Superpave 技術在季凍區重交通道路上的應用研究

韓曉洲 孫普 張劍

近年來，公路運輸出現了“重載、大流量和渠化交通”的特點，在吉林省季凍區復雜的氣候環境影響下，路面結構更易出現車轍、裂縫、凍脹、融沉、松散、坑槽、翻漿、冒泥等各種早期破壞。如何在高等級公路建設快速發展的大環境下，鋪筑出既能適應該區氣候特點，又能從技術上大幅度的改善瀝青路面不良現狀和提高其使用性能與壽命，已成為廣大公路建設者們不得不面對和思考的一個問題。

1 Superpave技術概述

Superpave［1］(Superior Performing Asphalt Pavements)，即高性能瀝青路面，是SHRP瀝青研究的成果，其體系包括性能基礎上的瀝青材料特性與設計環境條件，通過控制車轍、低溫開裂和疲勞開裂，從而改善瀝青路面性能。Superpave與我國傳統設計法(馬歇爾設計法)相比［2，3］，充分考慮了氣候條件對路面的影響，并在級配設計時較為接近地模擬了路面的實際壓實情況，使設計出的混合料成型壓實及老化過程更接近實際路面施工過程。

2 工程概況

吉林省于2005年開始修建長琿［4］(長春到琿春)高速公路，以促進沿線主要城市經濟的發展。該高速公路主要以大型貨車、各城市之間的大型客車為主，并隨著交通量增加，長琿高速公路將產生重型載貨車和超載車輛數量急劇上升的情況，而該路又處于季凍區，在季凍區這樣環境、地質條件復雜的情況下，道路容易出現開裂、車轍、凍脹等各種破壞，大大降低道路使用壽命。

針對長琿高速公路以上特點，該研究采用Superpave路面結構，其結構形式為:SMA-16(5 cm)+Superpave19(7 cm)+Superpave25 (12 cm)。試驗路修筑于吉林長琿高速公路黃敦段公鐵立交附近(黃松店到敦化)K169+100～K169+400右幅，全長300 m。

3 試驗路配合比設計

3.1 Superpave25與Superpave19混合料級配

按照Superpave設計方法確定的Superpave25與Superpave19混合料級配見表1。

表1 Superpave25與Superpave19混合料級配

3.2 Superpave混合料試驗體積指標

采用旋轉壓實儀成型試件確定的Superpave25最佳瀝青用量為4.1%，Superpave19為4.6%，并檢驗各項指標，試驗結果見表2。

表2 SGC試件試驗結果

3.3 水敏感性檢驗

Superpave25，Superpave19混合料的水敏感性檢驗，試件要求空隙率為7%左右，各項指標測試結果見表3，表4。

表3 Superpave25水敏感性試驗結果

表4 Superpave19水敏感性試驗結果

4 施工關鍵技術控制

1)溫度控制。瀝青混合料施工溫度控制是保證瀝青路面施工質量的重要環節之一。溫度過高會導致混合料的過度老化，而溫度過低則會使碾壓難以進行，最終導致路面壓實度不足。Superpave25和Superpave19的施工溫度應嚴格控制。

2)碾壓工藝。混合料的碾壓應采用階梯碾壓，即在壓實階段，壓路機的碾壓長度在縱向呈階梯形排開，相鄰兩碾壓段縱向接頭重疊應在1 m～1.5 m。對于雙鋼輪壓路機，碾壓左右重疊應在15 cm以上，膠輪壓路機的重疊為輪寬的1/2。碾壓過程中，應該及時在輪胎上涂抹薄層食用油等油類物質，否則對于細料來說，會出現粘輪現象。具體碾壓形式為:初壓，兩臺輪胎壓路機各碾壓一遍;復壓，一臺雙鋼輪振動壓路機采用去振回振碾壓方式碾壓一遍，然后兩臺輪胎壓路機各碾壓兩遍，緊接著一臺雙鋼輪振動壓路機采用去振回振碾壓方式碾壓一遍;終壓，一臺雙鋼輪振動壓路機靜壓兩遍，使路面無明顯痕跡。

5 Superpave結構與原結構主要性能對比

5.1 低溫性能對比

長琿高速處于吉林季凍區，冬季溫度比較低，在低溫條件下，瀝青混合料變形能力降低，變得脆硬易產生低溫收縮裂縫和溫度疲勞裂縫等破壞現象，其中低溫收縮裂縫最為普遍。

長琿高速原結構為SMA-16(5 cm)+AC(7 cm)+ATB-25 (12 cm)，本研究根據各層功能，對中面層做了小梁彎曲試驗，對比Superpave19和AC-20的低溫性能。

Superpave19和AC-20低溫性能雖然都達到了技術要求，但是AC-20小梁破壞時所達到的最大彎拉應變明顯較小，小于Superpave19 45%，所以采用Superpave19結構可以提高低溫性能，減少溫縮裂縫。

5.2 高溫性能對比

路面的高溫性能主要體現在車轍方面，本文對試驗路及原ATB-25和AC-20結構的高溫性能做了對比。

Superpave25與Superpave19的動穩定度明顯大于ATB-25和AC-20，Superpave25動穩定的平均值大于 ATB-25 40%，Superpave19大于AC-20 42%，特別是Superpave19作為主要的抗車轍層，其高溫性能遠遠高于AC-20，可以防止路面的車轍破壞，提高路面使用壽命。

6 結語

1)在吉林季凍區，對于重交通路段，首次采用Superpave設計法進行混合料設計，使級配設計更切合實際施工情況，通過鋪筑試驗路驗證，效果良好。

2)試驗路鋪筑中，為了達到比較好的壓實效果，本文采用了先膠輪，后鋼輪的碾壓方法，碾壓效果良好，同時避免了離析，建議在東北季凍區推廣應用。

3)通過Superpave混合料小梁彎曲和車轍試驗，并與ATB-25，AC-20進行了對比，結果顯示，本研究設計的Superpave25和Superpave19高溫性能和低溫性能均優于ATB-25和AC-20，并遠大于規范要求，因此，在季凍區重交通條件下鋪筑Superpave結構更具優越性。

［1］ 美國瀝青協會.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］ Kandhal P S，Cooley L A，JR.The Restricted zone in the Superpave Aggregate Gradation Specification，National Center for Asphalt Technology Auburn，AL，Report464，2001.

［3］ Superpave Mix Design，Superpave Series No.2(SP-2)［S］. Kentucky，1996.

［4］ 吉林省高等級公路建設局，長安大學.季凍區重交通瀝青路面設計研究［D］.西安:長安大學，2009.