試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)在superpave瀝青路面質(zhì)量控制中的應(yīng)用

焦紅勛

（深圳高速工程顧問(wèn)有限公司，廣東 深圳 18034）

superpave技術(shù)至今還處在研究和推廣的階段，這種路面結(jié)構(gòu)形式出現(xiàn)時(shí)間較短，國(guó)內(nèi)經(jīng)驗(yàn)相對(duì)缺乏，截止目前我國(guó)還沒(méi)有正式出臺(tái)一套系統(tǒng)的國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其施工質(zhì)量的控制進(jìn)行規(guī)范，更勿論作為路面質(zhì)量控制的重要手段之一——試驗(yàn)檢測(cè)的具體應(yīng)用了。要真正做到對(duì)superpave路面質(zhì)量的有效控制，必須結(jié)合superpave技術(shù)的特點(diǎn)和要求以及現(xiàn)行的國(guó)家或行業(yè)試驗(yàn)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、規(guī)程，并科學(xué)合理地進(jìn)行組織及運(yùn)用，方能達(dá)到對(duì)superpave路面質(zhì)量的有效控制。

在superpave瀝青路面的施工中，我們可以通過(guò)對(duì)選用或使用的瀝青進(jìn)行PG等級(jí)的評(píng)定、配備與superpave技術(shù)相配套的試驗(yàn)檢測(cè)儀器設(shè)備、對(duì)礦料級(jí)配進(jìn)行比選、并采用區(qū)別于馬歇爾瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)方法的Superpave瀝青混合料設(shè)計(jì)系統(tǒng)對(duì)瀝青混合料進(jìn)行完善的瀝青混合料配合比的設(shè)計(jì)、在進(jìn)行體積指標(biāo)計(jì)算時(shí)根據(jù)石料的類別有區(qū)別地采用不同的集料密度進(jìn)行理論最大相對(duì)密度的計(jì)算、模擬路面的實(shí)際施工和使用情況采用合理的試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)施工中的瀝青混合料以及成型后的瀝青路面的路用性能進(jìn)行必要的試驗(yàn)檢測(cè)和驗(yàn)證等，以達(dá)到對(duì)superpave瀝青路面質(zhì)量有效控制的目的。

Superpave技術(shù)的重要成果之一，是建立了一套全新的瀝青膠結(jié)料規(guī)范，即采用PG等級(jí)評(píng)定瀝青。這是對(duì)路用瀝青生產(chǎn)和應(yīng)用的一場(chǎng)革命，這套標(biāo)準(zhǔn)能夠較好地與路用性能相鍥合。但是，我們必須認(rèn)識(shí)到：雖然我國(guó)目前的部分重交通瀝青路用性能規(guī)范指標(biāo)與美國(guó)的SHRP性能指標(biāo)之間有著很好的相關(guān)關(guān)系，但是不同品牌的瀝青不一定都能滿足PG性能等級(jí)的要求，而這些要求直接與路面的路用性能密切相關(guān)。根據(jù)江蘇省對(duì)superpave瀝青路面技術(shù)應(yīng)用的實(shí)踐表明：如果錯(cuò)誤的使用了不符合SHRP性能等級(jí)的瀝青，則會(huì)產(chǎn)生路面的早期損害。正是因?yàn)槲覈?guó)生產(chǎn)的瀝青技術(shù)指標(biāo)與美國(guó)的PG分級(jí)是兩個(gè)不同的指標(biāo)系統(tǒng)，那么單單依靠我國(guó)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)選用瀝青，顯然是不合適的，必須對(duì)選用或使用的瀝青進(jìn)行 PG等級(jí)的評(píng)定，以達(dá)到真正滿足SHRP性能的要求，以進(jìn)一步確保superpave瀝青路面的質(zhì)量，為superpave技術(shù)的實(shí)施奠定基礎(chǔ)，避免路面的早期損壞。在給瀝青分類的SHRP Superpave PG系統(tǒng)中，使用動(dòng)態(tài)剪切流變儀（DSR)描述高溫和中溫時(shí)瀝青的粘性和彈性成分特性。在通常的道路服務(wù)溫度下，大多瀝青表現(xiàn)為粘彈性材料，即同時(shí)既像彈性固體又像粘性液體。DSR在給定溫度和荷載頻率下測(cè)定瀝青的復(fù)數(shù)剪切模量G'和相位角&。復(fù)數(shù)剪切模量可解釋為重復(fù)剪切下瀝青總的抵抗變形能力，由與相位角&有關(guān)的G'和G''組成。G'是瀝青的儲(chǔ)存模量或彈性性能，而G''是瀝青的損失模量或粘性部分。所以，要對(duì)瀝青選用或使用的瀝青進(jìn)行PG等級(jí)的評(píng)定，動(dòng)態(tài)剪切流變儀（DSR)是superpave瀝青路面實(shí)施中不可或缺的試驗(yàn)設(shè)備。

Superpave瀝青混合料設(shè)計(jì)系統(tǒng)與當(dāng)前普遍使用的馬歇爾試驗(yàn)方法截然不同，最大的區(qū)別就是采用剪切旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀(SGC)成型試件。剪切旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀(SGC)是柔性路面在荷載作用下的機(jī)械模擬。它可以近似地模擬荷載在公路上行駛時(shí)輪胎與路面的相互作用，通過(guò)旋轉(zhuǎn)壓實(shí)，使試件中瀝青混合料的密實(shí)度達(dá)到汽車輪胎實(shí)際作用于路面時(shí)所產(chǎn)生的密實(shí)度。在試件壓實(shí)的過(guò)程中，剪切旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀能夠通過(guò)采集的試件混合料壓實(shí)數(shù)據(jù) (空隙率、礦料間隙率、瀝青飽和度、壓實(shí)度及有效瀝青含量等)，建立與旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，根據(jù)在一定條件下的Superpave交通水準(zhǔn)及路面設(shè)計(jì)交通荷載情況，確定級(jí)配的合理性及瀝青混合料最佳用油量。所以，配備旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀是瀝青混合料設(shè)計(jì)以及進(jìn)行施工質(zhì)量控制的必要前提。

該方法要求在設(shè)計(jì)瀝青路面時(shí)，充分考慮在服務(wù)期內(nèi)溫度對(duì)路面的影響，要求路面在最高設(shè)計(jì)溫度時(shí)能滿足高溫性能的要求，不產(chǎn)生過(guò)量地車轍；在路面最低溫度時(shí)，能滿足低溫性能的要求，避免或減少低溫開裂；在常溫范圍內(nèi)控制疲勞開裂。對(duì)于瀝青結(jié)合料，采用旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱試驗(yàn)來(lái)模擬瀝青混合料在拌和和攤鋪工程中的老化；采用壓力老化容器模擬瀝青在路面使用工程中的老化。以上這些瀝青混合料老化試驗(yàn)、不同溫度或使用條件下的路面使用性能的驗(yàn)證等，都離不開相配套的試驗(yàn)檢測(cè)儀器的協(xié)助。

Superpave集料級(jí)配的控制要求完全不同于我國(guó)瀝青路面技術(shù)規(guī)范的級(jí)配范圍，主要采用控制點(diǎn)和限制區(qū)來(lái)初選級(jí)配?？刂泣c(diǎn)的作用主要是避免偏粗、偏細(xì)集料的含量過(guò)多或過(guò)少，一般來(lái)說(shuō)，在控制點(diǎn)范圍內(nèi)的級(jí)配由于各種粒徑的集料比例合適，在施工中不容易產(chǎn)生離析。限制區(qū)的意義是：一般通過(guò)禁區(qū)的級(jí)配混合料在施工過(guò)程中容易產(chǎn)生推移現(xiàn)象，而不易壓實(shí)，且在路面使用過(guò)程中抵抗變形能力較差，同時(shí)這種級(jí)配的混合料對(duì)瀝青用量敏感，抗塑性差。

采用馬歇爾設(shè)計(jì)方法主要依據(jù)級(jí)配范圍確定級(jí)配，試驗(yàn)人員的主要任務(wù)僅僅是確定該級(jí)配下的瀝青用量，并沒(méi)有進(jìn)行級(jí)配的比較和選擇。而Superpave設(shè)計(jì)方法雖然最終確定的瀝青用量是根據(jù)一定次數(shù)的旋轉(zhuǎn)壓實(shí)下試件空隙率為4%時(shí)所對(duì)應(yīng)的瀝青用量，但它同時(shí)必須保證壓實(shí)混合料在4%空隙率時(shí)，不僅VMA、VFA、粉膠比滿足要求，而且它的初始?jí)簩?shí)度、最終壓實(shí)度以及高、低溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性等路用性能等也必須同時(shí)滿足要求。

美國(guó)在進(jìn)行混合料體積設(shè)計(jì)時(shí)均采用了實(shí)測(cè)最大理論密度的指標(biāo)。江蘇的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)告訴我們：對(duì)于吸水率較小的石灰?guī)r，粗細(xì)集料均采用集料的視密度計(jì)算得到的混合料最大理論密度與實(shí)測(cè)的最大理論密度相一致。這是由于石灰?guī)r和瀝青的粘附性較好，其表面的孔隙在瀝青混合料中均被瀝青占有。在瀝青混合料中，集料的體積與計(jì)算集料視密度的體積相等，因此采用集料的視密度是合理的。當(dāng)采用玄武巖時(shí)，粗集料采用毛體積密度和視密度的平均值，細(xì)集料采用視密度計(jì)算出的混合料最大理論密度與實(shí)測(cè)值接近。

綜上所述：（1）必須按照規(guī)范規(guī)定的頻率對(duì)所選用或使用的瀝青進(jìn)行PG等級(jí)評(píng)定，以符合我國(guó)的氣候條件和交通狀況以及設(shè)計(jì)要求；（2）必須配備剪切旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀(SGC)、動(dòng)態(tài)剪切流變儀（DSR)、旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱、壓力老化容器、車轍試驗(yàn)儀、低溫試驗(yàn)箱、低溫彎曲設(shè)備、低溫劈裂裝置等與superpave技術(shù)相配套的試驗(yàn)儀器設(shè)備，以保證試驗(yàn)檢測(cè)活動(dòng)的開展和質(zhì)量控制的要求；（3）必須采用與馬歇爾試驗(yàn)方法不同的Superpave瀝青混合料設(shè)計(jì)系統(tǒng)對(duì)瀝青混合料進(jìn)行完善的瀝青混合料設(shè)計(jì)，確保滿足superpave的技術(shù)要求，達(dá)到設(shè)計(jì)的路用性能指標(biāo)。（4）要進(jìn)行級(jí)配的比較和選擇。采用控制點(diǎn)和限制區(qū)來(lái)初選級(jí)配，最終確定的瀝青用量必須保證壓實(shí)混合料在4%空隙率時(shí)，VMA、VFA、粉膠比滿足要求，而且初始?jí)簩?shí)度和最終壓實(shí)度以及高、低溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性等路用性能等也必須同時(shí)滿足要求。（5）在superpave混合料設(shè)計(jì)時(shí)宜采用實(shí)測(cè)最大理論密度。當(dāng)按照規(guī)范的要求采用計(jì)算法時(shí)，必須區(qū)分不同類型的巖石，而采用不同的集料密度來(lái)參與計(jì)算：當(dāng)所用石料是石灰?guī)r時(shí)，集料的密度宜采用視密度；當(dāng)為玄武巖時(shí)，粗集料宜采用毛體積密度和視密度的平均值，細(xì)集料宜采用視密度。

[1]江蘇省交通科學(xué)研究院編譯.高性能瀝青路面(Superpave)基礎(chǔ)參考手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，2005.

[2]交通部公路科學(xué)研究所主編.公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[M].北京：人民交通出版社,2005.

[3]交通部公路科學(xué)研究所主編.公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程[M].北京：人民交通出版社，2000.