淺談提高瀝青路面使用性能的措施

童姝娟 吳國有

【摘要】通過分析瀝青路面出現早期損壞的原因和使用性能降低的影響因素，從路面結構設計、材料選擇和施工作業控制等方面探討改善路面使用性能。還提出了使用高性能瀝青混合料（如SMA、橡膠瀝青）等改善瀝青路面使用性能的技術措施及理論依據。

【關鍵詞】瀝青路面；使用性能；途徑與方法

中圖分類號：文獻標識碼： A

Discussion on Improving Asphalt Pavement Performance Measures

Tong ShujuanWu Guoyou

(Wen zhou Municipal Engineering Development and Construction Corporation325000)

Abstract: By analyzing reasons for?initial failure as well as?influential factors of degradation of performance of asphalt pavement, this artical explores methods to improve the performance of pavement in multiaspects as pavement structure design、material selection and construction control. Furthermore, technical measures with theoretical basis to enhance asphalt pavement performance like using high-performance asphalt mixture (such as SMA, rubber asphalt) are also proposed here.

Key words：Asphalt Pavement;The use of performance;Ways and means

瀝青路面技術發展

到2012年底，中國機動車保有量已達2.4億輛，其中汽車1.2億輛，汽車駕駛人突破2億人，公路通車里程423.8萬公里，其中高速公路里程居世界第一。與此同時，我國瀝青路面技術有了很大發展，瀝青路面也有了極大地提高。

在設計方面，隨著計算機技術的廣泛應用，有限元理論也引入了路面結構計算，同時還引入了結構設計可靠度的分析，極大的提高了路面設計的效率和可靠性。

在施工方面，拌和設備有大型化的趨勢。高等級瀝青路面還大量使用了改性瀝青。隨著路面技術的發展，我國路面施工工藝水平普遍提高，有許多竣工路面工程的平整度能達到0.6以內。但是我們也注意到，有許多高速公路路面在通車1年后平整度衰減很快，有的通車時間不長就出現了橋頭跳車和路面早期破壞，有的通車幾年就不得不進行翻修罩面，使用性能也大大降低，達不到設計的要求，因此，結合路面技術的最新發展狀況，研究如何提高路面使用性能是非常重要的。

1、瀝青路面使用性能改善的途徑與方法

瀝青路面的使用性能是指路面所能提供的行車條件。路面使用性能可以由路面使用者的綜合感受來進行評價。路面使用性能好，行駛舒適，路面使用者對路面的評價就高。

要提高路面的使用性能，主要應從改善平整度，減少路面裂縫和車轍等方面著手，而瀝青混合料作為瀝青工程最重要的一個環節，直接影響到所鋪筑瀝青路面的質量。而要達到這些目的，我們必須從路面設計(包括結構體系和面層設計)、材料設計和施工作業等方面去考慮，而這三個方面的因素又是相互影響和關聯的（見圖1）。

圖1 影響路面使用性能的因素

因此，筆者認為，改善路面的使用性能，要從優化路面結構體系、提高表面層的品質、合理使用材料和提高施工作業水平等幾個方面尋求解決辦法。

2、 優化瀝青路面結構體系

2.1 目前瀝青路面設計中值得商討的幾個問題與改進措施

2.1.1 瀝青路面設計不宜過于追求理論計算的精確性

瀝青是一種典型彈—粘性材料。瀝青在低溫（高粘度）及瞬時荷載作用下，彈性形變占主要地位；而在高溫（低粘度）及長時間荷載作用下，瀝青的形變主要是粘性的；而在負溫（-5℃以下）狀態下，瀝青又表現出一定的脆性，有試驗證明，在這種情況下，用子彈射擊瀝青，瀝青脆裂結果與玻璃破碎的情況很相似。因為瀝青具有上述特性，所以瀝青混合料的特性與溫度有很大的關系，其強度和模量都隨溫度升高而急劇下降，它既不是彈性材料，也不是塑性材料。荷載作用時間和氣候對其性質也有影響。在正溫度狀態下，瀝青砼表現出一定的粘彈性；在負溫狀態下它具有一定的彈性。例如，在50℃時，瀝青混凝土試件的強度為1MPa～3MPa；而在-35℃時，其抗壓強度高達18MPa～23MPa，此時的強度接近水泥混凝土的強度。而且，溫度變化對瀝青砼的變形性能影響也很大。瀝青砼是最復雜的建筑材料之一。因此，瀝青砼路面設計時，都要進行條件假設，在這種情況下，運用任何理論計算的結果都只能做參考，過細的設計和過于重視設計是不必要的，重要的是通過實踐檢驗。目前歐美等發達國家比較流行的也是通過試驗路段進行半理論力學設計。我國的路面設計理念也應該朝這個方向發展。這樣才能使路面技術的發展更切合我國的國情和交通運輸發展的需要，避免重復不良路面結構體系，真正提高路面質量。

2.1.2 半剛性路面有不可忽視的蔽病

半剛性路面具有明顯的優點。但是也有不可忽視的蔽病，就是半剛性材料易產生干縮裂縫。半剛性材料還容易產生溫度裂縫。從已建成的高速公路來看，半剛性材料不產生裂縫是不太可能的，國內的研究資料證明了干縮裂縫對其承載能力不會產生什么影響，但是由于裂縫的存在，給水浸入路基提供了通道，對路面的外觀和耐久性產生很大的影響，路面的使用性能也大大降低。

柔性路面與半剛性路面相比較，最大的優勢在于柔性路面的基層和底基層沒有裂縫產生，結構層整體水密性好。缺點是造價高。其典型結構為：面層為12～17cm的瀝青砼；基層采用瀝青穩定碎石，厚度15～20cm；底基層為30～40cm的級配碎石層，其強度的產生靠粒料之間的嵌鎖原理和密實原理形成。這種結構我國高速公路還未采用，應該在一定范圍內先進行試用，然后在總結試驗路的基礎上，提出符合我國實際的柔性路面典型結構體系，為進一步提高我國路面技術探出新的發展途徑。

2.1.3 路面設計中幾個重視不夠的問題及其對路面使用性能的影響

(1)路面結構層防水與排水

通常，水是通過面層裂縫、結構層粒料間的孔隙進入結構層內部的。當面層孔隙率大于7%時，結構密水性差，水容易滲入。在施工過程中局部易產生離析，或壓實度不足，現場實際空隙大于7%，或開級配設計，如傳統的Ⅱ型級配，實際現場孔隙率在10%以上，雨水可以從上下貫通的孔隙滲入結構層內。此外，施工期間趕上雨季或沖刷路面時造成局部積水，無法排出路基外，結構層一直處于水的浸泡狀態。

要避免水對路面的破壞，主要通過現場探討，結合實驗室研究，反復實踐，按照“以滿足密水性和均勻性要求為第一目標，盡量減少細集料、增加粗集料，力求形成骨架密實結構”的混合料設計原則，總結出適合我省氣候、交通條件的混合料級配范圍。

通常高速公路路面結構層設計，表面層設計為Ⅰ型（或SAC或SMA），中面層和底面層，采用Ⅱ型或有一層為Ⅰ型，只將雙層體系或三層體系中的一層按不透水層來考慮。筆者認為，這種設計從排水防水角度來看是不合理的。實際情況是，不管哪一層空隙率大，水都有可能滲入，那一層就會產生破壞。因此，無論路面是一層、二層還是三層，各層都應該選用密實型瀝青砼。為了保證中面層和底面層足夠的抗車轍能力，可以選擇粗骨架密級配型式，而不可拘泥于傳統的Ⅰ型級和Ⅱ型級配。這樣，結構層既可以有比較好的防水性能，又有很好的結構穩定性與耐久性。

(2)結構層合理厚度

①基層與底基層的合理厚度

結構層厚度的確定，設計時考慮最多的是層厚是否滿足路面強度的要求。一般來說，基層與底基層每層厚度習慣上設計為15cm和20cm。 15cm一般施工時壓實度容易保證。但是，當灰土厚度達到20cm時，采用BOMAG BW 203 AD-4壓實非常困難。參見表1。

表1 厚度對壓實度的影響

項目 試驗結果 臨界厚度

壓實厚度（CM） 19.7 20.3 21.1 23.2 20CM

壓實度（%） 96.2 94.9 91.1 92.9

路基頂面標高，施工時有時稍低于設計標高。為了防止夾層出現路拌機往往要超拌1～2cm，加上施工誤差，設計層厚為20cm時，壓實厚度可能達到21～23cm，個別情況下可能達到23～25cm，這時壓實是非常困難的。從現場壓實度檢測試坑中，我們可以看到，當厚度為20cm時，從頂面以下15cm范圍內壓實效果很好，而底面的2～5cm這一部分壓實效果不理想，呈略為松散狀態。這種現象無論采用什么碾壓措施都是不可能消除的。因此，設計最大厚度以18cm為宜。

②面層厚度與集料粒徑的確定

一般來說，瀝青混合料的最大粒徑與層厚的比值愈大愈容易出現離析，而且愈不容易碾壓密實。因此，我國《公路瀝青路面設計規范》（JTG D50-2006）規定：各瀝青層的厚度應與混合料的公稱最大粒徑相匹配，瀝青混合料的一層壓實最小厚度不宜小于混合料公稱最大粒徑的2.5~3倍，OGFC或SMA的一層壓實最小厚度不宜小于混合料最大粒徑的2~2.5倍。

我國瀝青路面表面層一般為4 cm，混合料類型多采用AK-16和AC-16，最大粒徑與層厚之比為16/40=2/5，比值大于1/3，但小于2/3。這是符合規范要求的。但是，研究表明，當最大粒徑與層厚比值超過1/3，容易引起離析，而且不容易壓實，容易出現路面早期破壞，這也是我國高速公路普遍出現早期損壞現象的原因之一。因此，面層厚應設計為集料最大尺寸的3倍以上，而不應是傳統設計的2倍或1.5倍。也就是說表面層為4cm時，混合料的最大粒徑應不大于13.2mm。

2.1.4 瀝青路面結構體系優化

目前我國高速公路表面層厚度一般都在15cm以上，其出發點主要基于面層要求足夠的強度與其它結構層一起承受車輛荷載的作用和防止路面裂縫方面考慮。隨著研究的深入，人們發現，在半剛性路面結構中，半剛性基層和底基層有足夠的強度承受車輛荷載的作用。瀝青面層實際上只起功能性作用。因此，僅從承載力方面考慮瀝青面層的厚度就沒有必要保持在12～15cm。沙博士在京石試驗路上采用了4cm厚的面層，其強度與9～15cm面層厚的路段沒有明顯差異，也證明了這一結論的可行性。

沙博士在多年觀察西安試驗路和長春試驗路后發現，面層厚15cm的路段裂縫甚至還多于9cm路段。國外的資料表明，路面的抗車轍能力與面層厚成反比。特別在高溫季節，瀝青砼的抗壓摸量急劇下降，可以下降到600MPa，甚至更低。面層太厚就容易產生嚴重的車轍和擁包，從而降低路面的使用性能。從以上分析和各種研究結果看，面層厚減至9cm或12cm是可行的，沒有必要將面層厚度設計為15cm以上。

另一方面，幾乎所有的高速公路路面都使用不到設計年限就需要進行中修，日本高等級公路也在使用6～8年后加鋪一層。因此，高速公路路面面層厚設計為9cm或12cm ，在使用一段時間后再加鋪一層是既經濟又科學的。

3、 合理選擇和改善路面建筑材料的性能

3.1 改善瀝青結合料的性能

瀝青面層的低溫裂縫和溫度疲勞裂縫，以及在高溫條件下的車轍深度、推擠、擁包等永久變形都與瀝青有很大的關系。不同的瀝青，面層的裂縫率有很大的差別，其差別能達到10倍以上，最大可相差20倍。改善瀝青的溫度敏感性、低溫穩定性和流變性對提高混合料的高溫和低溫力學性質效果非常顯著，瀝青性能改善對提高路面長期使用性能有著非常重要的作用。

改善瀝青性能，首先要控制瀝青的含蠟量。資料顯示，含蠟量愈小，瀝青的路用性質就愈好。選用普通瀝青采用傳統措施要同時提高混合料的高溫穩定性和低溫抗脆裂性能幾乎是不可能的。這時，就必須開辟其他途徑，如使用改性瀝青來達到上述目的。

比較各種改性瀝青的性能，SBS改性瀝青無論從高溫、低溫性能，彈性恢復性能、感溫性哪個方面，都有明顯的優勢，是其他改性瀝青如PE和EVA無法相比的。SBS的優越性突出表現在使軟化點大幅度提高的同時，又使低溫延度明顯增加，感溫性得到很大改善，不僅高溫穩定性大幅度提高，而且低溫性能也同時改善，并且彈性恢復率特別大，所有指標都有明顯提高，這是非常難得的。SBS改性瀝青具有其他改性劑或綜合改性劑無法相比的優點，而且在價格上也可以與PE、EVA競爭，所以改性瀝青以選用SBS為佳。目前，世界上使用最多的是SBS，約占改性瀝青總量的40%～44%。

3.2 提高集料的質量

在考慮材料對瀝青混合料的影響時，往往比較重視瀝青的影響，而對集料的影響都重視不夠。然而，集料質量差，必然結果是混合料的質量也差，要提高瀝青混合料的性能，必要條件是保證集料的質量，然后再考慮礦料級配的控制。要提高路面抗車轍的能力，集料要符合下面兩項要求：一是碎石表面微觀粗糙度大，且形狀接近立方體，質地堅硬；二是使用人工砂，限制使用圓形顆粒的天然砂。

3.3 改善瀝青與集料的粘結性

前面提到過，路面早期破壞水損害是其中一個重要原因。水損害產生的原因除了施工和配合比設計方面的原因以外，瀝青結合料與集料表面的粘結力喪失而導致集料松散剝離是其中的主要原因。瀝青混合料的粘附性差（水穩性不好），容易導致面層嚴重轍槽，局部松散和坑洞等水損壞現象。

為解決瀝青與礦料遇水剝落的問題，長期以來國內外都采用不同的添加劑來改善瀝青混凝土的水穩性。國內外道路工程師們常采用兩種方法。一是利用堿性礦料處理酸性礦料的表面，使后者活化，傳統做法是使用石灰或水泥。由于用消石灰水處理礦料工程量較大，也可以直接往拌和室內加消石灰或生石灰粉。消石灰粉的用量一般為1%～2%，國內外也有用水泥做添加劑的，也取得了預期效果。摻消石灰粉、生石灰粉或水泥是首選推薦措施。理由是這種方法價格便宜，施工簡單，只要用它代替一部分礦粉就可以了。實踐證明，使用這幾種抗剝落劑的效果是好的，而且長期使用性能或耐久性好。

另外一種方法是向瀝青中加入少量液體抗剝落劑。這些液體抗剝離劑的初期效果不錯，但其長期性能或耐久性尚待進一步研究，工程應用時要注意選擇。

3.4 使用纖維瀝青混凝土

我國農村很早以前在砌筑土坯墻時在土中加入草（麥或玉米）桔之類的加強筋，對減小墻體裂縫，增強墻體整體性起到了很好的效果。在瀝青混凝土中摻加纖維，以改善瀝青砼的性能，提高瀝青砼的高溫穩定性，低溫抗裂性、抗疲勞性、柔韌性、抗剝落性、抗磨耗性和水穩性，以及抵抗反射裂縫等方面都有很好的功效。