高性能瀝青路面高速公路上的應(yīng)用
2011-12-26 來源：中國百科網(wǎng)
西安至戶縣高速公路（以下簡稱西戶高速公路）是國道主干線（GZ40）二連浩特至河口的一段，同時(shí)也是陜西省米字公路主骨架的重要組成路段。它既是華北、西北通往祖國西南的大通道，也是西安通往漢中地區(qū)最便捷、最重要的交通干線，對(duì)實(shí)施西部大開發(fā)戰(zhàn)略和加快基礎(chǔ)建設(shè)具有重要意義。因此，為了延長瀝青路面的使用壽命、改善瀝青路面的使用性能并減少瀝青路面的后期維修費(fèi)用，西戶高速公路項(xiàng)目部（以下簡稱項(xiàng)目部）與長安大學(xué)合作，采用美國公路戰(zhàn)略研究計(jì)劃（SHRP）的重要研究成果——高性能瀝青路面（superpave）技術(shù)對(duì)瀝青上面層重新進(jìn)行了設(shè)計(jì)，從施工的結(jié)果看達(dá)到了改善路面使用性能的目的，使上面層即粗糙防滑又密實(shí)防水，受到了專家的好評(píng)。
一、 現(xiàn)行AC、AK型路面的不足及高性能瀝青路面的先進(jìn)性
1、AC、AK型路面的不足我國從建設(shè)高速公路以來，瀝青路面的設(shè)計(jì)一直采用馬歇爾設(shè)計(jì)方法，其混合料類型的選擇一般是：中、下面層采用空隙率小、不透水的連續(xù)級(jí)配瀝青混凝土AC型，上面層則采用表面比較粗糙的AK型作為抗滑表層。AC型是一種密實(shí)型瀝青混凝土結(jié)構(gòu)，其礦料級(jí)配按最大密實(shí)原則設(shè)計(jì)，屬于連續(xù)性級(jí)配，強(qiáng)度和穩(wěn)定性主要取決于混合料的粘聚力和內(nèi)摩阻力，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)密實(shí)、空隙率小，所以AC型路面的水穩(wěn)定性較好。但是，由于其表面不夠粗糙，耐磨、抗滑、高溫抗車轍等性能明顯不足，并且礦料間隙率也難以滿足要求，通常采用減少瀝青用量的方法來滿足間隙率的要求，這樣使瀝青路面的耐久性能降低，因此，AC型在高等級(jí)公路的上面層已很少采用，主要用于中、下面層。由于防滑性能好，AK結(jié)構(gòu)是高速公路上面層最常采用的結(jié)構(gòu)。但是，AK結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)空隙率大，下雨后，水分容易滲入面層內(nèi)，如果中、下面層比較密實(shí)，水分則聚集在上面層和中面層之間，并使上面層長期浸泡在水中，導(dǎo)致路面發(fā)生松散、坑洞等破壞；反之，水分會(huì)直接滲入基層，基層長期浸泡在水中，會(huì)發(fā)生松散、唧漿，從而使整個(gè)路面結(jié)構(gòu)破壞，危害更大。
2、高性能瀝青路面（superpave）的先進(jìn)性高性能瀝青路面（superpave）是美國公路戰(zhàn)略研究計(jì)劃（SHRP）最重要的研究成果之一。高性能瀝青路面作為SHRP研究成果的專有名稱，它包含了瀝青標(biāo)準(zhǔn)和集料標(biāo)準(zhǔn)、礦料級(jí)配曲線的組成規(guī)定和混合料的體積設(shè)計(jì)方法三大內(nèi)容，提出了控制點(diǎn)和限制區(qū)的概念。高性能瀝青路面的先進(jìn)性在于它開發(fā)了一套全新的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和方法，從根本上改變了現(xiàn)行試驗(yàn)方法和規(guī)范的純經(jīng)驗(yàn)性質(zhì)，從而避免了由此帶來的局限性，高性能瀝青路面瀝青結(jié)合料與混合料規(guī)范的新體系將試驗(yàn)方法與指標(biāo)同瀝青路面的路用性能建立起直接關(guān)系，通過控制高溫車轍、低溫開裂和疲勞開裂，來達(dá)到全面改進(jìn)路面性能的目的，形成了一個(gè)基于路用性能基礎(chǔ)上的瀝青——瀝青混合料設(shè)計(jì)新體系。
3、西戶高速公路采用了高性能瀝青路面西戶高速公路瀝青路面結(jié)構(gòu)原設(shè)計(jì)沿用了馬歇爾設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的方案，上面層為4cm中粒式瀝青砼抗滑表層（AK16-A），中面層為5cm中粒式瀝青砼面層（AC-20I），下面層為6cm粗粒式瀝青砼面層（AC-25I）。項(xiàng)目部組織人員對(duì)此方案進(jìn)行了大量的調(diào)查、研究和論證，發(fā)現(xiàn)在我國已建成的采用此方法設(shè)計(jì)的高等級(jí)公路中，絕大多數(shù)瀝青路面達(dá)不到路面使用壽命的一半，有的僅建成2~3年，甚至通車僅幾個(gè)月，瀝青路面就出現(xiàn)大面積破壞，造成了巨大的損失。為了改變這一狀況，項(xiàng)目部和長安大學(xué)公路學(xué)院組成課題組，決定采用高性能瀝青路面的設(shè)計(jì)思想，對(duì)瀝青面層重新進(jìn)行設(shè)計(jì)。
二、西戶高速公路高性能瀝青路面的設(shè)計(jì)與施工
高性能瀝青路面的設(shè)計(jì)課題組經(jīng)過認(rèn)真分析，決定維持中、下面層設(shè)計(jì)方案不變，只對(duì)上面層采用高性能瀝青路面的設(shè)計(jì)方法重新進(jìn)行設(shè)計(jì)，級(jí)配類型為super-19型。總體思路是：在減少極大顆粒含量的同時(shí)，控制細(xì)集料的含量，并且避開高性能瀝青路面細(xì)集料限制區(qū)，使級(jí)配曲線向密實(shí)方向發(fā)展，以增加混合料的抗滑和防水能力。
三、結(jié)論
1、高性能瀝青路面是一種考慮路用性能的瀝青混合料設(shè)計(jì)方法，該方法從材料體系入手，系統(tǒng)地分析瀝青混合料性質(zhì)，通過瀝青混合料配比設(shè)計(jì)，從材料組成方面控制和減少路面產(chǎn)生永久變形、疲勞開裂和低溫開裂。它與馬歇爾設(shè)計(jì)方法的不同點(diǎn)在于：一是課題組根據(jù)不同的交通量等級(jí)選擇不同的壓實(shí)參數(shù)，使荷載條件反映到瀝青混合料的設(shè)計(jì)當(dāng)中；二是課題組采用了旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型試件，使試件中集料分布更接近于工地現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)情況，具有代表性；三是課題組采用了大尺寸試件，試件直徑150mm，大粒徑的集料可以在試件中均勻分布，減少了馬歇爾試件由于尺寸小而產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的變異性；四是課題組在試件成型過程中增加了混合料的短期老化，使混合料性質(zhì)與實(shí)際生產(chǎn)使用的混合料一致。
2、高性能瀝青路面Super-19試驗(yàn)路馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果如表11所示：試驗(yàn)路馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果 表11油石比 穩(wěn)定度 流值 空隙率 飽和度 瀝青體積百分率 粒料空隙率 壓實(shí)度室內(nèi)配料 4.7 11.55 21.3 4.38 70.9 10.6 15.0 ——現(xiàn)場(chǎng)取料 4.7 17.69 28.2 3.7 74.3 10.7 14.4 98%由試驗(yàn)結(jié)果可以看出，Super-19瀝青混凝土上面層滿足高性能瀝青路面的各項(xiàng)標(biāo)術(shù)指標(biāo)要求，并完全達(dá)到和滿足現(xiàn)行規(guī)范馬歇爾技術(shù)指標(biāo)要求，高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)性以及表面抗滑性能等技術(shù)指標(biāo)都有很大提高。
3、西戶高速公路于2002年12月正式通車，這是陜西省第一次采用這種方法對(duì)瀝青上面層進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工，改善了路面的使用性能，也為高性能瀝青路面的推廣提供了第一手資料。
