重交通道路瀝青混合料壓實標準及評價

陳浙江，徐曉和，蔣應軍

（1.金華市公路管理局，浙江 金華 321000；2.長安大學特殊地區(qū)公路工程教育部重點實驗室，陜西 西安 710064）

0 引言

隨著重交通的發(fā)展，我國不少高等級公路瀝青路面出現大量早期損壞，其中車轍、路表裂縫、松散和水損壞等表現尤為突出。路面早期損壞產生的原因是多方面的，而建立在中輕交通基礎上通過馬歇爾方法設計的混合料難以勝任重交通發(fā)展是主要原因之一。馬歇爾法是美國密西西比州公路局Bruce Marshall于1939年首次提出，1958年列入ASTMD1559，隨后成為世界上最盛行的瀝青混合料設計和施工控制的主要方法。我國自20世紀70年代以來開始應用馬歇爾設計方法，并納入了規(guī)范，一直沿用至今。馬歇爾方法理論精髓是室內采用某一擊實功得到的試件密度與多年實際交通作用下路面最終密度相等，也就是說室內擊實功應隨著實際交通狀況變化而調整。我國現行馬歇爾方法采用雙面各擊實75次或112次，建立于20世紀80年代初。

目前，干線公路上的交通狀況與20世紀80年代初相比，已發(fā)生了顯著的變化，貨車的軸載質量和輪胎的充氣壓力增大，交通量顯著增加，渠化交通加強，高壓輪胎的應用增多。實踐證明，重交通道路上瀝青路面的最終密度大于輕交通道路上，顯然，馬歇爾擊實功已與重交通不相適應，導致室內混合料密度偏低。同時為了滿足VMA、VFA、VV的要求，又使得瀝青用量偏高，在大流量、重軸載作用下路面易出現車轍及由此引起的自上而下的裂縫等路面早期損壞[2-4]。鑒于此，本文通過現場調查分析路面早期損壞，尤其是車轍與壓實標準的關系，通過室內試驗研究混合料力學性能及抗車轍性能與壓實標準之間關系，結合施工現場研究當前壓實機具下混合料所能達到的最大壓實水平，在此基礎上，提出重交通路面瀝青混合料壓實標準，并對其進行評價。

1 提高壓實標準的必要性

1.1 車轍與壓實標準關系的調查分析[4]

調查的兩條公路基本情況見表1，兩條公路通車3～4年混合料密度變化情況見表2。調查時，芯樣均取自輪跡帶和路肩上，輪跡帶基本上都是以壓密型車轍為主的變形，深度為1～3cm；路肩（緊急停車帶）上芯樣試件密度基本上代表路面竣工時的密度ρj。瀝青混合料采用現行馬歇爾方法設計，ρL為輪跡帶處芯樣密度。

表1 公路的基本情況調查表

表2 公路路面密度變化情況調查表

通過調查20世紀90年代后期修建的兩條公路，發(fā)現輪跡帶處密度均比設計密度大，空隙率均比設計空隙率小。表2中數據表明，在通車3～4年后行車道輪跡帶處混合料密度是竣工時密度的1.004～1.018倍，輪跡帶處基本上出現1～3cm車轍。然而，路面使用遠未達到設計年限，而后期交通量更大、軸載更重時，輪跡帶處路面密度遠未達到“最終密度”。因此，為了減輕瀝青路面壓密型車轍，壓實控制標準密度應大于馬歇爾密度×（1.004～1.018）。

1.2 混合料性能與壓實標準關系的試驗研究

1.2.1 體積參數

圖1 壓實度對ATB—30混合料體積參數的影響

壓實度對ATB—30混合料體積參數的影響規(guī)律見圖1。圖中K指不同擊實功成型試件密度與大馬歇爾試件密度之比的百分率，試驗材料取自榆綏高速公路LM—4試驗段現場拌和的ATB—30瀝青混合料。如圖1所示，隨著壓實度K的增加，ATB—30混合料試件的空隙率VV和礦料間隙率VMA呈線性減小，有效瀝青飽和度VFA近似線性增大。這表明擊實功的不同造成試件密度不盡相同，而這結果恰恰為滿足不同交通水平的要求提供了依據。

1.2.2 力學性能

壓實度對ATB—30混合料力學性能影響規(guī)律見圖2。如圖2所示，ATB—30混合料力學性能隨壓實度增加呈線性增強。壓實度在99%～102%之間時，壓實度每增加1%，瀝青混合料60℃穩(wěn)定度MS、20℃抗壓強度Rc、-20℃抗拉強度σ、60℃抗剪強度τd分別提高31%、28%、26%、43%。這表明提高壓實度有利于提升混合料力學性能。

圖2 壓實度對ATB—30瀝青混合料力學性能的影響

1.2.3 抗車轍性能

壓實度對ATB—30瀝青混合料抗車轍性能的影響規(guī)律見圖3。如圖3所示，ATB—30混合料動穩(wěn)定度DS隨著壓實度的增加而增大，而車轍變形量RD則隨著壓實度的增加而減小。壓實度在99%～102%時，壓實度每增加1%，瀝青混合料動穩(wěn)定度平均提高25.4%，車轍變形量平均降低8.9%。

綜上所述，隨著ATB—30瀝青混合料壓實度的提高，混合料穩(wěn)定度、抗壓強度、抗拉強度、抗剪強度和抗車轍性能均有不同程度的提高，這為減少失穩(wěn)型車轍提供了可靠的依據。

圖3 壓實度對抗車轍性能的影響

2 壓實標準提高的可行性

室內馬歇爾試件密度ρM與路面芯樣密度ρX及壓實度K的數據見表3。為了分析當前壓實機械的壓實水平，在榆綏高速公路LM—1、LM—2、LM—4進行壓實性能研究，試驗段均在反復碾壓作用下使現場密度無明顯變化為止。

表3 馬歇爾試件密度與路面所能達到最大密度及壓實度

表3（續(xù)）

《公路工程質量檢驗評定標準》（JTG F801—2012）中壓實度代表值計算方法為：表3的統(tǒng)計結果見表4。

表4 現場所能達到最大壓實度的代表值

現行馬歇爾擊實標準建立于80年代初，當時壓實機械普遍采用低于20t的膠輪壓路機、2～6t的振動壓路機、6～8t的雙輪鋼筒壓路機。表4中數據表明，隨著施工工藝和壓實機械水平的提高，尤其是普遍采用攤鋪機攤鋪、10～14t的振動壓路機、25～30t的膠輪壓路機后，在壓實性能上有質的飛躍，如壓實度普遍在100.2%～103.5%，95%保證率下壓實度可達101.3%～101.8%。這為鋪筑出壓實度更高、質量更好的瀝青面層提供了保證。

3 重載交通壓實標準及評價

3.1 重交通壓實標準

結合表4數據和評定辦法K0.95≥K0（K0為壓實度標準），表明在當前施工機械壓實水平下，K0可由現行規(guī)范的97%提高到101.3%。鑒于規(guī)范中壓實度標準以及壓實度評定辦法具有系統(tǒng)性，建議通過提高標準密度的措施予以實現，規(guī)范壓實度標準值K0=97%～100%，則標準密度為現行規(guī)范的現場施工控制密度為馬歇爾密度×（1.013～1.044），這可確保在現有設備下充分碾壓瀝青混合料后壓實度達97%～100%。考慮到新事物有逐漸被大家認識、接受的過程，因此，作為過渡，建議重交通路面瀝青混合料壓實標準為：施工控制標準密度取馬歇爾密度×1.02，K0=97%～100%。

3.2 重交通壓實標準評價

由表2最后1列數據可知，若采用現行規(guī)范的馬歇爾密度×1.02倍作為標準密度，則通車3～4年后路面密度均低于重交通路面壓實標準密度，即可緩解瀝青路面早期壓密型車轍。

前述研究表明：壓實度提高1%，力學性能至少可提高13%，動穩(wěn)定度提高25.4%、車轍變形量降低8.9%。因此，采用重交通壓實標準，至少可使混合料力學性能提高26%，動穩(wěn)定度提高50%，車轍變形量降低18%。

因此，建議重交通路面混合料壓實標準為：施工控制標準密度取馬歇爾密度×1.02，K0=97%～100%。

4 結論

（1）通過現場調查分析了路面早期損壞尤其是車轍與壓實標準的關系，結果表明：通車3～4年后路面密度普遍高出馬歇爾試件密度的1.004～1.018倍，且輪跡帶處出現深度約1～3cm的車轍。

（2）通過室內試驗研究了混合料力學性能及抗車轍性能與壓實標準之間的關系，結果表明：壓實度在99%～102%，壓實度每增加1%，ATB—30瀝青混合料力學性能至少可提高13%，動穩(wěn)定度提高25.4%、車轍變形量降低8.9%。

（3）結合施工現場研究了當前壓實機具下混合料所能達到的最大壓實水平，結果表明：當前壓實機械水平下，瀝青路面所能達到的最大密度約為馬歇爾試件密度的1.02倍。

（4）結合路面車轍、混合料性能與壓實標準之間的關系及當前壓實機械壓實水平，提出重交通瀝青混合料壓實標準為：施工控制標準密度=馬歇爾密度×1.02、K0=97%～100%，評價結果表明：采用重交通混合料壓實標準，可提高混合料力學性能26%，動穩(wěn)定度50%，降低車轍變形量18%，顯著地緩解路面早期損壞現象。

限于篇幅，本文以ATB—30混合料為例論證提高壓實標準的必要性和可行性。同理，也可對其他類型的瀝青混合料壓實標準進行論證，結果證明重交通瀝青混合料壓實標準（施工控制標準密度=馬歇爾密度×1.02、K0=97%～100%）同樣適用于其他類型瀝青混合料。

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