高速公路Superpave路面施工中的應用要點

李 巖 青

(山西長興路橋工程有限公司，山西 長治 046000)

目前，在我國高速公路施工中，AC與AK是瀝青混合料礦料級配最常用的兩種類型，均無法滿足重載、超載大交通量條件下路面使用性能的要求，很多高速公路路面使用不到3年就達到15年的設計使用壽命。其中，AC結構路面車轍是最常見的早期損壞，AK結構路面坑槽、裂縫等水損壞是最常見的路面損壞。SMA路面具有顯著的抗車轍性能，但成本大，對施工技術要求較高，大規模應用存在一定困難。Superpave路面質量明顯比傳統馬歇爾設計的路面好，是解決路面早期損壞問題的有效途徑。

在美國，采用高性能瀝青路面(Superpave)占熱拌瀝青混合料的82%(2001年)，路面整體質量明顯優于傳統的瀝青路面，使得路面路用性能得到顯著提高。目前，我國已有近20多個省區應用了高性能瀝青路面技術，修筑了7 000多千米的瀝青路面，所筑路面的耐久性和安全性得到顯著提高，實現了10年甚至更長時間的不大修。

1 概述

在瀝青混合料設計中，通常采用試驗室設計方法進行并確定。即使完全按實驗室提出的混合料設計標準和方法，也不能確保成型后路面優良的路用性能，不出現比較嚴重的早期損害，如車轍、疲勞、低溫開裂、水損害等現象。

Superpave(Superior Performing Asphalt Pavements)是美國公路戰略研究項目的重要成果之一。在Superpave體系下，路面性能的改善主要是通過控制車轍、低溫開裂和疲勞開裂來實現的。該技術的核心在于：

1)規范瀝青膠結料性能(PG規范)，不僅注意到原樣瀝青的性能，更重視路面使用若干年后的性能；

2)Superpave混合料設計方法。

在PG分級里，瀝青性能用高、低溫兩個指標來表征。根據施工現場氣溫確定當地的最高和最低溫度。在混合料設計中，僅考慮最高和最低溫度是不夠的，還應考慮極限溫度在當地持續的時間。在具體選擇時，應綜合考慮“度×天數”實際情況來選擇膠結料的PG等級。

我國傳統的路面設計是建立在半剛性基礎上的瀝青路面設計方法，采用Superpave路面是解決我國高速公路車轍問題的一個重要途徑。

2 混合料設計要點

在我國高速公路中，應用機械自動擊實儀進行瀝青混合料設計最多，在該法下的標準密度容易出現偏低的狀況，碾壓完畢的路面容易形成偏大的空隙率，投入使用后容易出現早期破壞或水損壞現象。在Superpave路面設計中，混合料設計采用全新的設計方法，試件制備采用旋轉壓實儀進行，對瀝青混合料的揉搓效果更接近現場實際碾壓狀況，保證路面有理想的性能。

與傳統意義上的馬歇爾混合料設計方法相比，Superpave混合料設計方法有很多優點：

1)粗集料含量增加。在馬歇爾法混合料中，粗集料含量為50%～60%。Superpave混合料的粗集料用量為60%～70%，且4.75 mm～9.5 mm用量增加，分布較均勻，使得抗車轍能力增加。設計的集料級配線應在控制點范圍內，不得進入限制區。

2)能適應更大的集料粒徑。我國使用的馬歇爾擊實儀，只能適應最大公稱粒徑為19 mm的混合料。當進行馬歇爾試驗時，使用25 mm混合料時，大于19 mm的要用13.2～19.0集料替代，馬歇爾試件的體積性質并不能真實反映路面情況。Superpave是用了150 mm直徑試件解決了適應最大公稱粒徑25 mm，甚至最大公稱粒徑37.5 mm的集料問題。

3)增加了2 h短期老化時間。試件拌和后立即測定的體積性質與2 h短期老化后的體積性質是完全不一樣的。

4)Superpave增加了粉膠比控制指標。馬歇爾設計方法沒有這個指標。在Superpave技術要求中，粉膠比十分重要，是控制混合料質量的關鍵之一。在其規范中，要求細級配混合料為0.6～1.2，粗級配為0.8～1.6，在其范圍之內，較大的值混合料徑度也大，但是超過了這個最大值，粉多，瀝青膠結料少，混合料就粘性差，穩定性降低。小于粉膠比下限，則瀝青量偏多，粉太少，這種混合料的穩定性也不足。

3 施工工序要點

Superpave屬于熱拌瀝青混合料的一種，施工質量控制采用傳統的混合料生產控制即可。對Superpave路面來說，需特別注意的是要保證很好的級配，壓實相對較難，成型后的路面抗車轍能力較高。

在某高速公路施工中，瀝青路面上面層厚度4 cm，采用Superpave-13結構。

在進行施工前，對施工機具(如拌和樓、攤鋪機、壓路機等)進行全面檢查、調整，對計量裝置須進行調校。在進行Superpave路面混合料鋪攤時，要求中面層表面溫度不低于15 ℃。

1)原材料。原材料質量應從源頭抓起，須對進場材料按批進行抽檢和分類堆放，以保證材料質量。

瀝青采用優質SBS改性瀝青，這是控制和確保瀝青混合料性能的核心。

粗集料選用反擊式破碎機軋制的碎石，采用玄武巖或輝綠巖最好，75%以上比例的碎石顆粒具有兩個破碎面。不同粒徑的應堆放在硬化的堆放場，防止被其他顆粒材料污染。

細集料采用石灰巖粉碎的機制砂，使用天然砂時，其含量不大于集料總量的15%。

Superpave瀝青混合料宜采用石灰石加工的礦粉，嚴禁使用拌和機回收的粉塵，設置防雨頂棚儲存。

Superpave瀝青混合料上面層使用摻加抗剝落劑。

2)混合料拌制。混合料級配應與設計級配一致，將級配誤差控制在一定范圍內。合理確定瀝青用量，將添加誤差控制在允許范圍以內。

采用拌和場集中拌制混合料。采用間歇式拌和機進行混合料生產，應配備有計量裝置和溫控裝置，以及自動打印功能。應采取有效的除塵措施，防止礦粉飛散導致的環境污染。

在混合料生產時，要求每缸混合料拌和時間控制在35 s～50 s，其中干拌時間不少于5 s。要求生產完畢的成品混合料須拌和均勻，無花白料、無結團塊或離析現象。

為確保混合料性能，要求混合料生產盡量做到隨拌隨鋪，嚴格禁止儲存過夜現象。

溫度控制。在混合料生產過程中，瀝青加熱溫度按170 ℃±5 ℃的范圍進行控制，將礦料加熱溫度按180 ℃±5 ℃的范圍進行控制，成品混合料的出料溫度按175 ℃±5 ℃的范圍進行控制。當混合料溫度超過190 ℃時，則應當予以廢棄。

3)混合料運輸。采用大噸位自卸車運輸。為防止瀝青與車廂板粘結，可涂一薄層隔離劑。涂刷的隔離劑嚴禁使用柴油和水混合物。

為保證運至施工現場的混合料具有較高的鋪攤溫度，采取加蓋棉被或苫布等保溫措施覆蓋運料車廂。

專人對運至施工現場的混合料進行溫度檢測。低于要求的鋪攤溫度時，嚴禁運料車進入施工現場。

4)混合料攤鋪。在鋪攤前，應徹底進行中面層表面的清掃，確保干凈無雜物，且壓實度等指標達標后，進行粘層瀝青的均勻噴灑。

按不低于150 ℃進行混合料鋪攤溫度控制。采用攤鋪機進行連續不間斷的作業，應合理確定鋪攤機行進速度，確保混合料生產、運輸、鋪攤機碾壓能力相匹配。應綜合考慮混合料級配、碾壓機具等因素，合理確定混合料松鋪系數。

縱向接縫采用熱接縫，橫向工縫采用平接縫。

5)混合料碾壓。Superpave混合料采用較多棱角和較粗的集料，且膠結料勁度較高，其壓實是影響路面性能至關重要的因素。為確保路面壓實效果，應在較高的混合料溫度下盡量縮短碾壓時間。

在攤鋪Superpave路面時，壓路機應緊隨攤鋪機，確保“趁熱”壓實，尤其在低溫施工更要搶火侯。在碾壓過程中，碾壓速度應控制在5 km/h以內。

路面壓實作業可分為初壓、復壓和終壓三個階段，須合理確定壓路機組合方式和碾壓各階段遍數。在初壓階段，要求鋼輪壓路機(要求規格為10 t或10 t以上)緊跟攤鋪機進行作業，初壓結束時的混合料表面溫度應不低于115 ℃。在復壓階段，用輪胎壓路機(要求規格為16 t～25 t)進行碾壓，須緊接在初壓完成后進行，要求復壓結束時的混合料表面溫度不得低于95 ℃。使用較寬的鋼輪壓路機終壓收光，消除輪跡印，終壓結束后的混合料表面溫度不得低于90 ℃。

在碾壓過程中，應嚴格進行碾壓溫度和碾壓工序控制，嚴禁低溫下反復碾壓導致的集料顆粒壓碎現象。

成型后的路面表面顆粒分布應均勻密實。通過鉆芯取樣進行了質量檢測，路面骨架密實結構形成，空隙率為5%，具有顯著的抗車轍性能。

4 結語

Superpave混合料采用旋轉壓實成型的設計方法，具有的揉搓效果能最大限度模擬施工現場實際情況。與常規混合料相比，Superpave混合料的路用性能顯著，特別是重載交通條件下的路用性能優勢更加明顯，且具有良好的可操作性。在Superpave混合料施工中，無需增加任何設備，施工工藝與普通瀝青混合料類似。不同之處在于Superpave混合料的壓實比滿足大多數常規瀝青混合料困難，要更大的壓實功。

Superpave技術在我國很多省市得到應用，正逐步推廣應用，效果良好。經驗表明，重視加強施工現場質量控制，提高完善施工管理水平，能有效確保Superpave路面的路用性能，有利于指導同類型路面施工。