新疆地區瀝青路面溫度的確定與瀝青等級要求研究

王 剛

（昌吉州交通運輸局，新疆 昌吉 831100）

0 引言

現行的瀝青分級是建立在瀝青使用和生產水平的基礎上，以針入度劃分的稱為針入度等級，我國現行規范即屬此類；以粘度劃分的稱為粘度分級，AC級瀝青即屬此類。而SHRP中的瀝青則是根據路面性能的要求來確定，稱之為PG瀝青性能分級。

PG分級直接采用設計使用溫度表示適用范圍。設計最高溫度為7d最高平均路面溫度，設計最低溫度為年極端最低溫度。根據道路等級、交通量確定保證率為95%（平均值）或98%。它采用原瀝青、RTFOT后的殘留瀝青和RTFOT后又經PAV老化的殘留瀝青等3種樣品評價各種路用性能指標，包括高溫時的抵抗永久變形能力與低溫時的抵抗路面溫縮開裂能力、抗疲勞破壞能力、抗老化性能和施工安全性等。在確定瀝青的PG等級時，要充分考慮氣候條件及交通條件（交通量、車速及車輛停駐時間），有時需要提高一個或兩個PG高溫等級選擇瀝青的標號。例如PG64-16，前面的數字“64”為高溫級，其意義是該瀝青能適應最高至64℃路面溫度的物理特性，后面的數字“-16”為低溫級，即該瀝青可以適應路面溫度最低至-16℃時的物理特性。

至于所謂高溫級、低溫級和常溫則是根據當地氣象資料轉化為路面溫度并根據道路等級交通量輕重而確定?？梢奝G分級事先考慮了該瀝青是否適用于該地區，是否能抵抗車轍，是否能經受長期老化疲勞，是否會引起低溫縮裂等各方面的要求。

1 瀝青性能等級選擇

按照SHRP瀝青與瀝青混合料有關規范的規定，在選擇瀝青的性能等級時，要根據工程所在地區氣候和交通條件決定，即根據最高和最低路面設計溫度以及交通條件來選擇，選擇步驟如下。

1.1 選擇工程所在地區附近的氣象臺站，收集20年以上的氣候數據，包括每年連續7d最高溫度平均值和每年的最低氣溫。

1.2 計算所選擇某一深度的最高路面設計溫度。

路面最高設計溫度Tmax根據當地最高氣溫按下式計算：

式中：Td——某一深度的最高溫度，℃；

d——深度，mm；

Tsur——路面溫度，℃。

路面溫度Tsur可通過下式計算：

式中：Tair——氣溫，℃；

Lat——工程所在地的緯度，°。

SHRP有關規范規定，路面最高設計溫度取路面表面下20mm處的溫度，則有：

最低路面設計溫度可由下列兩種方法確定：

a）假定最低路面設計溫度＝最低氣溫：

b）加拿大SHRP研究者提出的公式：

式中：Tmin——最低路面設計溫度，℃；

Tair，min——平均年最低氣溫，℃。

1.3 確定滿足路面最高和最低設計溫度的最低瀝青性能高溫等級。

1.4 根據交通量和交通速度調整所選的瀝青性能高溫等級，具體調整方法見表1。

表1 根據交通量和交通速度調整瀝青結合料性能高溫等級

2 新疆某地區氣溫情況調查結果

根據SHRP有關規范的規定，調查了烏魯木齊地區（烏拉泊水庫出庫站）24年和庫爾勒地區孔雀河某氣象站19年的氣溫資料，結果如表2所示。

表2 Superpave瀝青結合料等級確定的氣溫數據表

由表2中數據可以看出：

a）烏魯木齊地區24年間平均氣溫為－21.28℃，標準差為－5.28℃；平均最高氣溫為25.126℃，標準差為1.86℃；

b）庫爾勒地區19年間平均氣溫為－15.29℃，標準差為－3.49℃；平均最高氣溫為27.85℃，標準差為2.0℃。

在確定溫度代表值時，可根據道路等級和重要性，選擇適當的可靠度。表2中列出了兩種可靠度的計算結果，根據這一結果就可計算最高路面設計溫度和最低路面設計溫度。

3 新疆某地區路面溫度的確定

3.1 最高路面設計溫度

3.1.1 烏魯木齊地區最高路面設計溫度

烏魯木齊緯度為43.8°，瀝青路面可能達到的最高設計溫度Tmax為：

據計算，當采用50%可靠度時，最高氣溫為25.126℃，則最高路面設計溫度為48.28℃。

3.1.2 庫爾勒地區最高路面設計溫度

庫爾勒緯度為41.8°，當采用50%可靠度時，最高氣溫為27.85℃，則最高路面設計溫度為47.9℃；當采用98%可靠度時，最高氣溫為31.85℃，則最高路面設計溫度為51.73℃。

3.2 最低路面設計溫度

如前所述，最低路面設計溫度的確定有兩種辦法，考慮到假定最低路面設計溫度等于最低氣溫過于保守，因為路面溫度在寒冷天氣幾乎總是高于氣溫，所以采用加拿大研究人員提出的公式：

a）烏魯木齊地區

50%可靠度時：

Tmin＝0.859Tair＋1.7＝0.859×（－21.28）＋1.7＝－16.57℃；

98%可靠度時，Tmin＝－25.65℃；

b）庫爾勒地區

50%可靠度時，Tmin＝－11.43℃；

98%可靠度時，Tmin＝－18.23℃。

4 新疆地區瀝青性能等級（PG）的確定

根據上述路面最高和最低設計溫度的計算結果，可選擇如下瀝青性能等級：

a）烏魯木齊地區 50%可靠度時，最高路面設計溫度為44.74℃，瀝青性能高溫等級應為PG46；最低路面設計溫度為－16.57℃，瀝青性能高溫等級應為－22；98%可靠度時，最高路面設計溫度為48.28℃，瀝青性能高溫等級應為PG52；最低路面設計溫度為－25.65℃，瀝青性能高溫等級應為－28；

b）庫爾勒地區 50%可靠度時，最高路面設計溫度為47.9℃，瀝青性能高溫等級應為PG52；最低路面設計溫度－11.43℃，瀝青性能高溫等級應為－16；98%可靠度時，最高路面設計溫度為51.73℃，瀝青性能高溫等級應為PG52；最低路面設計溫度－18.23℃，瀝青性能高溫等級應為－22。

即在烏魯木齊地區，高等級道路標準交通路段若先用瀝青性能等級為PG52－28的瀝青所建成的瀝青路面，其高溫抗轍、低溫抗開裂性能應可滿足要求；若是高速公路重交通路段，按SHRP規定，應提高一個高溫等級，即采用PG58－28級的瀝青。若是停車站收費口等經常停車的地方，還要提高一級，即PG64－28。因此新疆克拉瑪依90＃瀝青符合此要求。

庫爾勒地區高等級道路標準交通路段可選用PG52－22，重交通路段可選用PG58－22，停車站、收費口路段可選用PG64－22，新疆克拉瑪依90＃瀝青同樣符合此要求。中等溫度時的抗疲勞性能檢驗，中等溫度Tmean＝（Tmax＋10＋Tmin）／2－1，例如對于PG64－28，Tmean＝（64＋10－28）／2－1＝22℃，對于烏魯木齊地區，Tmax＝48.28℃，Tmin＝－25.65℃，故Tmean＝（48.28＋10－25.65）／2－1＝15.3℃，在19℃時，車轍因子G*·sin已小于5000kPa，故15.3℃依然小于5000kPa（據試驗，16℃，G*·sin＝3002kPa）。庫爾勒地區，Tmax＝51.73℃，Tmin＝－18.23℃，故Tmean＝（51.73 ＋10－18.23）／2－1＝20.75℃。在19℃和22℃時，G*·sin均小于5000kPa，新疆克拉瑪依90＃可適應上述二地區抗疲勞性能的要求。

5 結論

采用SHRP方法及規范對新疆克拉瑪依90＃瀝青進行了性能分析和評價，得出以下結論。

5.1 所選用的90＃瀝青為PG64－28級，可以適應新疆烏魯木齊和庫爾勒地區高等級公路瀝青路面的要求，不會因瀝青質量問題引起低溫開裂、疲勞開裂與車轍。鑒于在防止低溫開裂方面，瀝青的性能占90%的作用，在減少疲勞損害方面瀝青和集料的作用各占一半，而在減少車轍方面，集料質量和級配的作用占60%以上，因此應十分注意集料的質量和配比組成，因它與集料質量與路面混合料體積關系很大。

5.2 以PG性能分級的瀝青膠結料標準規范來評價道路瀝青，能夠比較清晰地劃分出道路瀝青所能夠適應的最高和最低的使用環境溫度，比較真實的反映瀝青的路用性能。

[1]姚祖康.公路設計手冊—路面[M].2版.北京：人民交通出版社，1999.

[2]JTG D50—2006，公路瀝青路面設計規范[S].

[3]賈渝，王捷.Superpave瀝青膠結料性能等級（PG）選擇[J].石油瀝青,2003，（B04）：5-7.