基于建養一體的干線公路瀝青路面關鍵技術研究★

劉林林 盧 勇 劉愛華 李亞麗

(1.蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京 211112； 2.新型道路材料國家工程實驗室，江蘇 南京 211112)

0 引言

當前的公路建設中，建設和養護關系密切，逐漸從先建后養向建養一體有機結合發展，可更好的提高公路路面的使用性能，增加路面的使用年限，然而公路建設和養護之間的銜接不暢問題始終影響公路質量邁向更高的臺階，這也是我國公路建設和養護長期以來面臨的問題，如交工驗收指標全部合格，而移交養護單位后按照養護標準很快進入大中修，另外，由于建設期對于后期養護考慮不足，造成養護前期經費投入較大，后期養護資金壓力大等。

我國公路建設和養護長期以來處于分離狀態，為此，國家、行業和各地方政府均出臺了相關文件鼓勵推進包括“建養一體化”模式在內的公路建設養護改革創新，江蘇、貴州、河南、云南等地已逐步試點了普通干線公路或農村公路的建管養一體化試點應用，針對普通干線公路，逐步建立起人、財、事權和支出責任相統一的普通干線公路建養管新體制，推動公路交通由行業責任向政府責任、由部門行為向社會行為的轉變。然而，“建養一體化”模式僅解決了公路建設和養護之間的管理問題，但是缺乏技術方面的支撐，即缺少相關技術使得公路建設和養護之間有機結合，在建設期缺少對養護期的考慮[1,2]。

鑒于此，本文對江蘇省干線公路典型病害成因進行分析，基于建養一體化模式理念，從路面的設計、建設等方面對建養一體化技術進行了分析，提出建養一體技術提升方案，在設計期充分考慮建設期和養護期，解決公路建設和養護之間銜接問題，增加路面的使用年限，使得公路質量邁向更高的臺階，實現周期效益最大化。

1 干線公路瀝青路面典型病害及原因分析

1.1 病害類型及原因

通過對江蘇省的干線公路瀝青路面病害調研，路面在運營期主要病害為路面車轍和水損害(坑槽、唧漿)。通過實地調查和相關資料分析，江蘇省干線公路瀝青路面車轍的主要病害原因包括：

1)路面結構設計偏薄，部分路段無法滿足快速增長的交通荷載要求；

2)瀝青和石料質量不穩定；

3)交叉口處(尤其紅綠燈)制動頻繁，而對該類特殊路段缺乏針對性設計；

4)施工質量控制不足。

路面唧漿、坑塘的主要病害原因包括：

1)瀝青與集料的黏附性不足；

2)瀝青混合料級配空隙大；

3)濕熱地區，降雨較多，較多的雨水進入路面內部影響了瀝青與集料的粘結；

4)水系統設計不完善或排水系統破壞。

1.2 根本原因

1)信息分離。

路面建設期設計流量與養護期實際流量不匹配，道路服務水平下降嚴重。隨著我過汽車保有量的增加，現役道路交通壓力與日俱增。現狀道路設計小時交通量一般采用設計年限末時的年第30位小時預測交通量，國省道干線道路預測年限15年和20年。然而在預測年限內，實際每年社會經濟發展速度存在差異使得預測交通量增長率不同；地域交通需求的差異使得地區預測交通量增長不均；交通調查覆蓋程度差異使得預測交通量存在偏差，從而導致了設計小時流量和實際年限小時交通量不匹配，以致于在車輛出行高峰期間，實際道路交通流量過飽和，道路服務水平驟降。

2)指標分離。

瀝青混合料設計期與施工期、養護期指標要求不一，缺少全過程質量控制指標。設計參數施工過程無法得到體現，施工不能確保滿足設計要求，如動態模量為設計參數，但混合料設計、驗收過程中均未得到體現，以設計規范中的永久變形預估方程為例，依賴于經驗性的車轍試驗。既有混合料設計方法無法反映路面最終服役性能，設計方法主要為經驗設計，性能驗證，而既有材料試驗方法五花八門，與路面性能相關性亟需驗證，標準亟需制定。

3)數據分離。

路面建設與養護數據聯動和挖掘不足。以往由于公路建設單位和養護單位不一致，再者，數據分散、不完整、跨部門數據調用繁瑣，因此，造成養護單位缺少建設期的施工質量檢測數據，僅從路況檢測指標無法分析病害產生的根本原因，無法對路面進行針對性養護。

2 設計期關鍵技術

基于上述的江蘇省干線公路路面典型病害的成因，如何從這些病害入手，構建公路路面建養的一體化，即如何在建設期考慮養護期問題，是我們重點研究內容，特別是路面設計期，是建養一體化程度高低的關鍵所在。因此，本文在路面設計期針對路面養護期車轍、水損害病害提出針對性技術方案，充分考慮養護期，解決建養之間信息分離問題[3,4]。

2.1 抗水損害性能提升技術

2.1.1原材料

路面設計期在原材料方面可以考慮通過采用改性劑、抗剝落劑或采用水泥、消石灰代替部分或全部礦粉等方式，提高瀝青混合料的抗水損壞能力。

1)添加改性劑。瀝青粘度是影響瀝青與集料粘附性的重要因素，瀝青粘度越大，抗剝落性能越好。

2)添加抗剝落劑。抗剝落劑是一種表面活性劑，組成表面活性劑的分子具有親油基團和親水基團，其中親油基團與瀝青粘結，親水基團與集料粘結，從而提高瀝青與集料的粘附性。

3)消石灰或水泥代替部分礦粉。消石灰或水泥可以降低酸性石料表面的負電荷，降低集料表面電位，其中的活性成分還能與瀝青酸發生反應，形成具有表面活性劑作用的鈣鹽，從而置換集料表面的氫、鈉、鉀離子，在集料的顆粒之間形成結晶石灰漿，加強了與瀝青的粘結。

表1試驗結果表明，添加改性劑、抗剝落劑、消石灰的瀝青混合料殘留穩定度、凍融劈裂強度比、T283劈裂強度比均比普通瀝青混合料明顯提升，由此說明其可以明顯改善瀝青混合料抗水損害性能。因此，基于建養一體化理念，可在路面設計期采用添加改性劑、抗剝落劑、消石灰的形式增加瀝青混合料的抗水損害性能，解決養護運營期路面水損害問題。

表1 不同瀝青對瀝青混合料水穩定性的影響

2.1.2瀝青混合料

路面設計期在瀝青混合料方面可以考慮通過采用Superpave，SMA高性能瀝青混合料，Superpave混合料均勻、嵌擠、密實、路用性能優良，SMA瀝青混合料既密實防水、耐久性好，又具有出色的抗滑性能。

表2試驗結果表明，使用同種瀝青和礦料的Superpave，SMA瀝青混合料水穩定性能指標均比AC-13瀝青混合料較優，因此，在路面設計期可采用Superpave，SMA等高性能混合料。

表2 Superpave和SMA瀝青混合料性能試驗結果

2.2 抗車轍性能提升技術

2.2.1瀝青膠結料

1)硬質瀝青。對于瀝青而言，瀝青標號越低，粘度越大。硬質瀝青可以較大程度的提高瀝青混合料的抗車轍性能和力學性能，同時具有較好的水穩定性。硬質瀝青具有良好的性能價格比，適合在干線公路上推廣應用。

2)橡膠瀝青。橡膠瀝青作為一種新型的道路材料主要以普通基質瀝青和廢舊輪胎橡膠粉為主要原料，有效改善路面抗變形能力和抗疲勞開裂的性能，同時具有較好的高低溫性能。

表3試驗結果表明，采用硬質瀝青、橡膠瀝青的混合料動穩定度遠遠大于普通瀝青混合料，并且其他性能指標也較優，因此，在路面設計期可采用硬質瀝青、橡膠瀝青來提升混合料的抗車轍性能，避免路面在養護運營期出現車轍問題。

表3 不同瀝青對瀝青混合料高溫穩定性能的影響

2.2.2添加劑

1)TPS添加劑。TPS(全稱TAFPACK-Super)是一種專為排水性瀝青路面而生產的瀝青改良添加劑。TPS以熱塑性橡膠為主要成分，再配以粘結性樹脂和增塑劑等其他成分，用機械攪拌混合方式能使普通瀝青改良成為排水性瀝青路面用的高粘度粘結劑。使用TPS改性劑不僅能使排水性路面用瀝青結合料達到所需要求，而且在實際使用的瀝青工廠及施工現場的使用性能也能大幅度的得以改善。目前該改性劑主要用在排水性路面上。

2)聚酯纖維。在瀝青混合料中加入聚合物纖維可以改善瀝青路面的性質，對路面起到加筋和橋接的作用，提高了路面的柔韌性、高溫抗車轍能力、低溫抗裂能力，改善了抗疲勞性能以及水穩定性能。

3)抗車轍劑。抗車轍劑可以顯著提高瀝青路面的抗車轍能力、改善低溫抗裂性能、減輕因交通荷載所造成的路面疲勞破壞、提高瀝青混合料力學性能指標、增強瀝青和集料的粘附力、減輕路面剝落病害的發生，并且可以改善瀝青抗老化性能，尤其是因紫外線輻射所導致的老化。常用的抗車轍劑包括Domix抗車轍劑、路可比抗車轍劑、AP抗車轍劑等。

表4試驗結果可知，摻加TPS添加劑、聚酯纖維、抗車轍劑的混合料動穩定度遠遠大于改性瀝青混合料，因此，在路面設計期可采用TPS添加劑、聚酯纖維、抗車轍劑來提升混合料的抗車轍性能。

表4 不同瀝青對瀝青混合料高溫穩定性能的影響

3 建設期關鍵技術

在公路設計期主要從材料角度解決養護運營期路面病害問題，那么在施工期將從混合料設計方法和施工質量控制方面來保證路面的使用性能，進而解決建養之間指標分離問題。

3.1 混合料體積—平衡設計方法

瀝青混合料主流設計方法是體積設計方法，即采用體積指標控制，由于馬歇爾擊實成型方式不能完全模擬路面的實際碾壓狀態，再加上混合料理論密度和毛體積密度的不能精確獲取，導致體積指標與實際瀝青路面的路用性能相關性不足，使得瀝青路面易出現病害。所謂平衡設計是指瀝青混合料設計過程中，進行系列性能試驗，從而解決路面結構內部由混合料老化、荷載、氣候和結構層位置等因素引起的不同病害，達到綜合性能的平衡。平衡設計方法是在現有體積設計方法基礎上的完善，力圖將室內試驗和現場性能建立良好的關系，對預測/控制路面病害具有良好的指導意義。

體積—平衡設計方法與馬歇爾體積設計方法主要區別在于選擇最佳瀝青用量，以間斷級配TOM-10超薄層罩面瀝青混合料設計為例[5]。首先根據馬歇爾體積指標選擇了設計級配，在瀝青用量6.5%基礎上，另選取6.8%和6.2%瀝青用量分別進行馬歇爾體積指標測試和路用性能試驗，試驗結果見表5，表6。

表5 不同瀝青用量TOM-10馬歇爾試驗結果

表6 TOM-10混合料設計結果

從表5，表6試驗結果分析得出：1)級配在瀝青用量6.2%，6.5%和6.8%下的各項路用性能指標均滿足路用性能要求；2)級配在瀝青用量6.5%下的空隙率為4.2%，雖不滿足目標空隙率的要求，但各項路用性能均較優，考慮體積—性能平衡設計的理念，可確定最佳瀝青用量為6.5%；3)結合級配B的性能試驗結果，考慮體積—性能平衡設計的特點，采用最佳瀝青用量6.5%進行實際工程應用。綜上所述，在路面施工期可采用體積—性能平衡設計方法，此方法可以選取性能較優的混合料級配。

3.2 施工質量控制

為了保證路面的使用性能，僅僅從混合料設計方面考慮是不夠的，面層施工質量管理對路面使用性能的保證非常關鍵。本文提出了以下施工控制要點：

1)加強材料管理。嚴格控制集料的規格、壓碎值和含泥量。另外，還要注意對瀝青膠結料的各項指標進行嚴格控制。

2)合理提高壓實度，適當減少剩余空隙率。2004年以前，瀝青路面壓實度標準嚴格按照老規范進行控制。實踐表明，按該標準控制的瀝青路面，通車后再壓密的現象比較明顯，且瀝青路面實測空隙率較大，易于產生早期車轍。現行規范提高了壓實度控制標準，同時為減少實測空隙率，在進行瀝青路面實際空隙率測定時，采用馬歇爾試件密度與理論密度雙控，保證壓實度不低于規范要求，這樣就使瀝青面層的空隙率得到嚴格控制，保證瀝青路面基本不滲水，并提高路面抗車轍性能。

3)控制集料的壓碎值。盡可能選擇針片狀含量小、壓碎值小的集料，集料針片狀含量、壓碎值應滿足規范要求；改善碾壓工藝，當發現集料有壓碎現象時，原則上盡可能采用輪胎壓路機搓柔碾壓，而不采用鋼輪壓路機振動碾壓。

4)提高設備要求。從2001年開始，江蘇省公路建設單位普遍開始配備大噸位輪胎壓路機，保證壓路機的噸位和數量；2004年開始要求每個施工單位配備總數不少于6臺壓路機，且大量使用了大噸位的壓路機；2005年以后，每個施工單位均配備了數量足夠的大噸位壓路機，絕大部分施工單位采用了12 t以上的鋼輪振動壓路機，每個標段均配備了至少3臺26 t以上的膠輪壓路機，且多數單位采用了30 t的膠輪壓路機。實踐表明，大噸位的壓路機和新型的振蕩壓路機的使用，壓實效果良好，有利于增大初壓功率，改善復壓階段的搓揉效果，提高路面壓實度。

4 結語

1)通過對江蘇省干線公路調研以及相關文獻的參考，江蘇省干線公路建設和養護之間的銜接不暢問題的原因主要是信息分離、指標分離、數據分離。

2)添加改性劑、抗剝落劑、消石灰的瀝青混合料可以明顯改善瀝青混合料抗水損害性能，Superpave，SMA瀝青混合料水穩定性能指標均比AC-13瀝青混合料較優，因此，可在路面設計期采用添加改性劑、抗剝落劑、消石灰的形式增加瀝青混合料的抗水損害性能。

3)采用硬質瀝青、橡膠瀝青的混合料動穩定度遠遠大于普通瀝青混合料，摻加TPS添加劑、聚酯纖維、抗車轍劑的混合料動穩定度遠遠大于改性瀝青混合料，因此，在路面設計期可采用硬質瀝青、橡膠瀝青、TPS添加劑、聚酯纖維、抗車轍劑來提升混合料的抗車轍性能。

4)在路面施工期可采用體積—性能平衡設計方法，有助于可以選取性能較優的混合料級配。大噸位的壓路機和新型的振蕩壓路機的使用，壓實效果良好，有利于增大初壓功率，改善復壓階段的搓揉效果，提高路面壓實度。