Superpave 技术在季冻区重交通道路上的应用研究

韩晓洲 孙普 张剑

近年来，公路运输出现了“重载、大流量和渠化交通”的特点，在吉林省季冻区复杂的气候环境影响下，路面结构更易出现车辙、裂缝、冻胀、融沉、松散、坑槽、翻浆、冒泥等各种早期破坏。如何在高等级公路建设快速发展的大环境下，铺筑出既能适应该区气候特点，又能从技术上大幅度的改善沥青路面不良现状和提高其使用性能与寿命，已成为广大公路建设者们不得不面对和思考的一个问题。

1 Superpave技术概述

Superpave［1］(Superior Performing Asphalt Pavements)，即高性能沥青路面，是SHRP沥青研究的成果，其体系包括性能基础上的沥青材料特性与设计环境条件，通过控制车辙、低温开裂和疲劳开裂，从而改善沥青路面性能。Superpave与我国传统设计法(马歇尔设计法)相比［2，3］，充分考虑了气候条件对路面的影响，并在级配设计时较为接近地模拟了路面的实际压实情况，使设计出的混合料成型压实及老化过程更接近实际路面施工过程。

2 工程概况

吉林省于2005年开始修建长珲［4］(长春到珲春)高速公路，以促进沿线主要城市经济的发展。该高速公路主要以大型货车、各城市之间的大型客车为主，并随着交通量增加，长珲高速公路将产生重型载货车和超载车辆数量急剧上升的情况，而该路又处于季冻区，在季冻区这样环境、地质条件复杂的情况下，道路容易出现开裂、车辙、冻胀等各种破坏，大大降低道路使用寿命。

针对长珲高速公路以上特点，该研究采用Superpave路面结构，其结构形式为:SMA-16(5 cm)+Superpave19(7 cm)+Superpave25 (12 cm)。试验路修筑于吉林长珲高速公路黄敦段公铁立交附近(黄松店到敦化)K169+100～K169+400右幅，全长300 m。

3 试验路配合比设计

3.1 Superpave25与Superpave19混合料级配

按照Superpave设计方法确定的Superpave25与Superpave19混合料级配见表1。

表1 Superpave25与Superpave19混合料级配

3.2 Superpave混合料试验体积指标

采用旋转压实仪成型试件确定的Superpave25最佳沥青用量为4.1%，Superpave19为4.6%，并检验各项指标，试验结果见表2。

表2 SGC试件试验结果

3.3 水敏感性检验

Superpave25，Superpave19混合料的水敏感性检验，试件要求空隙率为7%左右，各项指标测试结果见表3，表4。

表3 Superpave25水敏感性试验结果

表4 Superpave19水敏感性试验结果

4 施工关键技术控制

1)温度控制。沥青混合料施工温度控制是保证沥青路面施工质量的重要环节之一。温度过高会导致混合料的过度老化，而温度过低则会使碾压难以进行，最终导致路面压实度不足。Superpave25和Superpave19的施工温度应严格控制。

2)碾压工艺。混合料的碾压应采用阶梯碾压，即在压实阶段，压路机的碾压长度在纵向呈阶梯形排开，相邻两碾压段纵向接头重叠应在1 m～1.5 m。对于双钢轮压路机，碾压左右重叠应在15 cm以上，胶轮压路机的重叠为轮宽的1/2。碾压过程中，应该及时在轮胎上涂抹薄层食用油等油类物质，否则对于细料来说，会出现粘轮现象。具体碾压形式为:初压，两台轮胎压路机各碾压一遍;复压，一台双钢轮振动压路机采用去振回振碾压方式碾压一遍，然后两台轮胎压路机各碾压两遍，紧接着一台双钢轮振动压路机采用去振回振碾压方式碾压一遍;终压，一台双钢轮振动压路机静压两遍，使路面无明显痕迹。

5 Superpave结构与原结构主要性能对比

5.1 低温性能对比

长珲高速处于吉林季冻区，冬季温度比较低，在低温条件下，沥青混合料变形能力降低，变得脆硬易产生低温收缩裂缝和温度疲劳裂缝等破坏现象，其中低温收缩裂缝最为普遍。

长珲高速原结构为SMA-16(5 cm)+AC(7 cm)+ATB-25 (12 cm)，本研究根据各层功能，对中面层做了小梁弯曲试验，对比Superpave19和AC-20的低温性能。

Superpave19和AC-20低温性能虽然都达到了技术要求，但是AC-20小梁破坏时所达到的最大弯拉应变明显较小，小于Superpave19 45%，所以采用Superpave19结构可以提高低温性能，减少温缩裂缝。

5.2 高温性能对比

路面的高温性能主要体现在车辙方面，本文对试验路及原ATB-25和AC-20结构的高温性能做了对比。

Superpave25与Superpave19的动稳定度明显大于ATB-25和AC-20，Superpave25动稳定的平均值大于 ATB-25 40%，Superpave19大于AC-20 42%，特别是Superpave19作为主要的抗车辙层，其高温性能远远高于AC-20，可以防止路面的车辙破坏，提高路面使用寿命。

6 结语

1)在吉林季冻区，对于重交通路段，首次采用Superpave设计法进行混合料设计，使级配设计更切合实际施工情况，通过铺筑试验路验证，效果良好。

2)试验路铺筑中，为了达到比较好的压实效果，本文采用了先胶轮，后钢轮的碾压方法，碾压效果良好，同时避免了离析，建议在东北季冻区推广应用。

3)通过Superpave混合料小梁弯曲和车辙试验，并与ATB-25，AC-20进行了对比，结果显示，本研究设计的Superpave25和Superpave19高温性能和低温性能均优于ATB-25和AC-20，并远大于规范要求，因此，在季冻区重交通条件下铺筑Superpave结构更具优越性。

［1］ 美国沥青协会.高性能沥青路面(Superpave)基础参考手册［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］ 吉林省高等级公路建设局，长安大学.季冻区重交通沥青路面设计研究［D］.西安:长安大学，2009.