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對(duì)我國(guó)瀝青路面施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的若干看法

   2007-02-06 網(wǎng)絡(luò) 佚名 30690

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

 

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

 

 

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℃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℃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

 

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)

1 公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范(JTJ032-94).北京:人民交通出版社.1994
2 江蘇寧滬高速公路股份有限公司;江蘇省交通科學(xué)研究所;交通部重慶公路研究所.滬寧高速公路江蘇段瀝青與瀝青混合料路用性能試驗(yàn)與評(píng)估-瀝青混合料路用性能試驗(yàn)與評(píng)估報(bào)告.1998.6


 
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