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高性能瀝青路面SUPERPAVE在美國(guó)的應(yīng)用狀況
摘 要 我國(guó)在建高速公路已開(kāi)始推廣美國(guó)高性能（SUPERPAVE）瀝青路面，蘇嘉杭高速公路率先在全線瀝青路面三層結(jié)構(gòu)上使用這一技術(shù)。這種路面結(jié)構(gòu)形式出現(xiàn)時(shí)間相對(duì)較短，國(guó)外、國(guó)內(nèi)經(jīng)驗(yàn)相對(duì)缺乏。本文參考了SUPERPAVE在美國(guó)施工中的一些難點(diǎn)、焦點(diǎn)問(wèn)題，并結(jié)合蘇嘉杭高速公路SUPERPAVE路面的實(shí)踐，對(duì)一些問(wèn)題進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞 高性能瀝青路面 SUPERPAVE施工 路用性能
1 前言
SUPERPAVE是美國(guó)耗資1.5億美元的戰(zhàn)略公路研究計(jì)劃（SHRP）的重大組成部分之一，耗資約5000萬(wàn)美元。1992年SHRP計(jì)劃結(jié)束后，在美國(guó)聯(lián)邦公路局（FHWA）的大力推廣下，美國(guó)大部分州已開(kāi)始修建SUPERPAVE路面，1996年新建SUPERPAVE工程項(xiàng)目93個(gè)，1997年316個(gè)，2000年達(dá)3900個(gè)。2000年一年生產(chǎn)瀝青混合料13400萬(wàn)噸，占瀝青混合料總量的62％；2001年采用SUPERPAVE方法施工的瀝青混合料占總量的82％。
在SUPERPAVE的推廣過(guò)程中，相關(guān)的爭(zhēng)論一直很多。為此美國(guó)聯(lián)邦公路局（FHWA）聯(lián)合美國(guó)國(guó)家瀝青路面協(xié)會(huì)（NAPA），組織專(zhuān)家組編寫(xiě)了SUPERPAVE施工技術(shù)指南，在NAPASR－180報(bào)告中發(fā)表。隨后NAPA聯(lián)合SAPA（美國(guó)各州瀝青路面協(xié)會(huì)）針對(duì)原材料、混合料設(shè)計(jì)、拌和、攤鋪、碾壓、質(zhì)量控制六個(gè)方面組織了一次全國(guó)調(diào)查，而這也正是我們國(guó)內(nèi)推廣SUPERPAVE常常遇到的、爭(zhēng)議較多的問(wèn)題，本文就這幾方面分別進(jìn)行論述。
2 原材料
2.1 瀝青
美國(guó)大部分混合料生產(chǎn)商認(rèn)為瀝青的PG等級(jí)可控制在公路局規(guī)范范圍之內(nèi)。有40％的SUPER-PAVE混合料使用了改性瀝青，這一比例要高于傳統(tǒng)的馬歇爾混合料設(shè)計(jì)法。這主是基于"保險(xiǎn)"的考慮，承包商們都希望隨著SUPERPAVE的推廣，使用改性瀝青的比例能夠逐漸降下來(lái)。所用的SUPERPAVE混合料相對(duì)于馬歇爾混合料來(lái)說(shuō)，25％的承包商使用瀝青含量較多，增幅達(dá)0.5％～1％。而40％使用瀝青含量較少，減少量一般小于0.5％。另外35％所用SUPERPAVE混合料的瀝青含量與馬歇爾混合料基本相同。
有40％的SUPERPAVE混合料中使用了抗剝落劑，其中使用液體抗剝落劑和石灰處理的各占一半。
2.2 集料
在美國(guó)，95％的承包商反映傳統(tǒng)的石料可以滿足SUPERPAVE要求，但要求水洗、保持潔凈，還要使用較多的機(jī)制砂。而且用傳統(tǒng)軋石設(shè)備完全可以生產(chǎn)出合格的SUPERPAVE的集料。但80％的承包商認(rèn)為SUPERPAVE配合比級(jí)配比馬歇爾配合比級(jí)配粗，且有80％的設(shè)計(jì)級(jí)配曲線位于限制區(qū)下方；60％的承包商感覺(jué)SUPERPAVE混合料級(jí)配曲線很容易滿足限制區(qū)的要求，這就表明還有40％存在著一些問(wèn)題，主要是不能滿足VMA的要求。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，混合料設(shè)計(jì)沿限制區(qū)上側(cè)通過(guò)時(shí)更易滿足VMA的要求，這種混合料和易性較好，容易施工；70％的SUPERPAVE級(jí)配曲線不允許穿過(guò)限制區(qū)，而另外30％允許穿過(guò)限制區(qū)，但要求混合料必須滿足一些附加性能試驗(yàn)要求，如車(chē)轍試驗(yàn)等；80％的SUPERPAVE混合料沒(méi)有使用回收瀝青混合料（RAP），但一般的觀點(diǎn)是隨著SUPERPAVE混合料設(shè)計(jì)、施工水平的提高，混合料生產(chǎn)可以逐漸使用RAP。
3 混合料的設(shè)計(jì)
表1為美國(guó)SUPERPAVE各種結(jié)構(gòu)形式所用的比例。由此可見(jiàn)，在美國(guó)使用最多的混合料是SUPER-PAVE－12.5和SUPERPAVE－19。60％的SUPERPAVE混合料均用于表面層處治或罩面，這和美國(guó)現(xiàn)在路面施工以養(yǎng)護(hù)為主有關(guān)。
在美國(guó)已建的SUPERPAVE項(xiàng)目中，有70％的SU-PERPAVE混合料是由承包商自己設(shè)計(jì)的。幾乎所有的承包商均反映SUPERPAVE旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀（SGC）性能良好，80％的瀝青路面工程公司至少擁有一臺(tái)SGC。
SUPERPAVE混合料設(shè)計(jì)要求有4小時(shí)的烘箱加熱過(guò)程，但僅有10％的承包商做到了這一點(diǎn)，其它加熱時(shí)間從30分鐘到2小時(shí)不盡相同，而50％的承包商在生產(chǎn)過(guò)程中并未做混合料的老化試驗(yàn)。幾乎一半的承包商認(rèn)為為了使SUPERPAVE滿足混合料體積特性設(shè)計(jì)指標(biāo)頗費(fèi)周折。主要問(wèn)題是空隙率較低、偏差較大。解決這個(gè)問(wèn)題可以采取這樣的措施：為了滿足VMA的要求及避開(kāi)限制區(qū)，級(jí)配曲線在4.75MM以上應(yīng)位于最大密度線的上方，然后穿過(guò)最大密度線，從限制區(qū)下方走。
4 混合料的拌和
美國(guó)70％的SUPERPAVE混合料采用間歇式拌和樓拌和，配有布袋式貯存器，每小時(shí)產(chǎn)量介于250～350噸，這與生產(chǎn)傳統(tǒng)的馬歇爾混合料相差不大。為了滿足級(jí)配的要求，60％的SUPERPAVE混合料增加了冷料倉(cāng)，一般采用6～8個(gè)冷料倉(cāng)。
50％的SUPERPAVE混合料溫度較傳統(tǒng)增加了5～8℃，這可能是由于使用了改性瀝青或混合料較硬。美國(guó)對(duì)于SUPERPAVE混合料的拌時(shí)間沒(méi)有作任何的變動(dòng)要求。
生產(chǎn)SUPERPAVE混合料對(duì)瀝青拌和廠并沒(méi)有特別的要求。但對(duì)級(jí)配控制、細(xì)料數(shù)量及類(lèi)型、瀝青的儲(chǔ)存、布袋式儲(chǔ)存器等細(xì)節(jié)要求更嚴(yán)格。
5 混合料的運(yùn)輸、攤鋪和碾壓
據(jù)調(diào)查，美國(guó)SUPERPAVE混合料的運(yùn)輸、攤鋪與傳統(tǒng)馬歇爾混合料沒(méi)有任何差別。85％的SUPERPAVE混合料在攤鋪方面沒(méi)有出現(xiàn)問(wèn)題，但實(shí)踐表明良好的攤鋪?zhàn)鳂I(yè)對(duì)于路面施工質(zhì)量是非常關(guān)鍵的。
SUPERPAVE混合料施工的焦點(diǎn)問(wèn)題是SUPERPAVE混合料的碾壓。50％的SUPERPAVE施工需要額外的壓實(shí)功，而60％的SUPERPAVE工程增加了壓實(shí)機(jī)具（最多的增加了3臺(tái)）。在選擇壓路機(jī)類(lèi)型上與過(guò)去沒(méi)有差別，但有30％的SUPERPAVE工程中已不再使用輪胎壓路機(jī)。所有工程的瀝青碾壓溫度都是由瀝青供應(yīng)商向工程承包商提供的。一些承包商認(rèn)為應(yīng)通過(guò)某種試驗(yàn)來(lái)確定現(xiàn)場(chǎng)碾壓溫度。
三分之二的SUPERPAVE工程遇到了混合料的軟化現(xiàn)象，這是因?yàn)镾UPERPAVE特有的溫度禁區(qū)所造成的。70％的SUPERPAVE工程較難達(dá)到特定的密實(shí)度，原因是粗集料含量增多和層厚增加。SUPERPAVE混合料層厚增加是因?yàn)樵O(shè)計(jì)所用的是最大公稱尺寸，而不是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)使用的集料最大尺寸，相同的層厚與最大顆粒比需要更大的層厚，這一變化造成了集料尺寸和層厚之間的不同關(guān)系。當(dāng)路面結(jié)構(gòu)層厚度相同時(shí)，混合料越粗，集料尺寸越大，越難獲得良好的密實(shí)度。
盡管有一些困難，但仍有85％的SUPERPAVE工程獲得了良好的密實(shí)度，90％密實(shí)度變異性和馬歇爾混合料一樣，90％的SUPERPAVE工程按照以往的施工方法即可滿足混合料的壓實(shí)。在40％的SUPERPAVE工程中混合料的降溫速度要快于馬歇爾混合料。
總的說(shuō)來(lái)，SUPERPAVE混合料的壓實(shí)相對(duì)于馬歇爾混合料要困難些，碾壓的關(guān)鍵在于一 些細(xì)節(jié)的處理，正如有的施工人員形容的壓實(shí)過(guò)程"不容易，但不是不可?quot;
。6 SUPERPAVE混合料施工質(zhì)量控制在施工質(zhì)量控制中，所有的SUPERPAVE工程均使用了最大理論密度試驗(yàn)（RICE試驗(yàn)）。75％的SUPER-PAVE在生產(chǎn)之前每天要進(jìn)行一至兩次該試驗(yàn)。
對(duì)于瀝青含量的測(cè)定，45％的SUPERPAVE工程采用NCAT灼燒試驗(yàn)，30％使用核子儀，其余的使用溶劑離心法抽提等方法，85％的SUPERPAVE混合料瀝青含量變異性等于或低于馬歇爾設(shè)計(jì)的混合料。
85％的SUPERPAVE工程使用體積指標(biāo)優(yōu)先控制，它們的變異性和馬歇爾法設(shè)計(jì)混合料指標(biāo)相仿。
不同的SUPERPAVE工程，密度試驗(yàn)頻率差別很大。30％的SUPERPAVE工程所在州公路局規(guī)定了集料的相對(duì)密度值，另外35％的工程僅在混合料設(shè)計(jì)階段進(jìn)行了該試驗(yàn)，而其余工程的試驗(yàn)頻率分別為：A、每1500噸；B、每周一次；C、階段性的；D、每項(xiàng)目一次；E、出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)進(jìn)行；F、一年一次。
7 關(guān)于SUPERPAVE混合料的整體評(píng)價(jià)
美國(guó)全國(guó)性的施工調(diào)查反映SUPERPAVE施工狀況良好，但也存在一些問(wèn)題。例如：據(jù)統(tǒng)計(jì)85％的工程可以獲得一致的壓實(shí)度，這也意味著有15％的壓實(shí)度無(wú)法滿足要求。
在調(diào)查中暴露的主要問(wèn)題是體積指標(biāo)和路面壓實(shí)度的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)細(xì)節(jié)問(wèn)題的處理可以解決這些問(wèn)題，但有時(shí)也有必要對(duì)原材料或試驗(yàn)方法作一些調(diào)整。
40％的SUPERPAVE混合料級(jí)配曲線在限制區(qū)附近存在問(wèn)題，部分美國(guó)專(zhuān)家認(rèn)為有必要逐步減少對(duì)限制區(qū)的要求。限制區(qū)的要求僅僅是指導(dǎo)性的，然而許多部門(mén)將限制區(qū)強(qiáng)化為一條規(guī)范，要求強(qiáng)制執(zhí)行。國(guó)內(nèi)SUPERPAVE的推廣中也有類(lèi)似情況，將限制區(qū)視為"禁區(qū)"，要求級(jí)配曲線絕對(duì)不能進(jìn)入，這和當(dāng)初限制區(qū)設(shè)置的初衷是不同的。
設(shè)置限制區(qū)的最初目的是限制圓顆粒的天然沙數(shù)量，避免"擁包"等病害的發(fā)生。這也可采用其他方式，如限制最大天然沙用量，或傳統(tǒng)混合料設(shè)置為15，也可以取得良好效果。江蘇省在建高速公路已明確限制天然砂的使用，因此，筆者認(rèn)為省內(nèi)推廣SUPERPAVE時(shí)，限制區(qū)的要求僅作為參考指標(biāo)，不作為強(qiáng)制性指標(biāo)執(zhí)行。
美國(guó)全國(guó)范圍內(nèi)的調(diào)查顯示：限魄?納柚眉?蟮叵拗屏薙UPERPAVE的推廣。但如前所述，有30％的工程業(yè)主允許混合料級(jí)配曲線穿過(guò)限制區(qū)，前提條件是混合料必須滿足附加的性能試驗(yàn)，這也是一種折中的解決方案。
在SUPERPAVE的的推廣應(yīng)用中，有兩個(gè)技術(shù)問(wèn)題需要關(guān)注，即混合料碾壓溫度和集料相對(duì)密度的確定。
目前還沒(méi)有一種好方法可以確定SUPERPAVE混合料的拌和、碾壓溫度，和過(guò)去一樣，僅僅依賴于瀝青混合料試驗(yàn)。因此需要確定一種室內(nèi)混合料試驗(yàn)方法來(lái)指導(dǎo)施工碾壓。
美國(guó)的調(diào)查表明各地集料相對(duì)密度試驗(yàn)頻率相當(dāng)混亂，有的一年一次，有的一周一次，也有的使用業(yè)主指定的材料密度。在SUPERPAVE計(jì)算中，應(yīng)該首先確定各體積指標(biāo)需要使用原材料的相對(duì)密度，因?yàn)榧舷鄬?duì)密度對(duì)空隙率、VMA、VFA等體積指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果會(huì)產(chǎn)生很大影響，從而影響承包商的投入、施工段落的質(zhì)量評(píng)定等。因而NAPA建議混合料生產(chǎn)商應(yīng)在傳統(tǒng)試驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)一步檢查集料相對(duì)密度變化情況。
在蘇嘉杭高速公路施工中我們也發(fā)現(xiàn)熱料倉(cāng)材料密度是爭(zhēng)論的一個(gè)焦點(diǎn)，建議采用如下方案解決：
�。�1）加強(qiáng)取樣頻率，每天拌和結(jié)束后熱料倉(cāng)中的余料不要全部廢棄，可以利用這些材料做篩分和密度試驗(yàn)，多次試驗(yàn)結(jié)果匯總?cè)∑骄担?
�。�2）業(yè)主、監(jiān)理、承包商三家同時(shí)取樣，分別試驗(yàn)后匯總?cè)∑骄担?br /> �。�3）材料有變化時(shí)應(yīng)該重新進(jìn)行試驗(yàn)，匯總后取平均值。
參考文獻(xiàn)
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