阮有力， 呂正龍

(1.貴州省公路局， 貴州 貴陽(yáng) 550003； 2.蘇交科集團(tuán)股份有限公司； 3.新型道路材料國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室)

貴州省自2015年引入Superpave技術(shù)，有效支撐了貴州省干線公路瀝青路面質(zhì)量的提升，但在Superpave技術(shù)本土化的過(guò)程中，仍有一些問(wèn)題需要明確，如采用什么樣的方法進(jìn)行性能驗(yàn)證、壓實(shí)度采用什么樣的指標(biāo)控制、旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀缺乏的情況下能否用馬歇爾擊實(shí)儀取代驗(yàn)證等，只有這些問(wèn)題得到進(jìn)一步解答，才能更好地促進(jìn)Superpave技術(shù)本土化的實(shí)施，從而進(jìn)一步提升貴州省干線公路建設(shè)質(zhì)量。

基于此，該文主要從性能驗(yàn)證指標(biāo)、壓實(shí)度控制指標(biāo)和質(zhì)量控制手段等方面展開(kāi)，結(jié)合貴州省干線公路Superpave實(shí)施現(xiàn)狀進(jìn)行適用性分析，提出合理的建議。

1 性能驗(yàn)證指標(biāo)

1.1 水損害指標(biāo)

1.1.1 水損害性能評(píng)價(jià)方法概述

Superpave配合比設(shè)計(jì)方法中對(duì)體積設(shè)計(jì)完成的混合料采用AASHTO T283方法進(jìn)行抗水損害性能驗(yàn)證，而中國(guó)主要采用浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)，下面對(duì)這3種方法分別展開(kāi)評(píng)述。

(1) 浸水馬歇爾試驗(yàn)

中國(guó)現(xiàn)行的浸水馬歇爾試驗(yàn)是在規(guī)定的馬歇爾擊實(shí)次數(shù)下成型試件，對(duì)于不同的瀝青混合料，用于水穩(wěn)定性試驗(yàn)的試件空隙率則會(huì)不同，浸水馬歇爾試驗(yàn)不能在相同的基準(zhǔn)面上進(jìn)行比較分析。同時(shí)在實(shí)際施工過(guò)程中，混合料的壓實(shí)以空隙率為控制指標(biāo)，而不是以壓實(shí)功為控制指標(biāo)，均采用相同擊實(shí)次數(shù)的浸水馬歇爾試驗(yàn)的試驗(yàn)條件與施工實(shí)際情況不符；另一方面，采用75次馬歇爾擊實(shí)儀雙面擊實(shí)，試件空隙率已達(dá)到設(shè)計(jì)空隙率3%～5%，此時(shí)水很難浸入，也更難浸入瀝青膜和集料之間，沒(méi)有足夠的水，水損壞也就無(wú)從說(shuō)起，如果要用殘留馬歇爾穩(wěn)定度作為指標(biāo)，需使空隙率接近現(xiàn)場(chǎng)空隙率，也就是說(shuō)試件空隙率應(yīng)為6%～8%。

(2) 凍融劈裂(T0729)試驗(yàn)

中國(guó)規(guī)范中采用的凍融劈裂試驗(yàn)是采用簡(jiǎn)化的Lottman法，通過(guò)降低擊實(shí)次數(shù)以達(dá)到更高的空隙率從而更接近現(xiàn)場(chǎng)空隙率，但是實(shí)際上具體的空隙率和飽水率不得而知。該文統(tǒng)計(jì)了32組配合比設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，采用該方法性能驗(yàn)證的空隙率(圖1)基本維持在5%～6%之間，但數(shù)值相對(duì)分散，空隙率仍高于路面服役時(shí)的空隙率。

(3) 凍融劈裂(AASHTO T283)試驗(yàn)

AASHTO T283方法考慮到松散混合料的短期老化，且要求試件空隙率嚴(yán)格控制在(7±0.5)%，試件飽水率要求為70%～80%，此種方法空隙率與剛鋪筑完成的瀝青路面的實(shí)際空隙率相當(dāng)，更符合路面實(shí)際情況，且均控制在一個(gè)恒定的波動(dòng)范圍內(nèi)，便于在同一水平上進(jìn)行比較。

圖1 凍融劈裂(T0729)試件空隙率

1.1.2 指標(biāo)適用性分析

(1) 不同試驗(yàn)方法對(duì)比

該項(xiàng)目分別采用浸水馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)(T0729)和凍融劈裂試驗(yàn)(AASHTO T283)評(píng)價(jià)SBS改性瀝青Sup-13和SBS改性瀝青Sup-20混合料的抗水損害性能，如表1所示。

表1 不同瀝青混合料水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果

從表1可以看出：對(duì)于劈裂強(qiáng)度比指標(biāo)而言，采用AASHTO T283的指標(biāo)相比T0729的指標(biāo)值要低，這主要是由于AASHTO T283增加了混合料的短期老化和一次60 ℃水中24 h的過(guò)程，試驗(yàn)條件更為苛刻。同時(shí)，兩種試驗(yàn)方法的試件空隙率如表2所示。

表2 AASHTO T283和凍融劈裂試驗(yàn)T0729試件空隙率對(duì)比

從表2可以看出：AASHTO T283試件的空隙率維持在7.0%左右，這與現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)后的路面實(shí)際空隙率比較接近，而T0729的空隙率相對(duì)較為離散，且低于AASHTO T283試件，綜合比較而言，美國(guó)AASHTO T283試驗(yàn)方法試件空隙率大、試驗(yàn)條件惡劣，且空隙率與路面初始空隙率相當(dāng)，更能評(píng)價(jià)瀝青混合料抗水損害能力；另一方面，20世紀(jì)90年代，某高速公路發(fā)生了水損害，經(jīng)檢測(cè)壓實(shí)度基本滿足中國(guó)指標(biāo)，水穩(wěn)定性全部滿足中國(guó)指標(biāo)，但是采用某種集料的Superpave混合料水敏感性經(jīng)檢測(cè)不合格(凍融劈裂強(qiáng)度僅為64.0%)，綜上建議采用美國(guó)AASHTO T283方法來(lái)評(píng)價(jià)瀝青混合料抗水損害能力，貴州干線公路Superpave瀝青混合料凍融劈裂指標(biāo)按照J(rèn)TG F40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》相關(guān)要求設(shè)置為TSR≥80%。

(2) 不同指標(biāo)的相關(guān)性分析

該文調(diào)研了新型道路材料國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室2014—2015年瀝青混合料配合比相關(guān)數(shù)據(jù)，分析了浸水馬歇爾試驗(yàn)與凍融劈裂試驗(yàn)T0729、浸水馬歇爾試驗(yàn)與AASHTO T283試驗(yàn)的相關(guān)性，結(jié)果如圖2、3所示。

圖2 浸水馬歇爾試驗(yàn)與AASHTO T283試驗(yàn)相關(guān)性(R2=0.3)

圖3 浸水馬歇爾試驗(yàn)與凍融劈裂試驗(yàn)T0729相關(guān)性(R2=0.6)

從圖2、3可以看出：浸水馬歇爾試驗(yàn)與凍融劈裂評(píng)價(jià)方法相關(guān)性均不好，相關(guān)系數(shù)分別為0.3和0.6，考慮到試件試驗(yàn)條件與路面服役環(huán)境的一致性，對(duì)于貴州干線公路Superpave瀝青路面采用AASHTO T283試驗(yàn)評(píng)價(jià)Superpave混合料的水損害性能。

1.2 高低溫性能評(píng)價(jià)指標(biāo)

Superpave瀝青混合料設(shè)計(jì)在體積設(shè)計(jì)完成后，目前只進(jìn)行水敏感性能檢驗(yàn)，而沒(méi)有進(jìn)行其他混合料性能檢測(cè)，缺乏對(duì)瀝青混合料抗高溫、低溫、疲勞性能的評(píng)估，為避免評(píng)價(jià)指標(biāo)單一，有必要對(duì)Superpave混合料性能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，結(jié)合貴州干線公路特點(diǎn)，該文主要從高溫和低溫兩個(gè)層面進(jìn)行評(píng)估，考慮到目前美國(guó)此方面研究尚未推廣到施工階段，該文主要基于中國(guó)規(guī)范的指標(biāo)進(jìn)行性能驗(yàn)證，即采用劈裂強(qiáng)度比、動(dòng)穩(wěn)定度及破壞應(yīng)變3個(gè)指標(biāo)共同控制，從而有效地補(bǔ)充了Superpave技術(shù)的混合料評(píng)價(jià)體系，建議貴州干線公路瀝青混合料性能指標(biāo)如表3所示。

表3 貴州干線公路瀝青混合料性能指標(biāo)

試驗(yàn)方法：動(dòng)穩(wěn)定度：T0719；劈裂強(qiáng)度比：AASHTO T283；破壞應(yīng)變：T0715。

由于貴州干線公路Superpave瀝青路面開(kāi)始實(shí)施不久，缺乏相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，為驗(yàn)證這些指標(biāo)的合適性，項(xiàng)目調(diào)研了新型道路材料國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室2014—2015年Superpave配合比試驗(yàn)數(shù)據(jù)，如圖4～11所示。

圖4 國(guó)家實(shí)驗(yàn)室普通瀝青Superpave混合料浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

圖5 國(guó)家實(shí)驗(yàn)室普通瀝青Superpave混合料AASHTO T283試驗(yàn)結(jié)果

從圖4～11可以看出：除了SBS改性瀝青Superpave混合料5/34個(gè)點(diǎn)破壞應(yīng)變不滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)(≥2 500 με)外，其余指標(biāo)均能滿足要求，因此采用3個(gè)指標(biāo)共同控制可以對(duì)設(shè)計(jì)混合料的質(zhì)量起到較好的控制作用。

圖6 國(guó)家實(shí)驗(yàn)室普通瀝青Superpave混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果

圖7 國(guó)家實(shí)驗(yàn)室普通瀝青Superpave混合料低溫試驗(yàn)結(jié)果

圖8 國(guó)家實(shí)驗(yàn)室SBS改性瀝青Superpave混合料浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

圖9 國(guó)家實(shí)驗(yàn)室SBS改性瀝青Superpave混合料AASHTO T283試驗(yàn)結(jié)果

圖10 國(guó)家實(shí)驗(yàn)室SBS改性瀝青Superpave混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果

圖11 國(guó)家實(shí)驗(yàn)室SBS改性瀝青Superpave混合料低溫試驗(yàn)結(jié)果

2 壓實(shí)度控制指標(biāo)

2.1 壓實(shí)度常用控制指標(biāo)

JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定：① 路面壓實(shí)度按照馬歇爾標(biāo)準(zhǔn)密度96%進(jìn)行控制，但是，馬歇爾標(biāo)準(zhǔn)密度影響因素較多，馬歇爾擊實(shí)功與路面實(shí)際施工碾壓功相差較大，馬氏壓實(shí)度起不到控制路面施工質(zhì)量的作用；② 采用馬歇爾標(biāo)準(zhǔn)控制偏低，路面現(xiàn)場(chǎng)空隙率偏大，導(dǎo)致路面過(guò)早發(fā)生早期破壞，影響路面使用壽命；而采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)度，雖然壓實(shí)功和現(xiàn)場(chǎng)碾壓較為匹配，但也容易受人為干擾，而導(dǎo)致實(shí)際路面的密度仍偏低，空隙率偏大；采用理論最大相對(duì)密度進(jìn)行壓實(shí)度控制，最大的優(yōu)點(diǎn)是直接表征了路面的性能。該文分別對(duì)這3個(gè)指標(biāo)的適用性進(jìn)行進(jìn)一步分析。

2.2 指標(biāo)適用性分析

該文調(diào)研了貴州干線公路Superpave瀝青路面壓實(shí)度數(shù)據(jù)，如圖12～17所示，從調(diào)研結(jié)果可以看出：馬氏壓實(shí)度超百現(xiàn)象嚴(yán)重，而旋轉(zhuǎn)壓實(shí)度僅有少數(shù)超百，相對(duì)而言，馬歇爾擊實(shí)功與現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)功匹配度較差，不利于路面壓實(shí)效果控制，綜合統(tǒng)計(jì)結(jié)果及各評(píng)價(jià)指標(biāo)的優(yōu)劣性，建議貴州省干線公路Superpave瀝青路面壓實(shí)度采用理論壓實(shí)度控制，控制指標(biāo)為不低于97%。

圖12 貴州省Sup-13瀝青路面壓實(shí)度分布情況

圖13 貴州省Sup-13瀝青路面壓實(shí)狀態(tài)分布情況

圖14 貴州省Sup-20瀝青路面壓實(shí)度分布情況

3 質(zhì)量控制手段

依托某干線公路瀝青路面Sup-13配合比設(shè)計(jì)結(jié)果，按照Sup-13級(jí)配采用馬歇爾擊實(shí)，擊實(shí)結(jié)果如表4所示。

圖15 貴州省Sup-20瀝青路面壓實(shí)狀態(tài)分布情況

圖16 貴州省Sup-25瀝青路面壓實(shí)度分布情況

圖17 貴州省Sup-25瀝青路面壓實(shí)狀態(tài)分布情況

表4 旋轉(zhuǎn)壓實(shí)設(shè)計(jì)級(jí)配采用馬歇爾擊實(shí)結(jié)果

從表4可以看出：馬歇爾擊實(shí)75次的空隙率高于旋轉(zhuǎn)壓實(shí)100次，說(shuō)明馬歇爾設(shè)計(jì)過(guò)程的擊實(shí)功低于旋轉(zhuǎn)壓實(shí)，至于兩者之間是否有相關(guān)性，項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)了國(guó)家實(shí)驗(yàn)室部分試驗(yàn)數(shù)據(jù)，如表5所示，從表5中可以看出空隙率差值分布在0.4%～3.1%之間，較為離散，無(wú)規(guī)律可循。

事實(shí)上，從現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的馬氏壓實(shí)度和旋轉(zhuǎn)壓實(shí)度(圖18～20)可以看出：馬氏壓實(shí)度明顯高于旋轉(zhuǎn)壓實(shí)度，這是由于馬歇爾擊實(shí)功低于旋轉(zhuǎn)壓實(shí)功，導(dǎo)致馬氏標(biāo)準(zhǔn)密度偏小，從而使得計(jì)算出的壓實(shí)度偏大，超百現(xiàn)象嚴(yán)重。由于Superpave設(shè)計(jì)方法和馬歇爾設(shè)計(jì)方法之間沒(méi)有特定的相關(guān)性，特別是若多種集料的性狀(例如顆粒形狀)發(fā)生變化，馬歇爾法不能及時(shí)甄別這種變化對(duì)混合料的影響，將對(duì)工程造成極大的質(zhì)量隱患。因此，若采用Superpave法設(shè)計(jì)混合料，建議在質(zhì)量控制中，也必須采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。

表5 旋轉(zhuǎn)壓實(shí)設(shè)計(jì)級(jí)配采用馬歇爾擊實(shí)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

圖18 Sup-13現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度

圖19 Sup-20現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度

圖20 Sup-25現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度

4 結(jié)論

(1) 浸水馬歇爾試驗(yàn)與凍融劈裂評(píng)價(jià)方法(AASHTO T283和AASHTO T0729)相關(guān)性均不好，相關(guān)系數(shù)分別為0.3和0.6。

(2) 采用AASHTO T283凍融劈裂試驗(yàn)評(píng)價(jià)Superpave瀝青混合料抗水損害性能，試驗(yàn)條件與路面實(shí)際服役條件相近，建議劈裂強(qiáng)度比不小于80%。

(3) 馬歇爾壓實(shí)度超百現(xiàn)象嚴(yán)重，無(wú)法真實(shí)反映瀝青路面的壓實(shí)狀況，建議采用理論壓實(shí)度評(píng)價(jià)壓實(shí)效果。旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀和馬歇爾擊實(shí)儀成型的試件體積指標(biāo)不相關(guān)，馬歇爾擊實(shí)儀取代旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀控制施工質(zhì)量存在風(fēng)險(xiǎn)。