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高性能瀝青路面SUPERPAVE在美國的應(yīng)用狀況

時間:2023-02-20 22:42:52 交通運輸論文 我要投稿
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高性能瀝青路面SUPERPAVE在美國的應(yīng)用狀況

 摘 要 我國在建高速公路已開始推廣美國高性能(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)時間相對較短,國外、國內(nèi)經(jīng)驗相對缺乏。本文參考了SUPERPAVE在美國施工中的一些難點、焦點問題,并結(jié)合蘇嘉杭高速公路SUPERPAVE路面的實踐,對一些問題進(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是美國耗資1.5億美元的戰(zhàn)略公路研究計劃(SHRP)的重大組成部分之一,耗資約5000萬美元。1992年SHRP計劃結(jié)束后,在美國聯(lián)邦公路局(FHWA)的大力推廣下,美國大部分州已開始修建SUPERPAVE路面,1996年新建SUPERPAVE工程項目93個,1997年316個,2000年達(dá)3900個。2000年一年生產(chǎn)瀝青混合料13400萬噸,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的推廣過程中,相關(guān)的爭論一直很多。為此美國聯(lián)邦公路局(FHWA)聯(lián)合美國國家瀝青路面協(xié)會(NAPA),組織專家組編寫了SUPERPAVE施工技術(shù)指南,在NAPASR-180報告中發(fā)表。隨后NAPA聯(lián)合SAPA(美國各州瀝青路面協(xié)會)針對原材料、混合料設(shè)計、拌和、攤鋪、碾壓、質(zhì)量控制六個方面組織了一次全國調(diào)查,而這也正是我們國內(nèi)推廣SUPERPAVE常常遇到的、爭議較多的問題,本文就這幾方面分別進(jìn)行論述。

2 原材料

2.1 瀝青
  美國大部分混合料生產(chǎn)商認(rèn)為瀝青的PG等級可控制在公路局規(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)計法。這主是基于"保險"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。所用的SUPERPAVE混合料相對于馬歇爾混合料來說,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,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配合比級配比馬歇爾配合比級配粗,且有80%的設(shè)計級配曲線位于限制區(qū)下方;60%的承包商感覺SUPERPAVE混合料級配曲線很容易滿足限制區(qū)的要求,這就表明還有40%存在著一些問題,主要是不能滿足VMA的要求。試驗發(fā)現(xiàn),混合料設(shè)計沿限制區(qū)上側(cè)通過時更易滿足VMA的要求,這種混合料和易性較好,容易施工;70%的SUPERPAVE級配曲線不允許穿過限制區(qū),而另外30%允許穿過限制區(qū),但要求混合料必須滿足一些附加性能試驗要求,如車轍試驗等;80%的SUPERPAVE混合料沒有使用回收瀝青混合料(RAP),但一般的觀點是隨著SUPERPAVE混合料設(shè)計、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
  表1為美國SUPERPAVE各種結(jié)構(gòu)形式所用的比例。由此可見,在美國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,這和美國現(xiàn)在路面施工以養(yǎng)護(hù)為主有關(guān)。
  在美國已建的SUPERPAVE項目中,有70%的SU-PERPAVE混合料是由承包商自己設(shè)計的。幾乎所有的承包商均反映SUPERPAVE旋轉(zhuǎn)壓實儀(SGC)性能良好,80%的瀝青路面工程公司至少擁有一臺SGC。
  SUPERPAVE混合料設(shè)計要求有4小時的烘箱加熱過程,但僅有10%的承包商做到了這一點,其它加熱時間從30分鐘到2小時不盡相同,而50%的承包商在生產(chǎn)過程中并未做混合料的老化試驗。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)計指標(biāo)頗費周折。主要問題是空隙率較低、偏差較大。解決這個問題可以采取這樣的措施:為了滿足VMA的要求及避開限制區(qū),級配曲線在4.75MM以上應(yīng)位于最大密度線的上方,然后穿過最大密度線,從限制區(qū)下方走。

4 混合料的拌和
  美國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。為了滿足級配的要求,60%的SUPERPAVE混合料增加了冷料倉,一般采用6~8個冷料倉。
  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。美國對于SUPERPAVE混合料的拌時間沒有作任何的變動要求。
  生產(chǎn)SUPERPAVE混合料對瀝青拌和廠并沒有特別的要求。但對級配控制、細(xì)料數(shù)量及類型、瀝青的儲存、布袋式儲存器等細(xì)節(jié)要求更嚴(yán)格。

5 混合料的運輸、攤鋪和碾壓
  據(jù)調(diào)查,美國SUPERPAVE混合料的運輸、攤鋪與傳統(tǒng)馬歇爾混合料沒有任何差別。85%的SUPERPAVE混合料在攤鋪方面沒有出現(xiàn)問題,但實踐表明良好的攤鋪作業(yè)對于路面施工質(zhì)量是非常關(guān)鍵的。
  SUPERPAVE混合料施工的焦點問題是SUPERPAVE混合料的碾壓。50%的SUPERPAVE施工需要額外的壓實功,而60%的SUPERPAVE工程增加了壓實機(jī)具(最多的增加了3臺)。在選擇壓路機(jī)類型上與過去沒有差別,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)通過某種試驗來確定現(xiàn)場碾壓溫度。

  三分之二的SUPERPAVE工程遇到了混合料的軟化現(xiàn)象,這是因為SUPERPAVE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為設(shè)計所用的是最大公稱尺寸,而不是傳統(tǒng)設(shè)計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,混合料越粗,集料尺寸越大,越難獲得良好的密實度。

  盡管有一些困難,但仍有85%的SUPERPAVE工程獲得了良好的密實度,90%密實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。在40%的SUPERPAVE工程中混合料的降溫速度要快于馬歇爾混合料。

總的說來,SUPERPAVE混合料的壓實相對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過程"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(RICE試驗)。75%的SUPER-PAVE在生產(chǎn)之前每天要進(jìn)行一至兩次該試驗。

  對于瀝青含量的測定,45%的SUPERPAVE工程采用NCAT灼燒試驗,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)計混合料指標(biāo)相仿。
  不同的SUPERPAVE工程,密度試驗頻率差別很大。30%的SUPERPAVE工程所在州公路局規(guī)定了集料的相對密度值,另外35%的工程僅在混合料設(shè)計階段進(jìn)行了該試驗,而其余工程的試驗頻率分別為:A、每1500噸;B、每周一次;C、階段性的;D、每項目一次;E、出現(xiàn)問題時進(jìn)行;F、一年一次。

7 關(guān)于SUPERPAVE混合料的整體評價
  美國全國性的施工調(diào)查反映SUPERPAVE施工狀況良好,但也存在一些問題。例如:據(jù)統(tǒng)計85%的工程可以獲得一致的壓實度,這也意味著有15%的壓實度無法滿足要求。
在調(diào)查中暴露的主要問題是體積指標(biāo)和路面壓實度的問題。通過對細(xì)節(jié)問題的處理可以解決這些問題,但有時也有必要對原材料或試驗方法作一些調(diào)整。

  40%的SUPERPAVE混合料級配曲線在限制區(qū)附近存在問題,部分美國專家認(rèn)為有必要逐步減少對限制區(qū)的要求。限制區(qū)的要求僅僅是指導(dǎo)性的,然而許多部門將限制區(qū)強(qiáng)化為一條規(guī)范,要求強(qiáng)制執(zhí)行。國內(nèi)SUPERPAVE的推廣中也有類似情況,將限制區(qū)視為"禁區(qū)",要求級配曲線絕對不能進(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,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。
  美國全國范圍內(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)主允許混合料級配曲線穿過限制區(qū),前提條件是混合料必須滿足附加的性能試驗,這也是一種折中的解決方案。
  在SUPERPAVE的的推廣應(yīng)用中,有兩個技術(shù)問題需要關(guān)注,即混合料碾壓溫度和集料相對密度的確定。
  目前還沒有一種好方法可以確定SUPERPAVE混合料的拌和、碾壓溫度,和過去一樣,僅僅依賴于瀝青混合料試驗。因此需要確定一種室內(nèi)混合料試驗方法來指導(dǎo)施工碾壓。

  美國的調(diào)查表明各地集料相對密度試驗頻率相當(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密度,因為集料相對密度對空隙率、VMA、VFA等體積指標(biāo)的計算結(jié)果會產(chǎn)生很大影響,從而影響承包商的投入、施工段落的質(zhì)量評定等。因而NAPA建議混合料生產(chǎn)商應(yīng)在傳統(tǒng)試驗基礎(chǔ)上進(jìn)一步檢查集料相對密度變化情況。
  在蘇嘉杭高速公路施工中我們也發(fā)現(xiàn)熱料倉材料密度是爭論的一個焦點,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,多次試驗結(jié)果匯總?cè)∑骄担?
  (2)業(yè)主、監(jiān)理、承包商三家同時取樣,分別試驗后匯總?cè)∑骄担?br />  (3)材料有變化時應(yīng)該重新進(jìn)行試驗,匯總后取平均值。

參考文獻(xiàn)
  〔1〕E.R.BROWN,DALE DECKER,RAJIB B.MALLICK,JOHN BUKOWSKI SUPERPAVE CONSTRUCTION ISSUES AND EARLY PERFORMANCE EVAL-UATION,AAPT
  〔2〕RICHARD W.MAY 1996 SUPERPAVE PROJECTS REVIEW OF CON-STRUCTION EXPERIENCE,ASPHALT INSTITUTE
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  〔4〕PAUL J.MARK.AASHTO LEAD STATE GUIDELINE ON SUPERPAVE IMPLEMENTATION,1998
  〔5〕賈渝等.高性能瀝青路面SUPERPAVE技術(shù)實用手冊.江蘇省交通科學(xué)研究院,2002年5月


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