混合料設(shè)計(jì),而進(jìn)行混合料設(shè)計(jì)后的材料是否能滿足設(shè)計(jì)時(shí)假定的模量,從來(lái)不進(jìn)行檢驗(yàn),也就是說(shuō)混合料設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不掛鉤。正確的方法應(yīng)該是根據(jù)經(jīng)驗(yàn),在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后,進(jìn)行混合料設(shè)計(jì),混合料設(shè)計(jì)的輸出如各種模量,即是路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)真正的輸入,在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后,進(jìn)行混合料設(shè)計(jì),混合料的輸入對(duì)選擇材料參數(shù)、路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)再進(jìn)行檢驗(yàn)和調(diào)整,這才是正確的方法。 (3)不能預(yù)防路面早期破壞。根據(jù)眾多學(xué)者的研究,馬歇爾設(shè)計(jì)產(chǎn)生的技術(shù)指標(biāo),如馬歇爾穩(wěn)定度、流值等不能反映熱拌瀝青混合料(HMA)的抗剪強(qiáng)度,從而與路面的破壞,如車轍、疲勞和低溫開裂并不相關(guān),也就不能預(yù)防路面早期破壞,該法的功能僅僅停留在確定最佳瀝青用量的作用上。 (4)不適用于大粒徑瀝青混合料。現(xiàn)行馬歇爾試件只有100mm直徑,僅適用于最大集料尺寸25mm的集料,大多數(shù)下面層,甚至部分采用大粒徑瀝青混合料的中面層都無(wú)法適用該法來(lái)進(jìn)行混合料設(shè)計(jì)。 (5)不適用某些聚合物改性瀝青。現(xiàn)行馬歇爾設(shè)計(jì)的一套指標(biāo)主要是針對(duì)密級(jí)配常規(guī)瀝青開發(fā)的,對(duì)于某些聚合物改性瀝青,例如丁苯橡膠瀝青,流值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)40,但仍能用,盡管使用者作過(guò)部分研究,但作為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的技術(shù)指標(biāo)仍需進(jìn)行深入的研究。 (6)試件成型方法不能模擬行車壓實(shí)。馬歇爾設(shè)計(jì)方法中試件成型采用擊實(shí)方法,一方面擊實(shí)方法很容易將某些顆粒擊碎,從而改變了混合料的級(jí)配;另一方面,擊實(shí)方法不能模擬壓路機(jī)和行車的搓揉碾壓作用。美國(guó)SHRP曾對(duì)旋轉(zhuǎn)壓實(shí)、輪碾壓實(shí)、馬歇爾擊實(shí)、路面巖心試件進(jìn)行過(guò)工程性質(zhì)的相關(guān)分析,發(fā)現(xiàn)馬歇爾擊實(shí)試件的工程性質(zhì)與路面巖心試件的工程性質(zhì)相關(guān)性能最差。 馬歇爾設(shè)計(jì)方法的重要貢獻(xiàn)之一是注意到了熱拌瀝青混合料(HMA)必須具有一定的體積性質(zhì),如密度和空隙性質(zhì),才能產(chǎn)生耐久的HMA。如果這些性質(zhì)不合適是不行的,新的Superpave設(shè)計(jì)方法也繼承和發(fā)展了這些重要特性。馬歇爾設(shè)計(jì)方法由于設(shè)備比較簡(jiǎn)單,很快得到了廣泛的應(yīng)用。公路部門根據(jù)這些體積性質(zhì)與路用性能積累了一定的經(jīng)驗(yàn),但是這種經(jīng)驗(yàn)只對(duì)特定的材料與環(huán)境(氣候與交通)有效。 (7)不適用于開級(jí)配瀝青混合料。馬歇爾設(shè)計(jì)方法只適用于密級(jí)配常規(guī)瀝青混合料,如何設(shè)計(jì)開級(jí)配瀝青混合料,不是簡(jiǎn)單地用改變馬歇爾穩(wěn)定度或流值等指標(biāo)就能實(shí)現(xiàn)的。
5 水敏感性評(píng)價(jià)
5.1 我國(guó)規(guī)范指標(biāo)及問(wèn)題 我國(guó)瀝青混合料技術(shù)指標(biāo)不足以防止水損害,我們一些高速公路在施工時(shí),嚴(yán)格按照交通部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ032)執(zhí)行,即: (1)按水煮法試驗(yàn),所有的集料與瀝青的粘附性都大于4級(jí); (2)按馬歇爾試驗(yàn),所有的瀝青混合料殘留穩(wěn)定度均大于80%。 為什么都滿足了交通部技術(shù)規(guī)范,仍發(fā)生了水損害,除了上面論述的一些原因之外,還有一個(gè)原因是規(guī)范本身的關(guān)于粘附性指標(biāo)以及混合料殘留馬歇爾穩(wěn)定度的指標(biāo),與路面水損害并沒(méi)有建立很好的關(guān)系。 對(duì)于集料與瀝青的粘附性指標(biāo)來(lái)說(shuō),這個(gè)指標(biāo)存在著三個(gè)致命的缺陷: (1)是否有不同粘附性等級(jí)與路面水損害關(guān)系的長(zhǎng)期性能觀測(cè)資料,這些資料是否已表明粘附性≥4級(jí)就不會(huì)產(chǎn)生水損害,事實(shí)上這種關(guān)系沒(méi)有建立。 (2)粘附性等級(jí)用水煮法試驗(yàn)評(píng)價(jià),水煮法試驗(yàn)結(jié)果受人為主觀因素影響太大,某指揮部曾請(qǐng)兩家較為權(quán)威的單位測(cè)試玄武巖的粘附性,一個(gè)3級(jí),一個(gè)5級(jí),就充分說(shuō)明這種試驗(yàn)結(jié)果作為規(guī)范技術(shù)指標(biāo)是不科學(xué)的。 (3)水煮法只適用于9.5~13.2的粗集料,事實(shí)上,部分細(xì)集料為砂,與瀝青粘附性較差,但并沒(méi)有評(píng)價(jià)。 美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì) ASTM D 3625-96"水煮法評(píng)定水對(duì)瀝青裹復(fù)集料影響的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐"的變遷就是一個(gè)很好的說(shuō)明。 ASTM D 3625-91名稱為"水煮法評(píng)定水對(duì)瀝青裹復(fù)集料影響的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法",而ASTM D3625-96則改成"水煮法評(píng)定水對(duì)瀝青裹復(fù)集料影響的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐"。 這里有著重要差別,試驗(yàn)方法是對(duì)一種材料、一個(gè)產(chǎn)品、 一個(gè)體系或一種服務(wù)的一個(gè)或多個(gè)性質(zhì)、特征的確認(rèn)、測(cè)量與評(píng)價(jià),會(huì)產(chǎn)生試驗(yàn)結(jié)果。 而實(shí)踐就不同了,它是對(duì)一種操作、一種功能給出一種明確的方法,它并不產(chǎn)生試驗(yàn)結(jié)果。從標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法改變成標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐,對(duì)水煮法的作用也更明確了,它不產(chǎn)生定量試驗(yàn)結(jié)果,ASTM D3625-91"水煮法評(píng)定水對(duì)瀝青裹復(fù)集料影響的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法",將裹復(fù)程度與標(biāo)準(zhǔn)剝落率相比較分為0%~100% 10等, 業(yè)主們有的將95%、有的將90%作為接收標(biāo)準(zhǔn)。新版方法已去掉這些敘述,因而也不能作為拒絕或接收混合料的標(biāo)準(zhǔn)。 美國(guó)ASTM D3625-95水煮法用廠拌混合料,進(jìn)行煮沸用于現(xiàn)場(chǎng)肉眼判斷兩種集料與瀝青的粘附性。D3625-95并不是一種試驗(yàn)方法,而是一種標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐,它本身并不產(chǎn)生試驗(yàn)結(jié)果,D3625明確表明,水煮法與路面現(xiàn)場(chǎng)水損害的關(guān)系尚未建立。 再拿瀝青混合料殘留浸水馬歇爾穩(wěn)定度技術(shù)指標(biāo)來(lái)說(shuō),也存在著致命的弱點(diǎn)。 75次馬歇爾擊實(shí)儀雙面擊實(shí), 試件空隙率已達(dá)到設(shè)計(jì)空隙率為3%~5%,水很難浸入,也更難浸入瀝青膜與集料之間,沒(méi)有足夠的水,水損害就無(wú)從談起?如果要用殘留馬歇爾穩(wěn)定度作為指標(biāo),也得讓空隙率接近現(xiàn)場(chǎng)空隙率,也就是說(shuō)試件空隙率應(yīng)在6%~8%之間。 最近,在"公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范"(JTJ014-97)中已增加了使用簡(jiǎn)化的洛特曼試驗(yàn)法作為瀝青混合料水穩(wěn)定性指標(biāo)。 水損害主要是發(fā)生在我國(guó)南方多雨潮濕地區(qū),而氣溫低于-21.5℃的北方,降雨量較少,水損害不應(yīng)是一個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題,倒是南方多雨潮濕地區(qū)再加上冰凍,十分需要一個(gè)更能反映混合料水損害特性的技術(shù)指標(biāo),這個(gè)指標(biāo)就是用AASHTO T283試驗(yàn)的結(jié)果--間接抗拉強(qiáng)度比來(lái)表征。
5.2 Superpave規(guī)范指標(biāo) Superpave混合料設(shè)計(jì)方法中關(guān)于瀝青混合料水敏感性評(píng)價(jià),應(yīng)用 AASHTO T283"壓實(shí)瀝青混合料水損害試驗(yàn)方法"、并要求間接抗拉強(qiáng)度比(TSR)大于等于80% 作為瀝青混合料水敏感性評(píng)價(jià)指標(biāo)。 事實(shí)上Superpave的指標(biāo)不是新東西,它完全采用了美國(guó)在八十年代進(jìn)行的全國(guó)公路聯(lián)合攻關(guān)項(xiàng)目(NCHRP)的研究成果,雖然AASHTO T 283不是一個(gè)十全十美的方法,在九十年代初期已是全美國(guó)普遍接受的試驗(yàn)方法,初期TSR各州規(guī)范不一,有的州要求TSR≥70%,有的州TSR≥80%,目前Superpave規(guī)范統(tǒng)一為TSR≥80%。 我國(guó)最新出版的"公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范"(JTJ014-97)將"八五"國(guó)家科技攻關(guān)成果——簡(jiǎn)化的洛特曼方法納入瀝青混合料水穩(wěn)定性指標(biāo)之中。除通常采用瀝青與礦料粘附性試驗(yàn)和浸水馬歇爾試驗(yàn),以檢驗(yàn)瀝青混合料受水損害的抗剝落性能外,對(duì)年最低氣溫低于-21.5℃的寒冷地區(qū), 還應(yīng)增加瀝青混合料凍融劈裂殘留強(qiáng)度。 簡(jiǎn)化的洛特曼方法,用雙面擊實(shí)50次的馬歇爾試件,常溫下浸水20min, 0.09MPa浸水抽真空15min后,在-18℃冰箱中冷凍16h,在60℃水中放置24h完成一次循環(huán)后,再在25℃水中浸泡2h后測(cè)劈裂強(qiáng)度,將此強(qiáng)度與未經(jīng)凍融循環(huán)試件的劈裂強(qiáng)度的比值作為水穩(wěn)定性指標(biāo)。 事實(shí)上,我國(guó)簡(jiǎn)化的洛特曼方法與真正的AASHTO T283相比有下列不同: ——混合料未經(jīng)85℃、16h的老化或135℃、4h的老化 ——空隙率未知 ——飽和度未知 在這種情況下試驗(yàn)的重復(fù)性和再現(xiàn)性沒(méi)有經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)驗(yàn)證。 重要的不是試驗(yàn)方法本身,而是試驗(yàn)方法與指標(biāo)應(yīng)該應(yīng)用的場(chǎng)合。事實(shí)上,-21.5℃的寒冷區(qū), 雨水較少,水損害的潛在危險(xiǎn)也較小,而在南方就不同了,一些路面離析地點(diǎn),空隙率較大,滲進(jìn)的雨水晚上結(jié)冰,體積膨脹,混合料就散了,事實(shí)上,這個(gè)指標(biāo)首先應(yīng)針對(duì)南方多雨有負(fù)溫度的地區(qū), 只要一次結(jié)冰,坑塘就出來(lái)了,滬寧路出現(xiàn)坑塘也有此原因。 瀝青混合料水損害雖不是一個(gè)新問(wèn)題,在我國(guó)仍是一個(gè)尚未被充分認(rèn)識(shí)的潛在危險(xiǎn),它尚未引起我國(guó)公路瀝青工作者的足夠重視,應(yīng)在學(xué)習(xí)國(guó)外有效試驗(yàn)方法的基礎(chǔ)上,繼續(xù)深入開展這方面工作。
6 密度標(biāo)準(zhǔn)
我國(guó)現(xiàn)行方法標(biāo)準(zhǔn)為以當(dāng)天的拌和廠取樣試驗(yàn)的馬歇爾密度作為標(biāo)準(zhǔn)密度,通常用4~6個(gè)馬歇爾密度的平均值作為該批混合料攤鋪路段壓實(shí)度計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)密度使用。 我國(guó)現(xiàn)行方法標(biāo)準(zhǔn)至少有個(gè)問(wèn)題值得商榷: 由于馬歇爾密度受人為影響而改變,最簡(jiǎn)單的方法是稍稍降低一點(diǎn)拌和溫度和壓實(shí)溫度就可得出較低的馬歇爾密度,以這樣的密度作為標(biāo)準(zhǔn)密度,即使達(dá)到了96% 的壓實(shí)度,實(shí)際路面的密度仍偏低,空隙率偏大,因此,采用最大理論密度作為標(biāo)準(zhǔn)密度更為合理。根據(jù)1986年的調(diào)查,美國(guó)有44%的州采用最大理論密度作為標(biāo)準(zhǔn)密度,38%的州采用實(shí)驗(yàn)室馬歇爾密度作為標(biāo)準(zhǔn)密度,有12%采用試驗(yàn)路密度作為標(biāo)準(zhǔn)密度, 有6%的州采用現(xiàn)場(chǎng)馬歇爾密度。以92%最大理論密度作為壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)的有12個(gè)州,以93%的最大理論密度作為壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)的有5個(gè)州。 現(xiàn)在美國(guó)正在逐步推廣Superpave混合料體積設(shè)計(jì)方法,到2000年全面放棄馬歇爾方法和采用Superpave 混合料體積設(shè)計(jì)方法,也即全部用最大理論密度作為壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn),目前的標(biāo)準(zhǔn)是92%的最大理論密度,已有將最大理論密度提高到93%作為壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的趨勢(shì)。 從表12中可以看出,試驗(yàn)段1路面壓實(shí)度盡管均滿足交通部標(biāo)準(zhǔn)96%,無(wú)一不合格,但如果用最大理論密度92%去衡量,有67%的密度不合格;若要用93%的最大理論密度去衡量,則100%不合格。 表12中試驗(yàn)段4也表明,96%的馬歇爾密度無(wú)一不合格;若用92%的最大理論密度作標(biāo)準(zhǔn),仍有20%的路段密度不合格;如用93%的最大理論密度作標(biāo)準(zhǔn),則有80%的路段不合格。
兩種壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)合格率比較表 表12
|
馬歇爾密度 96% |
最大理論密度 92% |
馬歇爾密度 97% |
最大理論密度 93% |
試驗(yàn)段1上面層 |
100 |
33 |
0 |
0 |
試驗(yàn)段2上面層 |
100 |
100 |
43 |
43 |
試驗(yàn)段3上面層 |
80 |
80 |
50 |
50 |
試驗(yàn)段4上面層 |
100 |
80 |
40 |
20 |
試驗(yàn)段5下面層 |
100 |
100 |
100 |
93 |
試驗(yàn)段6中面層 |
100 |
100 |
100 |
100 |
試驗(yàn)段7上面層 |
83 |
50 |
17 |
17 |
試驗(yàn)段8下面層 |
100 |
94 |
94 |
44 |
美國(guó)的壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)有從最大理論密度的92%提高到93%的趨勢(shì)。根據(jù)這種標(biāo)準(zhǔn),路面的密度更顯不足。 盡管均滿足我國(guó)交通部標(biāo)準(zhǔn),由于馬歇爾密度受人為因素影響較大,有的承包商有意降低拌和與壓實(shí)溫度,使標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾密度偏低。 建議在今后高速公路建設(shè)中,一方面按現(xiàn)行壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工;另一方面,建立課題組,用最大理論密度進(jìn)行監(jiān)控,積累數(shù)據(jù)。如確實(shí)是密實(shí)度不夠,應(yīng)轉(zhuǎn)到以最大理論密度為標(biāo)準(zhǔn)上來(lái)。
7 結(jié)論與建議
根據(jù)作者的觀察、總結(jié)本文的主要結(jié)論與建議如下: (1)在交通條件發(fā)生重大變化,新材料、新工藝層出不窮的時(shí)代,我國(guó)現(xiàn)行瀝青路面技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)進(jìn)行修改。 (2)在材料標(biāo)準(zhǔn)方面應(yīng)對(duì)集料標(biāo)準(zhǔn)予以更多的重視。 ——粘附性指標(biāo)不應(yīng)作為集料標(biāo)準(zhǔn),只是現(xiàn)場(chǎng)目測(cè)比較兩種集料的方法。 ——集料視密度是否作為集料的一個(gè)指標(biāo)值得討論。 ——集料吸水性指標(biāo)太嚴(yán),建議放寬到3%~4%,并在最大理論密度試驗(yàn)方法上增加相應(yīng)的方法。 ——進(jìn)一步明確集料磨光值和沖擊值的定義和應(yīng)用范圍。 ——建立相應(yīng)的關(guān)于破碎面的試驗(yàn)方法。 ——在混合料設(shè)計(jì)時(shí)集料篩分中增加水洗法篩分,確定粗細(xì)集料中的小于0.075mm顆粒含量。 ——粗細(xì)集料堅(jiān)固性、細(xì)集料的砂當(dāng)量試驗(yàn)應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)推廣使用的力度。 ——增加粗細(xì)集料角礫性試驗(yàn)方法及相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)。 (3)現(xiàn)行重交通瀝青技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中粘度指標(biāo)改為實(shí)測(cè)記錄,盡管不作為正式指標(biāo),但過(guò)去關(guān)于粘度的許多經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。粘度是瀝青流變性質(zhì)的一個(gè)重要參數(shù),不應(yīng)由于儀器缺乏而放棄該指標(biāo)。 (4)在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)方面,我國(guó)常用的瀝青混合料級(jí)配、尤其是抗滑表層混合料的級(jí)配應(yīng)進(jìn)行深入研究,包括級(jí)配組成、瀝青用量的確定和技術(shù)指標(biāo),不應(yīng)簡(jiǎn)單地套用和修改馬歇爾設(shè)計(jì)方法及指標(biāo)來(lái)進(jìn)行抗滑表層混合料設(shè)計(jì)。 (5)為了與國(guó)際接軌,應(yīng)重新定義集料最大尺寸和增加集料公稱尺寸定義。 (6)在規(guī)范中進(jìn)一步明確定義礦粉/瀝青用量比,事實(shí)上為礦粉/有效瀝青用量比,同時(shí)在瀝青混合料體積分析時(shí)引入有效瀝青用量,并用它來(lái)計(jì)算空隙率。 (7)現(xiàn)行馬歇爾設(shè)計(jì)方法有許多缺陷,但要摒棄它也非易事,但要使大家明白馬歇爾設(shè)計(jì)方法的主要功能是確定一個(gè)瀝青用量和一個(gè)合適的體積性質(zhì),而馬歇爾穩(wěn)定度和流值滿足技術(shù)要求并不說(shuō)明路用性能就能滿足要求。 (8)我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范在水敏感性評(píng)價(jià)方面宜作重大改進(jìn),如前所述,滿足了現(xiàn)行規(guī)范的混合料并不能防止水損害,水損害固然還有外部原因,但粘附性和殘留穩(wěn)定度與水損害的關(guān)系是不清楚的,簡(jiǎn)化的洛特曼方法不科學(xué),建議增加AASHTO T283作為南方多雨及冰凍地區(qū)的水敏感性指標(biāo)。 (9)我國(guó)現(xiàn)行瀝青路面壓實(shí)以當(dāng)天拌和廠取樣試驗(yàn)的馬歇爾密度作為標(biāo)準(zhǔn)密度不科學(xué),因?yàn)轳R歇爾密度隨著拌和溫度與壓實(shí)溫度變化而發(fā)生較大變化。建議在現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上,用最大理論密度進(jìn)行監(jiān)控,積累數(shù)據(jù)以便今后逐步過(guò)渡到以最大理論密度為路面壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)。
參考文獻(xiàn)
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