任鈺芳，嚴二虎，郝 瑋，周震宇

(1.中國路橋工程有限責任公司 北京 100011；2.交通運輸部公路科學研究院 北京 100088；3.河南交通投資集團有限公司,河南 鄭州 450016)

0 引言

為響應國家“一帶一路”倡議，近年來我國企業(yè)在國際上承建了越來越多的公路工程項目，其中有很多項目中的瀝青路面工程需要同時執(zhí)行法國和中國的技術標準規(guī)范。但由表1可以看出法國瀝青混合料設計自成體系，其設計體系具有獨特性，試驗方法、試驗儀器、試驗條件等方面與我國瀝青混合料評價體系具有較大差異。很多工程上因同時進行法標和中標試驗需要而購置兩套體系的試驗設備，這一方面造成儀器設備投入增加，另一方面兩套體系差異造成工程上執(zhí)行困難。

表1 法標、中標瀝青混合料評價體系Tab.1 Asphalt mixture evaluation systems in Chinese and French standards

近年來法國高模量瀝青混凝土EME、超薄磨耗層BBTM等瀝青混合料技術在我國日益受關注[1-2]，由于法標與中標的較大差異，法國瀝青混合料技術無法在我國直接應用[3-4]。我國引進這些技術，需要購置相關試驗設備，這會造成技術引進和應用成本的增加。

根據交通運輸部“十三五”標準規(guī)范規(guī)劃要求，需進一步加強中外標準的高度融合、增強我國標準的國際化。目前我國正在進行交通運輸行業(yè)規(guī)程《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》(JTG E20)[5]修訂工作，考慮法標瀝青混合料評價體系的獨特性、在國際上廣泛應用和影響，兼顧交通運輸行業(yè)標準國際化要求，有必要進行法標和中標體系下瀝青混合料性能評價方法的對比研究。

為此，本研究采用了法國5種典型瀝青混合料和中國的4種典型瀝青混合料，按法標和中標體系的性能指標逐一進行試驗，包括壓實特性、水穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性、動態(tài)模量及疲勞性能，分析不同體系試驗特點，評價兩國的各性能指標之間相關性。

1 試驗用混合料

試驗研究用瀝青混合料情況見表2，其中含BBSG-10，GB-14，GB-20，EME-14和EME-20共5種法國典型瀝青混合料, AC-13，AC-20，AC-25，ATB-25共4種我國典型混合料。

表2中序號為1～3混合料為剛果布某一重點工程路面材料，相關試驗在該工程的中心試驗室進行，其混合料完全按照法標體系進行配合比設計。表2中序號4～6混合料使用集料、50/70瀝青為赤道幾內亞一某工程材料，而15/25為江蘇某公司生產的低標號瀝青，按照NF EN 13924-1[6]檢驗合格；相關試驗在國內完成，其中GB-20、EME-20混合料完全按照法標體系進行配合比設計；ATB-25混合料按照中標體系進行配合比設計。

表2 試驗研究用瀝青混合料Tab.2 Asphalt mixtures for test

表2中序號7～16混合料使用集料、瀝青均為國產材料，其中20#、35#均為江蘇某公司生產的低標號瀝青，20#和35#低標號道路石油瀝青滿足法國標準NF EN 13924-1與NF EN 12591[7]的技術要求，也滿足JTG F40報批稿的技術要求。高模量劑采用法國PR Module產品，檢測結果滿足《瀝青混合料改性添加劑 第8部分：高模量劑》[8](JT/T 860.8-2020)中的技術要求，其摻量為瀝青混合料總質量的0.6%。天然瀝青采用西安某公司的微粒化成品天然瀝青改性瀝青，型號為HWB-W[9]，其先將天然巖瀝青材料經物理研磨等加工得到的平均粒徑小于5 μm 的粉狀材料，然后與70#道路石油瀝青混合、剪切得到均勻的成品改性瀝青，其檢測結果滿足相關產品標準的技術要求。序號7～16混合料，其中EME-14、EME-20混合料均完全按照法標體系進行配合比設計；ATB-25混合料按照中標體系進行配合比設計；ATB-25、AC-25和AC-20瀝青混合料按照中標體系進行配合比設計。

2 壓實特性

2.1 試驗方法

壓實特性，主要通過不同成型方法成型圓柱體試件，測定毛體積密度，然后計算空隙率來進行評價。根據法標NF P 98-252[10]，用PCG旋轉剪力壓實機進行試驗，通過記取旋轉壓實次數等于攤鋪厚度(以cm表示)的10倍時所得壓實度，可以很精確地預測出將在工地獲得的壓實度。因此，如表3所示法國標準室內采用旋轉壓實儀PCG成型直徑150 mm試件，采用體積法測定毛體積密度；而我國采用馬歇爾法成型直徑101.6 mm試件，采用表干法測定毛體積相對密度。由此可見，法標和中標壓實特性試驗的設備、成型條件和試驗方法均不同。相對來說，旋轉壓實試驗采用的試件較大，需要的試樣數量較多。兩者試驗周期差不多，因此試驗效率接近。

表3 法標、中標壓實特性試驗條件Tab.3 Compaction characteristics test conditions in Chinese and French standards

2.2 壓實特性試驗結果

按表3試驗條件，表2中瀝青混合料的空隙率試驗結果見圖1。由圖可見，兩種體系得到的空隙率具有很高的相關性，相關性系數R2=0.86。整體來看，法標的空隙率測定值高于中標空隙率測定值，這是由于法標計算空隙率采用的毛體積密度采用體積法測定，是測定值小于按表干法測定的毛體積密度值，因此導致法標方法計算的空隙率高于中標方法計算空隙率。根據87個測定值計算，法標方法計算的空隙率與中標方法計算空隙率之差的平均值為1.9%。

圖1 中、法標瀝青混合料空隙率相關性Fig.1 Correlation of air voids between Chinese and French standards

3 水敏感性試驗

3.1 試驗方法

為了評價瀝青混合料水敏感性，法國方法認為直接壓縮試驗(多列士試驗)結果的重復性和再現性優(yōu)于間接拉伸試驗，因此法標方法推薦采用多列士試驗進行評價。試驗條件見表4，其采用靜壓成型2組試件，兩組試件分別采用18 ℃飽水7 d和18 ℃、相對濕度50%的條件下養(yǎng)生兩種條件進行處理，取兩組試件的18 ℃無側限抗壓強度比作為評價指標。我國瀝青混合料習慣采用浸水馬歇爾和凍融劈裂試驗來檢驗瀝青混合料水敏感性，本研究采用凍融劈裂試驗。凍融劈裂試驗采用馬歇爾擊實成型兩組試件，一組試件采用負壓飽水、-18 ℃凍融16 h、60 ℃高溫水浸泡24 h，取兩組試件的25 ℃劈裂強度比作為評價指標。由此可見，兩種體系水敏感性試驗的設備、條件、參數均不同相同。多列士試驗采用的試件較大、需要試樣質量較大，操作不便，且試驗周期較長。

表4 法標、中標水敏感性試驗條件Tab.4 Water sensitivity test conditions in Chinese and French standards

3.2 水敏感性試驗結果

按表4試驗條件，表2中瀝青混合料的水敏感性試驗結果見圖2。由圖2可見，根據法標標準，多列士試驗的無側限抗壓強度比一般要求不低于0.7，而我國凍融劈裂標準，對于基質瀝青混合料為75%，改性瀝青混合料為80%，可見我國水敏感性評價標準要高于法標體系的相應標準。從試驗結果來看，按照中標標準約有5%不合格，而法標不合格點數為0%。部分改性瀝青試樣(圖中黑色箭頭表示)的水敏感性指標雖符合法標，卻不滿足中標凍融劈裂標準，可見我國體系評價標準要比法標的嚴苛。

圖2 中、法標水敏感性試驗評價對比Fig.2 Comparison of water sensitivity test evaluations between Chinese and French standards

4 高溫性能

4.1 試驗方法

表5為法、中高溫性能試驗條件，可見兩國試驗方法原理基本相同，但是成型、試驗條件和評價指標不同。首先成型試件時，法國采用橡膠輪胎式輪碾機，即模擬膠輪壓路機對瀝青混合料進行搓揉成型，且成型試件尺寸較大；而我國輪碾機其與試件表面接觸為弧形鋼板，這與振動壓路機靜壓成型較為接近。車轍試驗時，法國和我國溫度條件相同，但是法國采用大型車轍儀，輪胎壓力較低而加載次數較多；而我國采用車轍儀尺寸較小，輪胎壓力較大而加載次數較小。由此可見，法標試件尺寸大，需要試樣數量較多，且試驗儀器較大，占地面積較大；同時法標試驗周期遠長于我國試驗周期。

4.2 高溫性能試驗結果

按表5試驗條件，表2中瀝青混合料的高溫性能試驗結果見圖3。由圖3可見，兩種體系得到的高溫穩(wěn)定性測定值具有非常高的相關性，相關性系數R2=0.89。

表5 法標、中標的高溫性能試驗條件Tab.5 High temperature performance test conditions in Chinese and French standards

圖3 中、法標高溫性能試驗相關性Fig. 3 Correlation of high temperature performance tests between Chinese and French standards

當前，國內對我國車轍試驗有著不同的看法。有的認為我國采用動穩(wěn)定度指標不合理，應采用變形量(即車轍深度)指標；也有的認為我國采用加載2 520次，與美國APA試驗8 000次、法國大車轍儀30 000次相比較，加載次數偏低。

目前國際上車轍試驗評價指標有變形量、變形率、變形斜率和動穩(wěn)定度。變形率是變形量除以試件厚度，而試件厚度是定值，理論上來說變形量與變形率等價；變形斜率是每作用1 000次的變形量增量，而動穩(wěn)定度是每變形1 mm需要加載次數，可見兩者互為倒數關系，理論上來說兩者是等價，只是表達方式不同。圖3中我國動穩(wěn)定度和法標的變形率高度相關；根據公路瀝青路面設計規(guī)范JTG D50公式(B.3.4)車轍試驗中動穩(wěn)定度與2 520次變形量高度相關。由此可見動穩(wěn)定度，與變形量、變形率、變形速率均具有高相關性，選用哪一種評價指標均是可行的。國際上各國選用哪一種指標只是習慣，并沒有先進之分，如我國和日本采用動穩(wěn)定度，法國采用變形率，英國采用變形斜率，而變形量應用較少。但是，對于一個國家，只能選用一個指標，否則會帶來混亂；目前我國一些工程上同時采用兩個指標，其實沒有必要。

圖4為GB-20混合料的中標和法標車轍試驗變形曲線，相同作用次數下我國車轍儀變形量均大于法國車轍儀變形量，其加載2 520次的車轍深度已經與法標加載30 000次的車轍深度相當。這是由于我國加載壓力為0.7 MPa，要大于法國0.6 MPa。瀝青路面車轍發(fā)展分為3個狀態(tài)，即初始壓密、穩(wěn)定階段和失穩(wěn)階段[13]，由圖4可見，兩種方法的車轍變形經歷了初始壓密、穩(wěn)定階段，均未出現失穩(wěn)階段。由此可見，車轍試驗確定的合理運行次數，應能夠使得絕大部分瀝青混合料車轍試驗的變形曲線處于穩(wěn)定階段；不存在運行次數越大，試驗方法越先進。實際上，表6中法國大車轍儀試驗在60 ℃試驗條件下，針對不同混合料采用不同運行次數，有30 000次，也有10 000次、3 000次，對于EME、GB瀝青混合料一般選擇30 000次，而對

圖4 中、法標車轍試驗變形量-加載次數曲線Fig.4 Curves of deformation vs. loading times in rutting tests in Chinese and French standards

表6 歐盟標準EN 13108-20中規(guī)定的歐盟瀝青混合料車轍試驗條件Tab.6 Rutting test conditions for asphalt mixtures specified in European standard EN 13108-20

于表面層BBSG、聯結層BBME則為3 000次。對于我國車轍儀，由于加載應力水平高，如果再增加加載次數，瀝青混合料車轍變形會進入失穩(wěn)狀態(tài)，試驗結果就沒有意義。

除了我國采用小車轍儀之外，日本及英國等歐盟國家也采用小車轍儀。日本和我國車轍儀尺寸完全一致；歐盟小車轍儀，加載輪為實心輪胎，寬50 mm、外徑200 mm，行程230 mm，這與我國完全一致，其加載頻率25.5～27.5次/min比我國頻率20～22次/min稍快，而其施加壓力為0.6 MPa比我國0.7 MPa低；其試模260 mm×300 mm×50～100 mm，僅寬度較我國稍小一些。表6可見，歐盟小車轍儀加載次數為10 000次，比我國加載次數要多3倍，但是我國車轍儀加載壓力要大于歐盟加載壓力，因此如果按照歐盟加載10 000次，對于很多瀝青混合料車轍變形會進入失穩(wěn)狀態(tài)。

歐美車轍試驗以變形率或變形量為評價指標時，均需要預作用一定次數荷載后試件表面作為變形零點，以消除初始壓密變形誤差，例如法國大車轍試驗、歐盟小車轍試驗、美國APA試驗分別需預壓1 000次、5次和2 000次。我國車轍試驗沒有這個預壓要求，初始壓密變形誤差會極大影響最終車轍變形量指標，但不會影響動穩(wěn)定度指標；如圖4中運行2次時，初始壓密變形量即達到0.75 mm，約占最終變形量19%。可見我國車轍試驗不宜直接采用變形量或變形率作為車轍評價指標。

5 動態(tài)模量

5.1 試驗方法

表7為法、中標的動態(tài)模量試驗條件，其中我國試驗溫度按《公路瀝青路面設計規(guī)范》JTG D50—2017[14]選用20 ℃。中、法兩國試驗的試件成型方法、試驗溫度、荷載條件不同。法標測定的是彎拉動態(tài)模量，而我國測定的是壓縮動態(tài)模量，理論上來說法標彎拉動態(tài)模量與現場交荷載作用下瀝青路面應變狀態(tài)更加接近，與疲勞試驗中彎拉狀態(tài)也是相符的。如圖5所示，法標梯形梁式試件尺寸較小，但是切割試件精度要求高[15]，相對而言中標試件成型、測試方法簡單一些。法標、中標試驗周期差異不大。

表7 中、法標動態(tài)模量試驗條件Tab.7 Dynamic modulus test conditions in Chinese and French standards

圖5 法國梯形梁式試件示意圖Fig.5 Schematic diagram of French trapezoidal beam specimen

5.2 動態(tài)模量試驗結果

按表7試驗條件，表2中瀝青混合料的動態(tài)模量試驗結果見圖6。由圖6可見，兩種體系得到的動態(tài)模量測定值具有非常高的相關性，相關性系數R2=0.91。我國20 ℃條件下單軸壓縮動態(tài)模量與法標15 ℃ 條件下彎拉動態(tài)模量之比平均值為0.968 3。進一步試驗數據表明，試驗溫度20 ℃、15 ℃條件下法標的動態(tài)模量之比約為0.74，則可以推算試驗溫度20 ℃ 條件下我國單軸壓縮動態(tài)模量與法國彎拉動態(tài)模量之比平均值為1.31。可見，同一溫度條件下，我國單軸壓縮動態(tài)模量高于法標彎拉動態(tài)模量，高約31%。

6 疲勞特性

6.1 試驗方法

表8為法、中標的疲勞試驗條件，其中四點彎曲疲勞試驗按JTG E20總校稿選用正弦波加載方式，試驗溫度為15 ℃。兩國疲勞試驗的試件成型方法、試驗溫度、加載模式、頻率均不同。法標測定的是兩點彎曲疲勞性能，而我國測定的是四點彎曲疲勞性能。法標試件尺寸較小，且加載頻率較高，試驗效率較高。

圖6 中、法標動態(tài)模量試驗相關性Fig.6 Correlation of dynamic modulus tests between Chinese and French standards

表8 不同疲勞試驗參數對比Tab.8 Comparison of different parameters in fatigue tests

法標梯形梁兩點彎曲疲勞試驗是在設定應變水平下試件承受的加載次數作為試件在相應應變水平上的疲勞壽命，通過設定至少3個應變水平，在正弦波加載模式下，通過雙對數圖繪制疲勞曲線，疲勞壽命以100萬次對應的失效應變水平是否滿足規(guī)范要求作為混合料設計的判定依據。而中標四點彎曲疲勞試驗，采用連續(xù)偏正弦波加載方式，試驗溫度為15 ℃，加載頻率10 Hz。根據國內河北院的相關研究結果表明，不論是相同應變條件下的疲勞壽命還是百萬次疲勞壽命對應的失效應變，兩點彎曲試驗在25 Hz條件下的試驗結果與四點彎曲試驗在10 Hz條件下的試驗結果具有較高的指數相關性，二者對于瀝青混合料疲勞性能的評價是一致的[18]。

6.2 疲勞性能試驗結果

按表8試驗條件，表2中瀝青混合料的疲勞性能試驗結果見圖7。由圖7可見，兩種體系得到的疲勞次數測定值具有非常高的相關性，相關性系數R2=0.81。我國15 ℃條件下疲勞次數與法標10 ℃條件下疲勞次數之比為0.86～1.21，平均值為1.08，兩者數值上非常接近。

圖7 中、法標疲勞性能試驗相關性Fig.7 Correlation of fatigue performance tests between Chinese and French standards

澳大利亞采用EME混合料，進行法標梯形梁式兩點疲勞和四點疲勞試驗對比研究，相應試驗溫度分別為10 ℃和20 ℃，兩點疲勞試驗測定100萬次疲勞失效應變?yōu)?33～153 με[19]，相應四點疲勞和兩點疲勞試驗的應變之差為-7～+41 με，應變之差平均值為19.5 με。

河北省交通規(guī)劃設計院研究表明，試驗溫度10 ℃ 條件下，EME瀝青混合料100萬次疲勞失效應變，兩點疲勞試驗130 με與四點疲勞試驗240 με等效。值得注意的是，我國JTG E20和法標中疲勞試驗應變水平是指最大拉應變，但是很多疲勞試驗系統(tǒng)中應變水平往往指正弦波的peak-peak應變，其應變水平的一半與最大拉應變相等。因此，河北省交通規(guī)劃設計院研究的應變水平應該減半。

根據本研究中EME試驗數據分析，法標兩點疲勞試驗10 ℃條件下的130 με，相當于四點疲勞試驗15 ℃條件下的130 με。

根據以上數據整理，對于EME瀝青混合料，法標兩點疲勞試驗10 ℃條件下的130 με，相當于四點疲勞試驗20 ℃條件下的150 με，15 ℃條件下的130 με，10 ℃條件下的120 με。

7 結論

通過采用9種典型瀝青混合料對法標和中標體系的性能指標逐一進行試驗研究，中、法兩國體系的瀝青混合料性能試驗方法、儀器和試驗條件均具有較大差異，評價兩國的各性能指標之間相關性得出以下結論：

(1)兩國壓實特性試驗結果具有高相關性，相關性系數R2=0.86。法國、中國試驗空隙率測定值轉換公式為y=0.744 4x-0.817。法標的空隙率測定值高于中標空隙率試驗測定值，兩者之差的平均值為1.9%。法標試驗用試件較大、需要的試樣數量較多，而兩種方法試驗周期大致相同。

(2)我國凍融劈裂試驗評價標準要比法標多列士試驗評價標準要嚴苛一些,并具有操作簡捷、效率高的優(yōu)勢。法國試驗用的試件較大，需要試樣數量較多，且試驗周期較長。

(3)兩國高溫性能試驗結果高相關性，相關性系數R2=0.89。法標變形率和中標動穩(wěn)定度轉換公式為y=13 578x-0.61。同時認為我國車轍試驗不宜采用變形量或變形率作為車轍評價指標。法標試驗用試件尺寸大，需要試樣數量較多，且試驗儀器較大，占地面積較大；同時法標試驗周期比我國試驗周期長。

(4)兩國動態(tài)模量試驗結果具有高相關性，相關性系數R2=0.91。法標15 ℃條件下彎拉動態(tài)模量與20 ℃條件下單軸壓縮動態(tài)模量轉換公式為y=0.927 8x+596.75。我國20 ℃條件下單軸壓縮動態(tài)模量與法標15 ℃條件下彎拉動態(tài)模量之比平均值為0.968 3。在20 ℃溫度條件下，我國單軸壓縮動態(tài)模量與法標彎拉動態(tài)模量之比平均值為1.31。中標測定單軸壓縮動態(tài)模量，試件成型、測試方法相對簡單，而法標測定彎拉動態(tài)模量，其與現場瀝青路面材料受荷載應力狀態(tài)更吻合一些。

(5)關于疲勞性能試驗，法標采用兩點疲勞試驗，試件尺寸較小，且加載頻率較高，試驗效率較高。兩國疲勞試驗結果具有高相關性，相關性系數R2=0.81。應變130 με條件下，法標10 ℃條件下疲勞次數與我國15 ℃ 條件下疲勞次數轉換公式為y=0.956 8x+65 926。我國15 ℃條件下疲勞次數與法標10 ℃條件下疲勞次數之比為0.86～1.21，平均值為1.08。