高性能瀝青路面SUPERPAVE在美國的應(yīng)用狀況

1、高性能瀝青路面SUPERPA VE 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(shí)間相對(duì)較短，國外、國內(nèi)經(jīng)驗(yàn)相對(duì)缺乏。本文參考了 SUPERPAVE 在美國施工中的一些難點(diǎn)、焦點(diǎn)問題，并結(jié)合蘇嘉杭高速公路SUPERPAVE 路面的實(shí)踐，對(duì)一些問題進(jìn)行了分析。1 前言SUPERPAVE是美國耗資 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 萬美元。 1992 年 SHRP計(jì)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

2、分州已開始修建 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(zhēng)論一直很多。 為此美國聯(lián)邦公路局 （F HWA）聯(lián)合美國國家瀝青路面協(xié)會(huì)（ NAPA），組織專家組編寫了 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（美國各州瀝青路面協(xié)會(huì)）針對(duì)原材料、混合料設(shè)計(jì)

3、、拌和、攤鋪、碾壓、質(zhì)量控制六個(gè)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(zhēng)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(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。 所用的 SUPERPAVE混合料相對(duì)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

4、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(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 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

5、有40存在著1一些問題，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 SUPERPA VE級(jí)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(yàn)要求， 如車轍試驗(yàn)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(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 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-PAVE12.5 和

6、 SUPERPAVE19。 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(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

7、特性設(shè)計(jì)指標(biāo)頗費(fèi)周折。 主要問題是空隙率較低、 偏差較大。解決這個(gè)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(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(shí)產(chǎn)量介于 250350 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，一般采用 6 8 個(gè)冷料倉。50的 SUPERPAVE混合料溫度較傳統(tǒng)增加了 58，這可能是由于使用了改性瀝青或混合料較硬。 美國對(duì)于 SUPERP

8、AVE混合料的拌時(shí)間沒有作任何的變動(dòng)要求。生產(chǎn) SUPERPAVE混合料對(duì)瀝青拌和廠并沒有特別的要求。 但對(duì)級(jí)配控制、 細(xì)料數(shù)量及類型、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 SUPERPAVE混合料的運(yùn)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(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

9、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(yàn)來確定現(xiàn)場(chǎng)碾壓溫度。2三分之二的 SUPERPAVE工程遇到了混合料的軟化現(xiàn)象， 這是因?yàn)?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(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

10、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?？偟恼f來， 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 SU PERPAVE工程均使用了最

11、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、

12、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(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(shí)度的問題。 通過對(duì)細(xì)節(jié)問題的處理可以解決這些問題，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)附近存在問題， 部分美國專家認(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

13、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(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。3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。美國全國范圍內(nèi)的調(diào)查顯示： 限魄 納柚眉 蟮叵拗屏薙 UPERP

14、AVE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(yàn)。 因此需要確定一種室內(nèi)混合料試驗(yàn)方法來指導(dǎo)施工碾壓。美國的調(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、V FA等體積指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果會(huì)產(chǎn)生很大影響，從而