高等級公路瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計探討
發(fā)布時間：2010-01-14 共2頁
1 瀝青混合料
1.1 AC、AK型瀝青混合料
AK結(jié)構(gòu)也屬半密實型瀝青混合料，由于其空隙率相對較大（與AC-Ⅱ型接近），抗滑性能良好，是多雨地區(qū)高速公路上面層常采用的結(jié)構(gòu)，但這種結(jié)構(gòu)的抗水損害能力差，耐久性差；AC-Ⅱ?qū)侔朊軐嵭停障堵室话銥?%～10%，由于空隙率大，水穩(wěn)定性相對較開裂、低溫差，現(xiàn)應(yīng)用較少；AC-Ⅰ型混凝土是一種密實型瀝青混合料，空隙率一般為3%～6%，其礦料級配按最大密實原則設(shè)計，屬于連續(xù)性級配，強度和穩(wěn)定性主要取決于混合料的粘聚力和內(nèi)摩阻力，因為結(jié)構(gòu)密實、空隙率小，所以路面的水穩(wěn)定性較好，在中、下面層中廣泛應(yīng)用，但這種結(jié)構(gòu)耐磨、抗滑性欠佳，高溫穩(wěn)定性明顯不足。在炎熱氣候及渠化、超重交通荷載的作用下容易導致路面出現(xiàn)車轍。
1.2 瀝青瑪碲脂碎石混合料（SMA）瀝青瑪蹄脂碎石混合料（StoneMasticAsphalt）是由高含量粗集料、高含量礦粉、較大的瀝青用量、低含量中間粒徑顆粒組成的骨架密實結(jié)構(gòu)型瀝青混合料。除此之外，瀝青改性劑、纖維等也是重要的組成成分，是一種間斷級配瀝青混合料，空隙率小，一般為2%～4%，集料表面的瀝青膜厚，使混合料具有性能良好的抗水性和耐疲勞性能。歐洲經(jīng)驗表明，SMA路面的使用壽命比傳統(tǒng)瀝青路面長20%～40%，既解決了抗滑問題，又解決了抗水滲入損害這一對相互矛盾的技術(shù)難題，具有了抗滑耐磨、密實耐久、抗疲勞、抗高溫車轍和有效地減少低溫開裂的優(yōu)點，不僅在國外應(yīng)用比較廣泛，最近幾年，國內(nèi)多條高速公路大量采用了該種結(jié)構(gòu)作為路面的上面層，得到了比較滿意的效果。但由于混合料的拌合、運輸、碾壓等施工工藝要求較嚴，對各原材料的技術(shù)指標要求較高，可以說只有在采用了優(yōu)質(zhì)原材料，尤其是優(yōu)質(zhì)的改性瀝青的基礎(chǔ)上，才能實現(xiàn)以上各方面的優(yōu)點，因此其造價為普通瀝青混凝土的1.3～1.8倍，僅限于路面上面層使用。
1.3 高性能瀝青路面（Superpave）
高性能瀝青路面（Superpave）是美國公路戰(zhàn)略研究計劃（SHRP）最重要的研究成果之一，它包含了瀝青標準和集料標準、礦料級配曲線的組成規(guī)定和混合料的體積設(shè)計方法三大內(nèi)容。高性能瀝青路面瀝青結(jié)合料與混合料規(guī)范的新體系將試驗方法與指標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到全面改進路面性能的目的，形成了一個基于路用性能基礎(chǔ)上的瀝青-瀝青混合料設(shè)計新體系。它與馬歇爾設(shè)計方法的不同點在于:根據(jù)不同的交通量等級選擇不同的壓實參數(shù)，使荷載條件反映到瀝青混合料的設(shè)計當中；采用了旋轉(zhuǎn)壓實成型試件，使試件中集料分布更接近于工地現(xiàn)場壓實情況，具有代表性；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)生的實驗結(jié)果的變異性；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)與實際生產(chǎn)使用的混合料一致。
高性能瀝青路面在室內(nèi)用旋轉(zhuǎn)擊實儀做瀝青混合料設(shè)計，按規(guī)定的體積設(shè)計法確定設(shè)計瀝青含量，并將瀝青混合料壓實到實際路面在當?shù)貧夂蚝秃奢d條件下所達到的密實度。高性能瀝青路面室內(nèi)混合料設(shè)計的幾個主要體積指標及其規(guī)定值如下:
（1）設(shè)計旋轉(zhuǎn)擊實次數(shù)時，混合料的空隙率（Va）為4%。
（2）Va為4%時的礦料間隙率（VMA）隨標稱最大集料尺寸而異。
（3）Va為4%時，混合料的飽和度（VFA）隨設(shè)計當量標準軸次（ESAL）而異，飽和度和標準隨設(shè)計當量標準軸次增加而減少。
此外，對集料提出通用特性和原狀特性要求。通用特性包括:粗集料的棱角性、細集料的棱角性、集料的扁平細長含量、集料的含泥量。原狀特性要求，包括堅固性、安定性、風化顆粒規(guī)定，主要目的是提高其內(nèi)摩阻角，從而提高混合料的抗車轍能力，保證在攪拌和碾壓時集料不碎裂，并保證瀝青與礦料之間的粘結(jié)力。
Superpave瀝青混合料與傳統(tǒng)的密級配瀝青混合料相比，在造價基礎(chǔ)沒有提高的情況下，路用性能，特別是高溫穩(wěn)定性方面具有很大的優(yōu)勢，混合料的水穩(wěn)定性、低溫開裂及疲勞性能也得到令人滿意的結(jié)果，路面平整度大大提高。在山東、江蘇等地的高速公路中已得到應(yīng)用，效果較好，部分省區(qū)也或多或少地進行了一定的試驗路鋪筑。
2 路面結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題
2.1 結(jié)構(gòu)類型選擇不當
在多雨潮濕地區(qū)，采用AK型上面層結(jié)構(gòu)，空隙率較大，下雨后，水分容易滲入面層內(nèi)，如果中、下面層采用AC-Ⅰ型相對密實的結(jié)構(gòu)，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，導致路面發(fā)生松散、坑洞等破壞；反之若中、下面層采用AC-Ⅱ型結(jié)構(gòu)，水分會直接滲入基層，基層長期浸泡在水中，會發(fā)生松散、唧漿，從而使整個路面結(jié)構(gòu)破壞，危害更大。大量的調(diào)查研究資料表明，水損害是瀝青路面早期破壞的主要原因。
目前瀝青路面中、下兩層均采用常規(guī)或規(guī)范級配中值的AC-Ⅰ型結(jié)構(gòu)，路面結(jié)構(gòu)高溫穩(wěn)定性欠佳，在炎熱氣候及渠化、超重交通荷載的作用下容易導致路面出現(xiàn)車轍，此外由于其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。
2.2 瀝青混合料類型與結(jié)構(gòu)層厚度不匹配
根據(jù)美國Superpave的定義:集料最大公稱尺寸為篩余第1次大于10%的篩號的上一級篩子篩號，集料最大尺寸為集料最大公稱尺寸上一級篩號。以AC-25Ⅰ為例，篩余第1次大于10%的篩號為19mm，19mm的上一級篩號為26.5mm，26.5mm稱為集料最大公稱尺寸，再上一級為31.5mm，31.5mm稱為集料最大尺寸。
設(shè)計中往往選擇的瀝青混合料類型與路面結(jié)構(gòu)層厚度不匹配，由于集料最大粒徑過大，公稱尺寸集料偏多，因而造成混合料容易離析、壓實困難、空隙率偏大，從而導致早期水損害問題。我國《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》規(guī)定的水損害指標不足以防止水損害，因為馬歇爾密度滿足規(guī)范要求，路面空隙率仍可能超過8%。
2.3 瀝青混合料級配不盡合理
對于礦料級配的確定主要有理論法和經(jīng)驗法。理論計算法是按照不同粒徑相互嵌擠的原理或干涉原則推導出計算公式，主要有n法、I法和K法。在實際工程中，美國以n=0.45作為制定標準級配的依據(jù)，我國現(xiàn)行的AC-Ⅰ型密級配瀝青混凝土基本符合此依據(jù)，稱0.45次冪曲線為最大密實線，馬歇爾方法設(shè)計的瀝青混合料通常比較接近最大密實線。然而，瀝青混合料并非越密越好，應(yīng)該在滿足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；SMA是由相互嵌擠的粗骨料為骨架，再用較多的瀝青與礦粉纖維及少量的細集料組成瀝青瑪蹄脂填充骨架間而形成的嵌擠型密實結(jié)構(gòu)混合料；Superpave瀝青路面混合料設(shè)計引入了限制區(qū)和控制點的概念，并且級配范圍不固定。控制點是級配曲線必須通過的一個范圍，也就是說，按高性能瀝青路面規(guī)定組成礦料級配曲線時，曲線粗集料的一端必須通過規(guī)定的幾個控制點，限制接近最大粒徑的顆粒數(shù)量。而限制區(qū)是級配曲線不能通過的區(qū)域，即曲線的細集料不能通過的區(qū)域，它的目的主要是為了限制混合料中的砂礫的含量，以避免混合料在鋪筑過程中發(fā)生壓實問題或抗永久變形能力不足。控制點處范圍較寬，這樣就突破了以往級配應(yīng)用中大家普遍采用的走中值的思路，給級配設(shè)計提供了相當大的靈活性，可以針對不同性質(zhì)的集料設(shè)計出不同的級配曲線，同一種集料也可設(shè)計出不同的級配曲線，從中選擇滿足各項技術(shù)標準的最佳曲線。
2.4 瀝青路面原材料選用控制不嚴
瀝青材料對于路面的低溫抗裂性能及高溫抗車轍性能及耐久性的關(guān)系非常直接。有這樣一組關(guān)于瀝青、礦料質(zhì)量對混合料抗車轍性能影響的試驗實例，即試驗分2組，一組為礦料相同而瀝青不同；另一組是礦料不同而瀝青相同。試驗結(jié)果見圖1，試驗說明瀝青對混合料高溫車轍性能影響很大，同樣礦料質(zhì)量對混合料的高溫車轍性能也有直接影響。
面層結(jié)構(gòu)的粗集料的壓碎值達不到規(guī)定的要求時，在行車荷載和環(huán)境因素的反復作用下被壓碎，而使得路面抗滑性能和抵抗變形的能力減弱。
此外，一般酸性巖石的石料如花崗巖、石英巖等與瀝青的粘附性較差，長時間后會使瀝青膜漸漸地從集料表面剝落，并導致集料之間的粘結(jié)力喪失而導致路面破壞。
2.5 下封層重視不夠
瀝青下封層有封閉路面下滲水、擴散路面應(yīng)力、增強面層、基層的連接及減少基層反射裂縫至面層等等作用，是路面結(jié)構(gòu)設(shè)計非常重要的一環(huán)。而目前設(shè)計中往往對此重視不足，對封層的合理作法及施工要求等方面所作的工作不多。
2.6 路面排水系統(tǒng)不完善
路面表面排水不暢，排水設(shè)施不完善，路面積水或水分滯留時間太長使水分滲入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部；路面結(jié)構(gòu)層抗水損害性能差，水穩(wěn)性不足。
