【摘要】本文介紹了瀝青路面的應(yīng)用與發(fā)展歷程，闡述了瀝青表處、瀝青混凝土、瀝青碎石、瀝青瑪蹄脂碎石路面和骨架--懸浮密實(shí)復(fù)合型瀝青路面的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用與發(fā)展的內(nèi)在邏輯，得出的結(jié)論是傳統(tǒng)的瀝青混凝土、瀝青碎石、瀝青瑪蹄脂碎石路面和新型的骨架--懸浮密實(shí)復(fù)合型瀝青路面是不同結(jié)構(gòu)形式的瀝青路面，它們的抗剪強(qiáng)度形成機(jī)理不同，各種材料在瀝青路面結(jié)構(gòu)中的作用也不同，骨架--懸浮密實(shí)復(fù)合型瀝青路面具有明顯的優(yōu)越性，是瀝青路面應(yīng)用與發(fā)展的方向。

【關(guān)鍵詞】瀝青路面；抗剪強(qiáng)度；應(yīng)用；發(fā)展

【Abstract】This paper introduces the application and development of asphalt pavement， and expounds the advantages and disadvantages of asphalt surface， asphalt concrete， asphalt crushed stone， asphalt mastic gravel pavement and skeleton-suspension compact asphalt pavement and its application and development Logic， the conclusion is that the traditional asphalt concrete， asphalt crushed stone， asphalt mastic gravel pavement and new skeleton - suspended dense composite asphalt pavement is a different form of asphalt pavement， their shear strength formation mechanism Different materials， the role of various materials in the asphalt pavement structure is also different， skeleton - suspended dense composite asphalt pavement has obvious advantages， is the asphalt pavement application and development direction.

【Key words】Asphalt pavement；Shear strength；Application；Development

1. 前言

從世界范圍來看，目前已建成的公路及城市道路絕大部分（80%以上）是瀝青路面]。由于車輛嚴(yán)重超載超限、大交通量、渠化行車以及高溫天氣等因素的影響，導(dǎo)致瀝青路面強(qiáng)度和勁度大幅度下降，很容易產(chǎn)生擁包、車轍等永久變形，路面的平整度降低，使用品質(zhì)下降，嚴(yán)重影響著行車舒適和安全，且維修養(yǎng)護(hù)比較困難。尤其是車轍，已成為瀝青路面早期最主要的病害，比如高速公路爬坡路段、BRT（公交快速運(yùn)輸）專用道和導(dǎo)向道等是車轍最易發(fā)生且最嚴(yán)重之處，資料顯示80%的瀝青路面出現(xiàn)不同程度的車轍，它是三大破損形式（疲勞、車轍和低溫開裂）中的頑疾，是最為突出的問題。因此，對(duì)瀝青路面的應(yīng)用與發(fā)展進(jìn)行深入的研究，確保其高溫穩(wěn)定性，達(dá)到瀝青路面不產(chǎn)生車轍的效果，以滿足現(xiàn)代交通的需求是當(dāng)務(wù)之急。

2. 瀝青路面的應(yīng)用與發(fā)展

2.1 瀝青路面國(guó)外的應(yīng)用與發(fā)展。

2.1.1 公元前3800年～公元前2500年就開始使用瀝青，先后在埃及的尼羅河、美索不達(dá)米亞的底格里斯河及幼發(fā)拉底河、巴基斯坦的鳊河等流域開發(fā)瀝青礦藏并應(yīng)用于日常生活中，閃族人開始所用瀝青膠結(jié)貝殼或石料作為行車路面。

2.1.2 約公元前600年，古巴比倫王國(guó)鋪筑了人類歷史上第一條瀝青路面，但這種技藝不久便失傳了。印加帝國(guó)在15世紀(jì)已采用天然瀝青修筑瀝青碎石路面。瀝青路面的起源，乃由于巖瀝青的發(fā)現(xiàn)及其利用，以1712年在瑞士發(fā)現(xiàn)的巖瀝青為契機(jī)，其后在德、法等國(guó)相繼發(fā)現(xiàn)。但一直到19世紀(jì)人類才真正開始利用瀝青筑路。1815年，Macadam利用瀝青作膠結(jié)料修筑瀝青碎石路面（非現(xiàn)代概念的瀝青碎石路面）。1833年在英國(guó)開始采用煤瀝青碎石路面鋪裝。1854年法國(guó)首先把巖瀝青用于道路路面，馬婁（L·Malo）在巴黎修筑了接近于現(xiàn)在的薄層瀝青路面，可以稱之為熱鋪巖瀝青路面之當(dāng)時(shí)被利用的巖瀝青是滲透有6～10%瀝青成分的石灰?guī)r，把它碎成細(xì)粒，加熱攤鋪碾壓，即成瀝青路面。其最大粒徑只有2.5mm，通過0.074mm的粉粒達(dá)到40%以上，由于當(dāng)時(shí)的交通還處于鐵路時(shí)代，道路上仍以馬車為主，所以巖瀝青路面能充分發(fā)揮其機(jī)能，成為當(dāng)時(shí)先進(jìn)的路面結(jié)構(gòu)。顯然，這種巖瀝青路面就是現(xiàn)代意義上的瀝青表處。因此，瀝青路面之始就是瀝青表處。美國(guó)到1850年以后才從法國(guó)、瑞士進(jìn)口大量巖瀝青，以東部為中心修筑巖瀝青路面，至1900年僅修筑了25000m2而已。1871年德斯門特（E·J·Desdment）在紐約市把砂、石灰石粉和特尼里特湖瀝青用以鋪筑瀝青路面獲得成功并申請(qǐng)了專利施工法。這是近代熱鋪湖瀝青路面之始。1872年華盛頓市應(yīng)用石灰石粉、砂、摻以湖瀝青及石油殘?jiān)托拗访?，開始使用渣油。1900年汽車時(shí)代交通開始，為滿足其需要，當(dāng)年美國(guó)在石粉、砂、湖瀝青混合料中加進(jìn)碎石，發(fā)明了瓦雷奈特式（Warrenite-bitulithic）路面，即下層為粗級(jí)配瀝青混凝土與上層為瀝青砂兩層攤鋪一次碾壓而成的雙層式瀝青混凝土路面，這是瀝青混凝土路面的由來。至1905年美國(guó)托皮卡市產(chǎn)生了托皮卡（Topeka）路面作為瀝青路面的耐磨層，使瀝青路面結(jié)構(gòu)更趨完善。1930年瀝青路面攤鋪機(jī)投入使用，1934年開始修筑高速公路，從此至今，瀝青路面成為現(xiàn)代高等級(jí)路面的主要類型。

2.1.3 瀝青用于修筑路面后，由于自原油蒸餾所得的渣油感溫性差，迫切需要加以處理，于是各種瀝青改性措施便應(yīng)運(yùn)而生。大約在1866年，曾有人采用硫化法，即用硫磺與瀝青共熱的方法，使所得產(chǎn)品（稱為匹茲堡瀝青，Pittsberg flux）軟化點(diǎn)升高，針入度降低。1881年E.J.De Smedt使用化學(xué)氧化劑制取氧化瀝青，成功的改善了瀝青的性質(zhì)。1894年美國(guó)的F.X.Byerleg在瀝青溫度為316℃時(shí)吹入空氣，成功的制取了氧化瀝青。

2.1.4 使用熱瀝青筑路既不方便又不安全，1910年在科諾大學(xué)廣場(chǎng)上第一次使用稀釋瀝青做單層瀝青表面處治路面。在此之前，瀝青材料用于筑路僅僅處于啟蒙期。

2.1.5 20世紀(jì)初，為了滿足重載交通的需要，美國(guó)沃倫兄弟公司申請(qǐng)了大粒徑瀝青混合料（LSAM：Large-Stone Asphalt Mixes）級(jí)配專利，其礦料最大粒徑達(dá)到75mm它具有良好的骨架穩(wěn)定性，能夠采用粘度較小的軟瀝青，十分有利于低溫穩(wěn)定性。

2.1.6 20世紀(jì)20年代末期，德國(guó)出現(xiàn)了稀漿封層，后來發(fā)展成為微表處（MS）。單層微表處（包括稀漿封層）結(jié)構(gòu)中集料最大碎石粒徑與成型厚度一致，骨架效應(yīng)強(qiáng)大，不會(huì)產(chǎn)生車轍。同時(shí)在骨架之間填充的是由其它粒徑的碎石和瀝青膠泥（瀝青和礦粉形成的膠結(jié)材料稱為細(xì)膠泥；細(xì)膠泥和細(xì)集料形成的膠結(jié)材料稱為粗膠泥。它們統(tǒng)稱為膠泥。）形成的懸浮密實(shí)型瀝青混合料，它是骨架型結(jié)構(gòu)和懸浮密實(shí)型結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一體，本文稱之為骨架——懸浮密實(shí)復(fù)合型結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)稱復(fù)合型結(jié)構(gòu)，用FH（“復(fù)合”漢語拼音首個(gè)字母連寫）表示。

2.1.7 20世紀(jì)20年代到50年代，瀝青路面技術(shù)在歐美等許多國(guó)家得到迅速發(fā)展。1911年美國(guó)首先提出按針入度作為瀝青的分級(jí)指標(biāo)。1916年德國(guó)的馬爾庫(kù)孫（Malcuson）提出了最初的瀝青組分分析方法，研究了瀝青組分含量與路用性能的關(guān)系。其后經(jīng)過雷西希娜（Jluu Xe Ha）、哈巴爾特（Habalt）、科貝特（Kobelt）、飯島博等人的補(bǔ)充和修正，形成了目前的分組分析法。在這一時(shí)期中，各國(guó)對(duì)瀝青的物理性能、化學(xué)結(jié)構(gòu)以及試驗(yàn)方法等進(jìn)行了大量的研究。但由于瀝青組成和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，研究并未取得重大的突破。

2.1.8 20世紀(jì)60年代，德國(guó)開發(fā)了瀝青瑪蹄脂碎石（SMA：Stone Mastic Asphalt）路面，它是一種由改性瀝青、纖維穩(wěn)定劑、礦粉及少量的細(xì)集料組成的瀝青瑪蹄脂填充間斷級(jí)配的粗集料碎石骨架間隙而形成的骨架嵌擠型密實(shí)結(jié)構(gòu)瀝青路面。其突出的優(yōu)點(diǎn)是抗車轍性能強(qiáng)。但粗骨架還要靠瀝青粘結(jié)在一起，碎石和瀝青共同承擔(dān)和傳遞行車荷載，因此要求瀝青具有高軟化點(diǎn)。

2.1.9 20世紀(jì)60年代，德國(guó)還開發(fā)了澆筑式瀝青混凝土路面，這種路面結(jié)構(gòu)屬于懸浮密實(shí)型，它采用的是硬瀝青，致使路面具有較高的抗車轍性能。

2.1.10 近幾十年來，隨著公路等級(jí)的不斷提高，對(duì)瀝青及其混合料提出了更高要求，促使研究工作進(jìn)一步深入。除針入度、延展度、軟化點(diǎn)三大常用指標(biāo)外，先后提出了脆點(diǎn)、含蠟量、族組分分析、黏附性以及旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱老化等一系列非常規(guī)指標(biāo)。還應(yīng)用流變學(xué)的理論和方法研究了瀝青路面的粘彈性力學(xué)特性、蠕變、應(yīng)力松弛、瀝青性能對(duì)溫度和時(shí)間的依賴關(guān)系，以及勁度和針入度指數(shù)等與流變學(xué)有關(guān)的指標(biāo)。與此同時(shí)，出現(xiàn)了許多改性瀝青，以提高瀝青結(jié)合料的路用性能。

2.1.11 對(duì)于瀝青混合料，有三個(gè)堪稱為里程碑的大事件，它們有力地推動(dòng)了瀝青路面的發(fā)展。它們是：

（1）在路面結(jié)構(gòu)類型方面，由于單層瀝青表面處治已不能滿足交通需求，出現(xiàn)了瀝青混合料攤鋪的瀝青路面，并開始制定了瀝青混合料的技術(shù)要求和質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。這些要求和方法至今仍在運(yùn)用，只是根據(jù)交通發(fā)展的需求對(duì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了適當(dāng)修正。

（2）20世紀(jì)60年代初，美國(guó)國(guó)有公路運(yùn)輸管理員協(xié)會(huì)（AASHTO）試驗(yàn)路的鋪筑和大量的試驗(yàn)研究成果的發(fā)表，使瀝青路面的設(shè)計(jì)、施工、結(jié)構(gòu)以及材料發(fā)生了根本的變化。AASHTO試驗(yàn)中的成果是集當(dāng)時(shí)研究成果之大成，許多成果后來成為美國(guó)AASHTO路面設(shè)計(jì)指南及一系列施工規(guī)范的依據(jù)。

（3）20世紀(jì)90年代初，美國(guó)戰(zhàn)略公路研究計(jì)劃（SHRP）、高性能瀝青路面（Superpave）等一大批研究成果的發(fā)表，使瀝青及瀝青混合料的研究開創(chuàng)了一個(gè)新紀(jì)元。延續(xù)了半個(gè)世紀(jì)的瀝青標(biāo)準(zhǔn)、瀝青混合料的體積設(shè)計(jì)方法，受到了瀝青結(jié)合料路用性能規(guī)范及瀝青混合料性能設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)和沖擊。就世界范圍而言，這方面的工作目前正在緊張的進(jìn)行，尚未最終完成。Superpave設(shè)計(jì)方法最大的優(yōu)點(diǎn)是，能夠判斷那一種級(jí)配抗車轍性能好，從而更好地事先選擇級(jí)配類型。

（4）美國(guó)SHRP計(jì)劃的瀝青研究項(xiàng)目的主要任務(wù)是制定一個(gè)以路面性能為基礎(chǔ)的瀝青材料規(guī)范和瀝青混合料規(guī)范，以及相配套的瀝青混合料設(shè)計(jì)方法。其基本思路是將瀝青的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)分別同其路用性能的研究聯(lián)系起來。

（5）20世紀(jì)末，美國(guó)德克薩斯州運(yùn)輸局開發(fā)了一種新粗骨架高結(jié)合料含量（CMHB）混合料，在這種路面結(jié)構(gòu)中，粗碎石與粗碎石間互相接觸時(shí)形成骨架，行車荷載主要由粗集料承擔(dān)并傳遞，就預(yù)防車轍而言是有利的[1]，但粗骨架還要靠瀝青粘結(jié)在一起，碎石和瀝青共同承擔(dān)和傳遞行車荷載，因此要求瀝青具有高軟化點(diǎn)。CMHB瀝青路面與SMA瀝青路面相類似。

2.2 瀝青路面國(guó)內(nèi)的應(yīng)用與發(fā)展。

（1）我國(guó)解放前鋪有高級(jí)、次高級(jí)路面不到350Km。中國(guó)上海在20世紀(jì)20年代開始鋪設(shè)瀝青路面；1935年在南京附近利用進(jìn)口瀝青鋪筑了瀝青路面試驗(yàn)段；1941年在滇緬公路修筑了雙層瀝青表面處治路面155Km；抗戰(zhàn)勝利后在寧杭公路修筑了瀝青貫入式及雙層瀝青表面處治等路面。

（2）1949年以后隨著中國(guó)自產(chǎn)路用瀝青材料工業(yè)的發(fā)展，瀝青路面已廣泛應(yīng)用于筑路，成為目前中國(guó)鋪筑面積最多的一種高級(jí)路面。

（3）建國(guó)到1980年代末，先是大規(guī)模建設(shè)了渣油表面處治路面，之后瀝青貫入式瀝青碎石結(jié)構(gòu)路面得到廣泛應(yīng)用。

（4）1980年代末以后，高級(jí)、次高級(jí)瀝青路面的應(yīng)用得到大發(fā)展，高速公路、國(guó)省干線公路、城市道路和農(nóng)村公路齊頭并進(jìn)。到2012年底，公路通車?yán)锍?23.8萬公里。其中：1985年，開始修建一級(jí)公路；1988年10月31日，第一條高速公路——滬嘉高速公路建成通車；1990年沈大高速公路建成通車。1998年末我國(guó)高速公路達(dá)到8 733Km；1999年10月高速公路通車?yán)锍掏黄屏?0 000Km；2005年高速公路通車?yán)锍踢_(dá)到4.1萬公里；2013年高速公路通車?yán)锍踢_(dá)到10.5萬公里，居世界第一。

（5）1980年代開始，我國(guó)研究應(yīng)用丁苯橡膠（SBR）、苯丁苯彈性聚合物（SBS）等改性劑改性瀝青，以提高瀝青路面的抗車轍性能。

（6）1980年代開始，我國(guó)研究應(yīng)用稀漿封層和微表處。后來微表處得到了大量應(yīng)用。

（7）1988年，沙慶林提出了多碎石瀝青混凝土（SAC）理論，4.75mm以上碎石用量多，形成骨架，同時(shí)適當(dāng)提高了粉料成分以達(dá)到密實(shí)，形成表面構(gòu)造深度大的瀝青路面。但粗骨架還要靠瀝青粘結(jié)在一起，碎石和瀝青共同承擔(dān)和傳遞行車荷載，因此要求瀝青具有高軟化點(diǎn)。SAC瀝青路面與SMA瀝青路面相類似。

（8）我國(guó)1992年引進(jìn)了SMA路面，最早使用在首都機(jī)場(chǎng)東跑道，隨后應(yīng)用于機(jī)場(chǎng)高速公路。SMA路面要求粗骨料形成骨架的同時(shí)，又使用了SBS改性瀝青，雙重提高路面的抗車轍性能。

（9）1990年代，我國(guó)開始研究應(yīng)用Superpave設(shè)計(jì)方法。

（10）2010年前后，王海有等研究開發(fā)了超粗型微表處，可以用10mm～20mm碎石和10mm～30mm碎石做微表處，使微表處單層成型厚度最厚達(dá)到30mm，以避免30mm厚的瀝青路面產(chǎn)生車轍。

（11）綜合國(guó)內(nèi)外瀝青路面的應(yīng)用與發(fā)展?fàn)顩r可知，起初的瀝青路面就是瀝青表處。由于瀝青表處路面不能滿足現(xiàn)代交通的需要，出現(xiàn)了三種典型的瀝青路面結(jié)構(gòu)，先是懸浮密實(shí)型結(jié)構(gòu)（如AC：瀝青混凝土路面），這種路面的缺點(diǎn)是抗車轍性能較差，于是出現(xiàn)了骨架空隙型結(jié)構(gòu)（如AM：瀝青碎石路面），這種路面抗車轍性能較好但耐久性較差，經(jīng)過改進(jìn)出現(xiàn)了骨架密實(shí)型結(jié)構(gòu)（如SMA：瀝青瑪蹄脂碎石路面），這種路面理論上講抗車轍性能和耐久性都較好，但其施工難度大，往往達(dá)不到理想的效果。當(dāng)前國(guó)際上的總體趨向是采用高含量大集料間斷級(jí)配改性瀝青混合料。

（12）在這些瀝青路面中，路面厚度（h）要求是集料最大碎石粒徑（D）的2～3倍，即h/D=2～3。其目的是便于壓實(shí)。

（13）單層微表處（包括稀漿封層）結(jié)構(gòu)中集料最大碎石粒徑與成型厚度一致（即h/D≈1），骨架效應(yīng)強(qiáng)大，不會(huì)產(chǎn)生車轍。問題是集料中最大碎石粒徑大于30mm時(shí)施工難度很大，例如用最大粒徑40mm的集料做微表處幾乎是不可能的；然而用較細(xì)集料做微表處時(shí)，如果成型厚度大于集料最大粒徑過多，那么微表處結(jié)構(gòu)就演變成了懸浮密實(shí)型結(jié)構(gòu)，它的抗車轍性能更差。

（14）由于單層微表處的厚度所限，近幾年王海有等開發(fā)了等厚粒徑碎石瀝青路面，它是骨架——懸浮密實(shí)復(fù)合型結(jié)構(gòu)，其施工方法是：它是先灑一層瀝青，在瀝青層上撒布碎石，碎石之間保存一定的距離，然后在碎石層上再灑一層瀝青，之后在瀝青碎石層上攤鋪熱拌瀝青混合料或者乳化瀝青稀漿混合料，經(jīng)碾壓、養(yǎng)護(hù)而成的瀝青路面。等厚粒徑碎石即撒布的碎石是單粒徑碎石，最大碎石的粒徑等于瀝青路面厚度，它的強(qiáng)度是由最大粒徑的碎石提供的，符合胡克定律，與傳統(tǒng)瀝青路面的強(qiáng)度符合摩爾--庫(kù)侖不同。

（15）瀝青路面發(fā)展的路線圖如圖1所示。

2.3 盡管國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者在瀝青和瀝青混合料方面做了大量的研究，但由于瀝青是一種成分十分復(fù)雜的無定型高分子化合物的混合物，同時(shí)瀝青路面又是工作在復(fù)雜多變的氣候條件與交通荷載的情況下，并且這些因素是隨機(jī)游走的，如何將各種情況下瀝青路面的使用品質(zhì)同瀝青及瀝青混合料的性能指標(biāo)聯(lián)系起來，尚需進(jìn)行大量的工作。具體有以下幾個(gè)方面：

（1）進(jìn)一步驗(yàn)證與完善已提出的瀝青及瀝青混合料的性能指標(biāo)，使其與路面的使用性能相適應(yīng)；

（2）進(jìn)一步深入研究改善瀝青與瀝青混合料性能的新型改性劑及改性工藝，以期提高在不同條件下瀝青路面的使用品質(zhì)；

（3）研究新型瀝青路面結(jié)構(gòu)與鋪筑工藝，以提高瀝青路面的使用品質(zhì)，延長(zhǎng)其使用壽命；

（4）改進(jìn)與完善瀝青混合料設(shè)計(jì)方法，以滿足各種不同條件下瀝青路面的使用要求；

（5）研究半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)中瀝青面層的功能及其合理厚度；

3. 結(jié)束語

綜上所述，對(duì)于瀝青路面的研究主要著力于三個(gè)方面：

（1）一是，優(yōu)化集料級(jí)配，控制較細(xì)集料和瀝青用量，使粗集料在瀝青路面結(jié)構(gòu)中形成骨架；

（2）二是，增強(qiáng)瀝青路面膠結(jié)材料的穩(wěn)定性，包括高溫穩(wěn)定性、低溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性和耐久性等；

（3）三是，按要求保證瀝青路面的密實(shí)程度。

骨架——懸浮密實(shí)復(fù)合型瀝青路面是應(yīng)用與發(fā)展的方向。

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[基金項(xiàng)目]河南省交通運(yùn)輸廳科技計(jì)劃項(xiàng)目（2015J03）.

[文章編號(hào)]1619-2737（2017）07-11-966

[作者簡(jiǎn)介] 宋現(xiàn)法（1971.3-），男，籍貫：河南郟縣人，學(xué)歷：本科，職稱：高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事公路工程技術(shù)與管理工作。