試驗檢測技術在superpave瀝青路面質量控制中的應用

焦紅勛

（深圳高速工程顧問有限公司，廣東 深圳 18034）

superpave技術至今還處在研究和推廣的階段，這種路面結構形式出現時間較短，國內經驗相對缺乏，截止目前我國還沒有正式出臺一套系統的國家或行業標準對其施工質量的控制進行規范，更勿論作為路面質量控制的重要手段之一——試驗檢測的具體應用了。要真正做到對superpave路面質量的有效控制，必須結合superpave技術的特點和要求以及現行的國家或行業試驗檢測標準、規范、規程，并科學合理地進行組織及運用，方能達到對superpave路面質量的有效控制。

在superpave瀝青路面的施工中，我們可以通過對選用或使用的瀝青進行PG等級的評定、配備與superpave技術相配套的試驗檢測儀器設備、對礦料級配進行比選、并采用區別于馬歇爾瀝青混合料配合比設計方法的Superpave瀝青混合料設計系統對瀝青混合料進行完善的瀝青混合料配合比的設計、在進行體積指標計算時根據石料的類別有區別地采用不同的集料密度進行理論最大相對密度的計算、模擬路面的實際施工和使用情況采用合理的試驗方法標準，對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行必要的試驗檢測和驗證等，以達到對superpave瀝青路面質量有效控制的目的。

Superpave技術的重要成果之一，是建立了一套全新的瀝青膠結料規范，即采用PG等級評定瀝青。這是對路用瀝青生產和應用的一場革命，這套標準能夠較好地與路用性能相鍥合。但是，我們必須認識到：雖然我國目前的部分重交通瀝青路用性能規范指標與美國的SHRP性能指標之間有著很好的相關關系，但是不同品牌的瀝青不一定都能滿足PG性能等級的要求，而這些要求直接與路面的路用性能密切相關。根據江蘇省對superpave瀝青路面技術應用的實踐表明：如果錯誤的使用了不符合SHRP性能等級的瀝青，則會產生路面的早期損害。正是因為我國生產的瀝青技術指標與美國的PG分級是兩個不同的指標系統，那么單單依靠我國的技術標準來選用瀝青，顯然是不合適的，必須對選用或使用的瀝青進行 PG等級的評定，以達到真正滿足SHRP性能的要求，以進一步確保superpave瀝青路面的質量，為superpave技術的實施奠定基礎，避免路面的早期損壞。在給瀝青分類的SHRP Superpave PG系統中，使用動態剪切流變儀（DSR)描述高溫和中溫時瀝青的粘性和彈性成分特性。在通常的道路服務溫度下，大多瀝青表現為粘彈性材料，即同時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定瀝青的復數剪切模量G'和相位角&。復數剪切模量可解釋為重復剪切下瀝青總的抵抗變形能力，由與相位角&有關的G'和G''組成。G'是瀝青的儲存模量或彈性性能，而G''是瀝青的損失模量或粘性部分。所以，要對瀝青選用或使用的瀝青進行PG等級的評定，動態剪切流變儀（DSR)是superpave瀝青路面實施中不可或缺的試驗設備。

Superpave瀝青混合料設計系統與當前普遍使用的馬歇爾試驗方法截然不同，最大的區別就是采用剪切旋轉壓實儀(SGC)成型試件。剪切旋轉壓實儀(SGC)是柔性路面在荷載作用下的機械模擬。它可以近似地模擬荷載在公路上行駛時輪胎與路面的相互作用，通過旋轉壓實，使試件中瀝青混合料的密實度達到汽車輪胎實際作用于路面時所產生的密實度。在試件壓實的過程中，剪切旋轉壓實儀能夠通過采集的試件混合料壓實數據 (空隙率、礦料間隙率、瀝青飽和度、壓實度及有效瀝青含量等)，建立與旋轉壓實次數的對應關系，根據在一定條件下的Superpave交通水準及路面設計交通荷載情況，確定級配的合理性及瀝青混合料最佳用油量。所以，配備旋轉壓實儀是瀝青混合料設計以及進行施工質量控制的必要前提。

該方法要求在設計瀝青路面時，充分考慮在服務期內溫度對路面的影響，要求路面在最高設計溫度時能滿足高溫性能的要求，不產生過量地車轍；在路面最低溫度時，能滿足低溫性能的要求，避免或減少低溫開裂；在常溫范圍內控制疲勞開裂。對于瀝青結合料，采用旋轉薄膜烘箱試驗來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、不同溫度或使用條件下的路面使用性能的驗證等，都離不開相配套的試驗檢測儀器的協助。

Superpave集料級配的控制要求完全不同于我國瀝青路面技術規范的級配范圍，主要采用控制點和限制區來初選級配。控制點的作用主要是避免偏粗、偏細集料的含量過多或過少，一般來說，在控制點范圍內的級配由于各種粒徑的集料比例合適，在施工中不容易產生離析。限制區的意義是：一般通過禁區的級配混合料在施工過程中容易產生推移現象，而不易壓實，且在路面使用過程中抵抗變形能力較差，同時這種級配的混合料對瀝青用量敏感，抗塑性差。

采用馬歇爾設計方法主要依據級配范圍確定級配，試驗人員的主要任務僅僅是確定該級配下的瀝青用量，并沒有進行級配的比較和選擇。而Superpave設計方法雖然最終確定的瀝青用量是根據一定次數的旋轉壓實下試件空隙率為4%時所對應的瀝青用量，但它同時必須保證壓實混合料在4%空隙率時，不僅VMA、VFA、粉膠比滿足要求，而且它的初始壓實度、最終壓實度以及高、低溫穩定性、水穩定性等路用性能等也必須同時滿足要求。

美國在進行混合料體積設計時均采用了實測最大理論密度的指標。江蘇的實踐經驗告訴我們：對于吸水率較小的石灰巖，粗細集料均采用集料的視密度計算得到的混合料最大理論密度與實測的最大理論密度相一致。這是由于石灰巖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。當采用玄武巖時，粗集料采用毛體積密度和視密度的平均值，細集料采用視密度計算出的混合料最大理論密度與實測值接近。

綜上所述：（1）必須按照規范規定的頻率對所選用或使用的瀝青進行PG等級評定，以符合我國的氣候條件和交通狀況以及設計要求；（2）必須配備剪切旋轉壓實儀(SGC)、動態剪切流變儀（DSR)、旋轉薄膜烘箱、壓力老化容器、車轍試驗儀、低溫試驗箱、低溫彎曲設備、低溫劈裂裝置等與superpave技術相配套的試驗儀器設備，以保證試驗檢測活動的開展和質量控制的要求；（3）必須采用與馬歇爾試驗方法不同的Superpave瀝青混合料設計系統對瀝青混合料進行完善的瀝青混合料設計，確保滿足superpave的技術要求，達到設計的路用性能指標。（4）要進行級配的比較和選擇。采用控制點和限制區來初選級配，最終確定的瀝青用量必須保證壓實混合料在4%空隙率時，VMA、VFA、粉膠比滿足要求，而且初始壓實度和最終壓實度以及高、低溫穩定性、水穩定性等路用性能等也必須同時滿足要求。（5）在superpave混合料設計時宜采用實測最大理論密度。當按照規范的要求采用計算法時，必須區分不同類型的巖石，而采用不同的集料密度來參與計算：當所用石料是石灰巖時，集料的密度宜采用視密度；當為玄武巖時，粗集料宜采用毛體積密度和視密度的平均值，細集料宜采用視密度。

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

[2]交通部公路科學研究所主編.公路瀝青路面施工技術規范[M].北京：人民交通出版社,2005.

[3]交通部公路科學研究所主編.公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程[M].北京：人民交通出版社，2000.