长寿命沥青

长寿命沥青路面鲁信旺（一）什么是长寿命沥青路面1、长寿命沥青路面是指30~40年不产生结构性破坏或10~15年方需进行功能性养护（上面层处理）的沥青路面。该标准比现行设计规范的15年寿命周期翻了一番以上。2、长寿命沥青路面与沥青路面早期损坏的关系。沥青路面的早期损坏通常表现为两种形态：（1）路面使用1~2年就需要进行功能性维修、养护（如微表处、铣铇摊铺等）；（2）路面达不到设计年限而进行大规模的维修、养护。这两种形态反映了路面设计体系与方法的完善问题和施工管理与质量控制问题。早期损坏与长寿命的关系可概括为：解决早期损坏，并不一定是长寿命路面（至多是正常设计使用年限），但长寿命路面则不应产生早期损坏。3、长寿命沥青路面设计的本质核心，是研究沥青路面在使用过程中所受到的交通荷载和环境荷载等因素对路面材料和结构作用的行为规律和影响规律，以及这些路面材料和结构对这些作用或影响的响应特征，就是作用与反作用的关系，应力与强度的关系。（二）修建长寿命沥青路面的再认识1、我国高速公路路面结构发展历程：（1）上世纪八十年代末代表性结构为：12~15cmAC+15~25cm半刚性结构层+非整体性结构层。（2）上世纪九十年代中代表性结构为：16~18cmAC+15~25cm半刚性结构层+20~30cm半刚性底基层。（3）上世纪九十年代末代表性结构为：16~18cmAC+36~40cm半刚性基层+20~30cm半刚性底基层。（4）当今路面结构形式主要有：A、20~24cm沥青面层+36~40cm半刚性基层+20~30cm半刚性底基层（降低基层强度，加厚沥青面层）；B、18~20cm沥青面层+10~15cm柔性基层+18~20cm半刚性基层+20~30cm半刚性底基层（降低基层强度及厚度，增加柔性基层，加厚沥青面层）；C、8~18cm沥青面层+36~40cm半刚性基层+30~40cm半刚性底基层（提高基层强度及厚度，优化沥青面层设计）；D、8~12cm沥青面层+25~30cm刚性基层+18~20cm半刚性基层+30~40cm半刚性底基层（增设刚性基层，复合式结构，减薄沥青面层）。2、对当前几个热点问题的看法。（1）关于柔性基层与半刚性基层的应用。柔性与半刚性各有其技术特点，美国推广应用柔性结构，我国是世界上使用半刚性基层最多的国家，从能源消耗、节约造价等角度，半刚性基层沥青路面有其必然的应用前景。80年代欧洲针对复合路面结构、90年代美国针对柔性基层结构、21世纪我国针对半刚性基层结构，对长寿命路面结构进行了研究。（2）关于弯沉指标与应变设计指标问题。对同一个力学模型，弯沉指标与应变指标是等效的。弯沉指标存在不完善之处，但“看得见、摸得着”，是目前唯一与理论模型建立联系且便于施工质量控制的指标，应变指标则不然。（3）关于技术标准。当前半刚性材料设计存在一个误区，即低强度高模量问题。实际上，强度与模量成正相关关系，不存在低强度、高模量的材料，参见下表。指标强度要求（MPa）抗压模量（MPa）2006年版3.5~4.51100--17001997年版3~51100--17001986年版大于3400--5003、我国沥青路面存在的主要技术问题。（1）车辙、剪切问题。重载交通路段、长大纵波路段、广场、路口等易发，荷载作用状态、材料在荷载作用下的力学响应状态、环境疲劳对材料衰减的影响尚不十分明确，结构组合状态对路面抗车辙能力的提高在理论上存在误区。（2）水损坏问题。表现形式通常是桥面铺装损坏、中下面层松散、坑槽与唧浆等，涉及宏观的防、排水设计，桥面铺装中防水与粘结，沥青混合料密实程度及沥青与矿料间状态的评价，水荷载疲劳作用对界面状态影响的分析、环境老化作用对界面状态影响的分析等问题。（3）承载能力不足问题。表现形式主要是弯沉偏大、不均匀沉降、纵向裂缝等。涉及结构强度的标准、不同结构形式下交通荷载的作用规律和结构响应规律、不同路面结构形式的强度演化规律、环境因素对结构强度演化的影响等问题。（4）裂缝问题。（三）当前长寿命沥青路面的主要技术对策1、系统功能化设计。各结构层按下述功能要求进行设计：（1）沥青面层，为功能层，主要作用是抗滑、抗剪、抗疲劳和抗水损坏。（2）基层、底基层，为承重层，主要作用是抗疲劳。（3）基层、垫层，为稳定层，主要起荷载稳定、水稳定作用。2、完善半刚性基层及底基层设计。（1）半刚性基层材料的级配设计：不存在严格工程意义上的骨架密实结构；碎石含量不宜多于65%，应控制在60%--65%之间；必须严格控制各档级配。（2）半刚性基层抗压强度：当前基层强度的均值水平过高，代表值水平偏低，变异水平偏大，是造成高速公路基层耐久性不足、沥青面层多种病害普发的主要原因之一；与其说基层强度高容易引发沥青面层开裂，倒不如说是基层强度不均匀导致沥青面层大量产生反射裂缝。（3）改进半刚性基层施工工艺：单一粒级筛分，或等同于中下面层沥青混合料用料；四档以上备料；二阶段拌和；拌和机称量计重；羊足碾施工底基层。3、加强层间结合设计。沥青面层与半刚性基层的层间结合，对改善沥青面层使用品质、减少病害、延长使用寿命意义重大。基层的清洁度是基层质量的标准之一；基层应保持干燥、干净、无松动的要求；基层清扫是路面施工的必要工序；用1mm沥青混凝土的造价，发挥2--3cmAC的作用。4、优化沥青面层结构设计。（1）骨架嵌挤型沥青混合料的设计、应用。混合料级配的构成是混合料配合比设计的基础，也是工程应用的基本单元；无论何种配合比设计方法，都要解决两个问题：选择、优化、确定混合料矿料的级配关系，确定混合料的油石比（沥青用量）；不同的矿料由于品种、加工方式、颗粒形状不同，不应有固定的级配关系（曲线）；不同类型级配存在曲线交叉、范围重叠，说明混合料级配的复杂性；当采用某种矿料掺配级配时，可能表现为密实型，也可能为半开级配，可能为悬浮结构，也可能为骨架结构；因此，不能根据级配曲线选择矿料，而应根据矿料特点和性能要求来确定级配曲线；在实际工程中，应根据自身的矿料特点对级配进行优化，达到性能最佳状态；级配优化的方法国内外还在研究，尚未有一个成套的技术对策。（2）级配优化的基本思路。第一步：选择级配曲线。以提高混合料抗车辙能力、抗水损坏能力、抗裂能力以及提高抗疲劳能力为目标；粗集料、断级配、骨架密实型结构为目标级配；粗集料——碎石含量高，不少于65%；断级配——替代传统连续性级配，改善性能；骨架结构——形成骨架或近似骨架结构；密实结构——空隙率应不大于5%。第二步：混合料性能验证。试验方法：马歇尔击实试验方法，维姆法试验方法，旋转压实试验方法（SUPERPAVE），GTM试验方法（美国工程兵），各种方法各有特点，以可靠、简便、便于使用为标准选择；验证步骤：确定混合料的油石比（沥青用量），进行相关的高温稳定性、水稳定性、低温性能等相关试验。（3）改性沥青的合理使用。当前使用的“改性”沥青主要有：传统的聚合物改性沥青，橡胶沥青、湖沥青、岩沥青、添加剂（抗车辙剂）。明确使用目的：以抗车辙为主。（4）面层厚度的优化。我国目前沥青混凝土面层的厚度，在国际上已不算薄。“强基薄面”转为“强基厚面”。沥青面层厚掩盖了许多问题。沥青面层到底应多厚，与设计理念直接相关。（四）Superpave技术的最新进展1、Superpave技术的起源Superpave即高性能沥青路面，是美国联邦公路局SHRP沥青项目研究的主要成果，是沥青路面技术的里程碑。该研究起步于1987年，1993年基本完成，2005年形成完整的技术体系，已成为美国热拌沥青路面标准的常规实践，是一项成熟的技术。2、Superpave技术的主要内容：（1）沥青胶结料PG性能规范，包括Superpave材料规范、技术规范。（2）沥青混合料设计方法，包括Superpave的集料、沥青、混合料的试验方法，Superpave标准实践。（3）沥青混合料分析和性能预测，重点介绍了Superpave旋转压实机应用方法与标准。3、Superpave技术在江苏省的应用情况（1）为引进Superpave技术，江苏省交通厅成立了由副厅长钱国超为负责人的科研工作班子，于2005年与美国联邦公路局签署了加强合作备忘录，开展了合作研究。（2）沪宁高速公路8车道扩建工程全线248km中下面层全部使用了Superpave技术。（3）SMA13+Sup20+Sup25组合已成为江苏省高速公路沥青路面的最为典型的结构之一。（4）江苏省已将Superpave技术列入地方规范。4、我国高模量沥青混合料研究现状（1）辽宁省交科院主要从研发高模量沥青混凝土外加剂和低标号沥青两个方面开展了相关研究；（2）华南理工大学与科氏公司开展了“沥青路面车辙病害”课题，主要从SBS沥青分子量、改性机理方面开展了相关研究；（3）长安大学从沥青混合料外加剂的方面进行了试验研究；（4）江苏省交科院结合阿尔及利亚东西高速公路的施工开展了高模量沥青混合料的研究；（5）江苏省交科院在宁常高速公路上开展了基于半刚性基层的高模量沥青混合料的应用研究，在中下面层采用高模量沥青混合料抵抗车辙，铺筑了试验路，目前使用效果良好。（六）我国高速公路沥青路面现状据统计，在我国所建高速公路中，沥青路面比例达到了90％以上。在沥青路面快速发展的同时，出现的问题也越来越多，主要体现在三个方面：一是损坏时间早，有的建成后1～2年就出现了不同程度的开裂和车辙等破坏现象，个别路段通车当年就出现了大面积损坏，远远达不到设计寿命；二是损坏范围广，全国各地都出现了过早破坏；三是损坏程度重，有的损坏不是局限在沥青表面层，基层也发生损坏。（五）法国硬质沥青和高劲度模量混合料设计、开发和应用1、硬质沥青的界定硬质沥青是指10#--20#或者针入度是15~25或20~30或35~50+添加剂的沥青。30#以上的为普通道路沥青。2、高模量混合料的特征硬质沥青；高沥青含量（≈6%）；连续级配；低空隙率。3、高模量混合料设计步骤选择并确定成分（级配及胶结料含量）----压实性试验（旋转压实机）-----水敏感性试验（多乐士试验）----Retting车辙试验----模量试验----疲劳试验----模式选择。（七）沥青混凝土路面的主要病害从目前调查统计的情况来看，沥青混凝土的病害包括裂缝、车辙、拥包、泛油、坑槽、剥落、松散、老化、水损害、疲劳等破坏，出现最多的是裂缝和车辙两大类。（八）沥青路面裂缝形式及产生原因我国高速公路沥青路面大部分采用的是半刚性基层，半刚性基层沥青路面裂缝表现形式可以分为横向裂缝、纵向裂缝和网状裂缝三种类型：1、横向裂缝。横向裂缝是基本上垂直于行车方向的裂缝，包括温缩裂缝及半刚性基层沥青路面的反射裂缝。横向裂缝产生的主要原因有：（1）很大程度上与沥青面层本身温度收缩引起有关，其次是半刚性基层干缩引起，沿纵向基本等距且有规律的产生横向裂缝。（2）路基填挖结合部压实不够，或纵坡较大处，呈现错动式路面开裂。（3）各施工标段路基衔接处的压实不均匀。2、纵向裂缝纵向裂缝分为自上而下的表面裂缝和自下而上的疲劳裂缝，基本上平行于道路中心线，一般发生在距路边缘3～5m的车道内。裂缝形状有两种，一种是直线形，另一种是纵向弧形且两端向路堤边缘延伸。其产生的原因是：（1）荷载作用过大，承载力不足引起的纵向开裂。（2）由于沥青面层分幅摊铺时施工纵向接缝没有做好产生的裂缝。（3）路基压实度不均匀或由于路基边缘受水侵蚀产生不均匀沉陷而引起的裂缝。3、网状裂缝网状裂缝是由单根裂缝发展而引起的。其产生原因有：（1）路面的整体强度不足而产生裂缝。（2）路面开始出现裂缝后未及时封填，致使水分渗入下层，尤其是在融雪期间冻融交加，会加剧路面的破坏，促使网状裂缝形成。（3）沥青在施工期间以及在长期使用中的老化所致。（九）沥青路面裂缝处置技术1、基于材料方面的裂缝处置技术主要是通过降低半刚性基层的刚度、同时提高沥青面层的抗裂能力而实现的