文 | Gerry Huber

在過(guò)去的50年里，以下對(duì)話可能已經(jīng)出現(xiàn)過(guò)許多次。我會(huì)這樣想，是因?yàn)槲覄側(cè)胄械臅r(shí)候也問(wèn)了同樣的問(wèn)題。

年輕的工程師問(wèn)：“我不明白，為什么我們將混合料的空隙率設(shè)計(jì)為4%，在施工中卻只要求達(dá)到8%？”

經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師答：“也許是因?yàn)榻煌〞?huì)把它壓實(shí)到4%吧。反正在我還是新人的時(shí)候，別人就是這樣告訴我的。”

“4%”的設(shè)計(jì)概念至少可以追溯到20世紀(jì)40年代早期，馬歇爾設(shè)計(jì)方法嶄露頭角的年代。如今，盡管大多數(shù)瀝青混合料已經(jīng)使用Superpave方法設(shè)計(jì)，這種方法身上還是帶著前者的影子——空隙率依舊被設(shè)計(jì)為4%。

在Superpave設(shè)計(jì)方法被開(kāi)發(fā)出來(lái)之前，馬歇爾設(shè)計(jì)方法無(wú)處不在。除了法國(guó)之外，它在全球幾乎成了一個(gè)通用標(biāo)準(zhǔn)。

1959年，原法國(guó)道路和橋梁中心實(shí)驗(yàn)室(LCPC)的人員在訪問(wèn)美國(guó)期間對(duì)得克薩斯旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀印象深刻；20世紀(jì)70年代，他們開(kāi)發(fā)了一種基于自己設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀的混合料設(shè)計(jì)方法。

雖然LCPC方法允許空隙率在某個(gè)范圍之內(nèi)，但是設(shè)計(jì)通常以5%進(jìn)行；道路的壓實(shí)目標(biāo)是最大密實(shí)度為95%(空隙率為5%)。

Superpave混合料設(shè)計(jì)方法圍繞Superpave旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀構(gòu)建。該設(shè)備起源于得克薩斯旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀，但是也吸納了法國(guó)對(duì)LCPC旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀的研究。考慮到它與兩種壓實(shí)儀及體積分析的關(guān)系，Superpave可以追溯到1890年代后期的Richardson設(shè)計(jì)方法。

在美國(guó)戰(zhàn)略公路研究計(jì)劃(SHRP，它是Superpave的搖籃)期間，發(fā)生過(guò)以類(lèi)似LCPC的方式設(shè)置Superpave的討論，即把空隙率設(shè)計(jì)為5%，施工時(shí)也壓實(shí)到5%。然而，為了便于實(shí)施，SHRP認(rèn)為Superpave應(yīng)該盡可能模仿馬歇爾設(shè)計(jì)方法，于是這個(gè)想法被束之高閣了。

為什么我們要繼續(xù)生活在馬歇爾設(shè)計(jì)方法的陰影下？從理論上講，Superpave應(yīng)該可以采用法國(guó)的做法。如果Superpave瀝青混合料的空隙率被壓實(shí)到5%，就有可能減少瀝青結(jié)合料的老化，并且在不增加成本的前提下延長(zhǎng)路面的壽命。

Superpave5使用的設(shè)計(jì)空隙率為5%，而不是目前的Superpave設(shè)計(jì)方法要求的4%。為了保持相同的最小瀝青含量，VMA比當(dāng)前Superpave體積配合比設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(AASHTO M323)中規(guī)定的值增加1%。

對(duì)Superpave5的設(shè)想是瀝青混合料至少具有相同的瀝青結(jié)合料含量，可以把現(xiàn)場(chǎng)空隙率壓實(shí)至5%，并且保證抗車(chē)轍能力不會(huì)變差。但是，這些可以實(shí)現(xiàn)嗎？路面的老化速度會(huì)變慢嗎？

印第安納州先后在2013、2014、2016年建設(shè)了3個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目。標(biāo)準(zhǔn)Superpave4瀝青混合料的平均密實(shí)度分別為92.5%、91.8%和93.3%(即空隙率分別為7.5%、8.2%和6.7%)；Superpave5混合料的平均密實(shí)度為95.9%、94.7%和95.5%(即空隙率分別為4.1%、5.3%和4.5%)。在所有的試驗(yàn)項(xiàng)目中，Superpave5和Superpave4瀝青混合料使用一樣的設(shè)備碾壓。這些試驗(yàn)項(xiàng)目用于確認(rèn)在相同的現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)下，可以獲得更高的密實(shí)度。

在2018年的評(píng)估中，從每個(gè)地點(diǎn)回收瀝青結(jié)合料，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：3個(gè)Superpave4樣品位置的平均值為PG 100.0-16.2；3個(gè)Superpave5樣品位置的平均值為PG 94.0-21.0。在高溫等級(jí)下，Superpave5部分的瀝青結(jié)合料老化比Superpave4低6 ℃；在低溫等級(jí)下，Superpave5部分的老化比Superpave4低4.8 ℃。

包含裂縫、車(chē)轍與平整度(IRI)在內(nèi)的路面狀況數(shù)據(jù)被自動(dòng)化車(chē)輛收集起來(lái)。使用Superpave5和Superpave4鋪筑的兩個(gè)部分都非常平整，平均車(chē)轍深度也基本相同。主要的性能差異在于表面開(kāi)裂。Superpave4部分被大約30～45 cm的塊狀裂縫覆蓋了，Superpave5部分則幾乎沒(méi)有。

該研究項(xiàng)目為Superpave5設(shè)定了設(shè)計(jì)參數(shù)，最早的試驗(yàn)段展現(xiàn)了它帶來(lái)的減少老化和開(kāi)裂等好處。2018年，印第安納州交通部(INDOT)簽訂了12個(gè)Superpave5項(xiàng)目，為該州的承包商獲得Superpave5瀝青混合料的設(shè)計(jì)與施工經(jīng)驗(yàn)創(chuàng)造條件。

2019年1月，INDOT修改了規(guī)范，要求所有瀝青混合料均采用Superpave5設(shè)計(jì)。從2019年9月開(kāi)始，INDOT的所有項(xiàng)目都將使用新的規(guī)范。

最后，我想可以回答文中那個(gè)問(wèn)題了：使用Superpave5設(shè)計(jì)方法可以減緩瀝青結(jié)合料的老化速度，從而在不增加成本的前提下減少路面裂縫，維持它的抗車(chē)轍能力。