江苏省高速公路沥青面层混合料类型的选择

江苏省高速公路沥青面层混合料类型的选择贺薇吴建浩王捷【江苏省交通科学研究院南京210017】摘要在对目前国内外广泛应用的几种沥青混合料性能分别进行分析的基础上，提出了适应于不同情况下沥青混合料类型选择的建议，为今后我省高速公路沥青路面面层混合料类型的选择提供参考。

关键词高速公路路面沥青选择１概述江苏省夏季炎热，冬季寒冷，一年四季雨量充沛，复杂的气候条件以及日益增大的交通量，无疑给沥青混合料路面的抗高温车辙、低温开裂及抗水损害性能提出了严格的要求。

本文旨在探讨如何选择合适的沥青混合料类型以提高路面的使用性能，延长路面的使用寿命。

２沥青混合料性能对于沥青混合料类型的选择首先应考虑其气候与交通状况，并同时满足相应层次沥青混合料的性能要求。

２．１高温稳定性能研究表明，沥青混合料的高温稳定性能，即抵抗车辆反复压缩变形及侧向流动的能力，首先取决于矿料骨架，尤其是粗集料的相互嵌挤作用，同时沥青胶结料的性质与含量则起到阻碍混合料发生剪切的牵制作用。

但高温时沥青的粘度较低，粘结集料的能力有限。

通常情况下，当矿料级配的贡献率大到６０％，沥青胶结料就能提供４０％的抗车辙能力，由此可见，要提高沥青混合料的高温稳定性应兼顾沥青胶结料和混合料类型两个方面的选择。

２．２低温抗裂性能沥青混合料的低温抗裂性能主要取决于沥青混合料的低温拉伸变形性能，沥青胶结料的贡献率达到８０％，而矿料级配对抵抗低温开裂性能的贡献率只有２０％，因此，选择适当的沥青胶结料对提高沥青混合料的低温抗裂性能具有决定性的意义。

一般而言，较硬沥青的混合料比较软沥青的混合料更容易形成低温开裂，空隙率过大的混合料中的沥青胶结料由于过度的氧化作用而使沥青老化，因而更容易导致低温开裂。

因此，为克服沥青路面的低温开裂，除选择适当的沥青胶结料外还必须严格控制混合料的空隙率，加强路面压实，这与沥青混合料类型的选择有直接的关系。

２．３水稳定性能沥青路面水损害是沥青路面最常见的破坏现象之一。

改善沥青混合料的水稳定性可以通过选择合适的路面材料（包括沥青与集料）、合理选用级配类型、优化配合比设计、加强施工压实以及减少离析等措施来实现。

２．４抗滑性能沥青混合料路面的抗滑性与矿质集料的微表面性质、混合料的级配组成以及沥青用量等因素有关，尤其是沥青用量对抗滑性能的影响非常敏感，超过最佳用量的０．５％即可使抗滑系数明显降低。

从提高沥青路面的抗滑性能的角度出发，应选取具有粗糙的表面、尖锐的棱角和抗磨光性的粗集料，避免因过高的沥青用量而导致路表面泛油、使路面丧失纹理结构。

同时倾向于选取较粗的集料级配以及较高的空隙率水平，使沥青路面有较多的粗纹理，为沥青在高温季节膨胀时提供足够的空间，这也可以防止出现泛油现象。

３沥青混合料类型的选择３．１国内外研究现状美国公路战略研究计划经过系统的研究，提出了建立在路用性能基础上的沥青性能规范，在混合料设计方面也提出了一整套的Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ沥青混合料设计、分析体系，对沥青路面性能的提高和改善耐久性等方面做出了卓越的贡献。

另外，相对于传统的密级配混合料提出了开级配的抗滑磨耗表层（ＯＧＦＣ），对路面排水、行车安全、减噪等方面有显著效果。

德国道路工作者于六十年代中期开发的沥青玛蹄脂碎石混合料（ＳＭＡ），在提高路面抗滑和承载能力方面功效显著，在高温抗车辙、低温抗裂、疲劳抗裂、抗水损害、抗老化等方面，均优于传统的沥青混凝土路面。

由我国道路工作者提出的介于传统的ＡＣⅠ型级配和Ⅱ型级配之间多碎石沥青混凝土矿料级配，也在我国济青、环胶洲湾、沪宁等高速公路上应用，并取得了一定的经验。

３．２几种典型沥青混合料类型沥青混合料的级配组成不同，对沥青路面的性能影响有较大差别。

不同类型的混合料具有不同的内部结构和不同的集料、沥青的分布组成。

３．２．１密级配混合料ａ．传统的ＡＣ路面传统的ＡＣ路面是一种密实型沥青混凝土结构，其矿料级配按最大密实原则设计，属连续级配，其强度和稳定性主要取决于混合料的粘聚力和内摩阻力。

传统的ＡＣ路面是一种连续型级配，按最大密实原则设计，其空隙率一般较小，抗渗水性较好，但由于表面不够粗糙，其耐磨、抗滑、高温抗车辙等性能明显不足，因此在高等级沥青路面上面层目前已较少使用。

ｂ．多碎石沥青混凝土路面这是由我国工程技术人员提出的一种新型路面结构。

多碎石沥青混凝土的级配比ＡＣ粗，其特点是空隙率小于Ⅱ型级配，接近Ⅰ型级配，通常为４％～６％，透水性小于Ⅱ型级配，表面构造深度大于Ⅰ型级配，抗滑性能较好。

但从我省近年来铺筑的ＡＫ－１６Ａ型沥青路面上面层的使用情况看，有部分路段出现了早期破坏现象，究其原因，主要是由于ＡＫ－１６Ａ型混合料空隙率较大，在施工过程中易产生离析，在施工控制不严的情况下，压实度不能得到有效控制，空隙率偏大，为水损害提供了条件，加上重型交通，孔隙水压力较大，水很容易渗入沥青膜，造成沥青膜剥落，继而造成路面破坏。

在多雨潮湿的地区，如果采用设计空隙率较大的混合料类型，可能直接导致路面渗水，引起路面的早期损坏，因此多碎石、ＡＫ－１６Ａ等不宜用于这些地区沥青路面的上面层。

ｃ．美国Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ路面１９８７年美国公路战略研究计划（ＳＨＲＰ）进行一项为期五年、耗资５０００万美元的课题研究，旨在制定一个新的沥青和沥青混合料规范、试验和设计方法，以解决沥青路面的车辙、低温开裂、疲劳开裂和水损害等早期破坏现象。

ＳＨＲＰ沥青课题的研究成果(参见图１)称为Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ，意谓高性能沥青路面。

图１示出最大尺寸为１９ｍｍ的混合料具有最大密实级配的０．４５次方级配图。

Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ对０．４５次方图增加两个方面来规范集料级配：控制点和限制区。

控制点为级配必须通过其间的校正范围，而限制区为级配不得通过的区域，是为了限制混合料中含砂过多或总砂量中细砂过多。

这种级配常引起混合料在铺筑中的压实问题，从而降低混合料抵抗永久变形的能力。

对于满足上述Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ级配要求的沥青混合料来说，路面的抗高温车辙、抗水损害能力和耐久性等均有较大程度提高。

特别要说明的是，Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ在设计方法上虽与以往传统的沥青路面有所不同，但施工工艺和施工方法上却相仿，并未增加施工的难度，也不会提高工程造价。

３．２．２沥青玛蹄脂碎石路面（ＳＭＡ）ＳＭＡ是一种由沥青玛蹄脂填充沥青碎石组成的间断级配的混合料，５ｍｍ以上的粗集料的比例高达７０～８０％，矿粉的用量高，沥青胶结料用量多，并希望采用针入度小、软化点高、高温稳定性好的沥青。

而由此形成的间断级配，很少使用细集料，即所谓的“三高一低”。

高用量的轧碎粗骨料，可以获得石料与石料之间更多的接触，提高路面抗高温车辙能力；高的沥青用量及高的矿粉用量使沥青膜加厚、矿料孔隙变小，使沥青路面抗老化及抗水损害性能均有明显提高；添加纤维等稳定剂，可以改善沥青混合料离析，增强沥青的粘结力，有如加筋的作用，提高了沥青混合料的柔韧性，改善了混合料的抗低温开裂性能。

ＳＭＡ路面外观显现均匀粗糙的表面结构，其表征为优良的抗滑性能，降低噪音，表面不积水。

ＳＭＡ沥青路面施工与普通沥青混凝土相比，拌合时间要适当延长，施工温度要适当提高。

ＳＭＡ的直接工程造价高于普通沥青路面，但从整个建设和营运期分析，仍远比普通沥青路面低。

３．２．３抗滑磨耗表层（ＯＧＦＣ）抗滑磨耗表层（ＯＧＦＣ）是由美国道路工作者开发的一种开级配混合料，它与传统的密级配混合料和ＳＭＡ不同之处就在于它的可渗透性。

可用于重交通、高等级公路的表层，并使用改性沥青和纤维以增加沥青用量，提高它的耐久性及混合料的性能。

使用ＯＧＦＣ作为表层最显著的优点是雨天高速行驶抗滑行能好、减少汽车行驶后部产生雨雾，提高行车安全并降低噪声。

但由于水通过ＯＧＦＣ表层渗入下层，因此，其下面必须采用密级配的混合料或者ＳＭＡ，有条件的话采用改性沥青，防止雨水下渗而导致沥青混合料发生水损害，影响路面结构的稳定性。

３．３沥青混合料类型选择的建议沥青混合料类型的选择应根据相应道路的等级、交通量、气候条件、造价等条件来综合决定。

表１为美国《ＨＭＡ路面混合料类型选择指南》中建议采用的混合料类型：沥青混合料类型的选择包括对各相应层次层厚、级配类型和厚度的确定。

表１可以作为选择级配形式时参考。

混合料的最大公称尺寸的选择主要依据交通荷载来确定，交通荷载越大，应选择最大公称尺寸越大的混合料。

另外，沥青路面结构层的厚度应与沥青混合料的最大公称尺寸相匹配。

据美国ＮＣＨＲＰ９－２７最新的研究成果显示，对具有不同最大公称尺寸的混合料而言，增加沥青路面的层厚将会使现场压实沥青混合料的密度增加，从而使路面的渗透性相应减小。

通过研究可以认为，对于普通的混合料来说，沥青路面结构层厚度宜大于混合料公称尺寸的３倍。

而目前国内许多高速公路沥青路面的设计层厚不能满足这个要求，对应的结构层厚度太薄，路面施工时容易产生离析现象，混合料压实困难，路面压实度得不到保障。

这是沥青路面出现早期水损坏的主要原因之一。

我们选取了几种典型的沥青混合料即ＡＣ－１６Ｉ、ＡＫ－１６Ａ、ＳＭＡ１６和Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ１３，将它们的级配曲线一起放在０．４５次幂级配图上来分析，如图２所示：原点Ｏ和最大集料尺寸１００％通过的点的连线称为最大密度线。

级配曲线越靠近此线，混合料就越密实。

传统的ＡＣ－１６Ｉ型沥青混合料属密级配沥青混合料，其级配曲线比较靠近最大密度线。

然而沥青混合料并不是越密实越好，而是在满足了沥青混合料的基本体积性质（如集料骨架空隙率ＶＭＡ、沥青填隙率ＶＦＡ等）的基础上，尽可能密实一些。

Ｓｕ-ｐｅｒｐａｖｅ密级配沥青混合料要求其级配曲线不能完全按照图２的０．４５次方最大密实度线，而必须通过控制点范围之间且尽量绕过限制区。

另外从图中可以看出，ＡＫ－１６Ａ型级配仍然是一种连续级配，但由于其偏离最大密度线较远，因此必然形成过大的空隙率，虽然保证了表面的抗磨耗、抗滑性能，却容易因水损害而引起路面的破坏，ＡＫ－１６Ａ型级配虽然有其合理性，但仍需改进，以保证路面具有良好的使用性能。

ＳＭＡ是一种间断型级配，其级配曲线偏离最大密度线最远，其本身空隙率也必然最大，但由于使用了过量的矿粉、过量的沥青和纤维，形成了马蹄脂，填充了空隙，因此ＳＭＡ既嵌挤又密实，从各方面的性能均优于上述两种级配。

从经济性出发，由于ＳＭＡ对集料、沥青等的要求较高，并使用纤维添加剂和过量的沥青，对施工中拌和、摊铺、碾压等均有较高要求，因此其造价较高，而其它３种路面造价相对较低，但从长远来看，从整个建设和营运期分析可以发现，ＳＭＡ的性能价格比要优于３种混合料。

ＳＭＡ是一种国外已很成熟的技术，但由于国内的施工设备、人员素质、施工管理等方面的水平有限，所以实际中的使用情况与国外的情况不一定能完全吻合，应加强在施工控制等方面的研究工作。