重交通道路沥青混合料压实标准及评价

陈浙江，徐晓和，蒋应军

（1.金华市公路管理局，浙江 金华 321000；2.长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室，陕西 西安 710064）

0 引言

随着重交通的发展，我国不少高等级公路沥青路面出现大量早期损坏，其中车辙、路表裂缝、松散和水损坏等表现尤为突出。路面早期损坏产生的原因是多方面的，而建立在中轻交通基础上通过马歇尔方法设计的混合料难以胜任重交通发展是主要原因之一。马歇尔法是美国密西西比州公路局Bruce Marshall于1939年首次提出，1958年列入ASTMD1559，随后成为世界上最盛行的沥青混合料设计和施工控制的主要方法。我国自20世纪70年代以来开始应用马歇尔设计方法，并纳入了规范，一直沿用至今。马歇尔方法理论精髓是室内采用某一击实功得到的试件密度与多年实际交通作用下路面最终密度相等，也就是说室内击实功应随着实际交通状况变化而调整。我国现行马歇尔方法采用双面各击实75次或112次，建立于20世纪80年代初。

目前，干线公路上的交通状况与20世纪80年代初相比，已发生了显著的变化，货车的轴载质量和轮胎的充气压力增大，交通量显著增加，渠化交通加强，高压轮胎的应用增多。实践证明，重交通道路上沥青路面的最终密度大于轻交通道路上，显然，马歇尔击实功已与重交通不相适应，导致室内混合料密度偏低。同时为了满足VMA、VFA、VV的要求，又使得沥青用量偏高，在大流量、重轴载作用下路面易出现车辙及由此引起的自上而下的裂缝等路面早期损坏[2-4]。鉴于此，本文通过现场调查分析路面早期损坏，尤其是车辙与压实标准的关系，通过室内试验研究混合料力学性能及抗车辙性能与压实标准之间关系，结合施工现场研究当前压实机具下混合料所能达到的最大压实水平，在此基础上，提出重交通路面沥青混合料压实标准，并对其进行评价。

1 提高压实标准的必要性

1.1 车辙与压实标准关系的调查分析[4]

调查的两条公路基本情况见表1，两条公路通车3～4年混合料密度变化情况见表2。调查时，芯样均取自轮迹带和路肩上，轮迹带基本上都是以压密型车辙为主的变形，深度为1～3cm；路肩（紧急停车带）上芯样试件密度基本上代表路面竣工时的密度ρj。沥青混合料采用现行马歇尔方法设计，ρL为轮迹带处芯样密度。

表1 公路的基本情况调查表

表2 公路路面密度变化情况调查表

通过调查20世纪90年代后期修建的两条公路，发现轮迹带处密度均比设计密度大，空隙率均比设计空隙率小。表2中数据表明，在通车3～4年后行车道轮迹带处混合料密度是竣工时密度的1.004～1.018倍，轮迹带处基本上出现1～3cm车辙。然而，路面使用远未达到设计年限，而后期交通量更大、轴载更重时，轮迹带处路面密度远未达到“最终密度”。因此，为了减轻沥青路面压密型车辙，压实控制标准密度应大于马歇尔密度×（1.004～1.018）。

1.2 混合料性能与压实标准关系的试验研究

1.2.1 体积参数

图1 压实度对ATB—30混合料体积参数的影响

压实度对ATB—30混合料体积参数的影响规律见图1。图中K指不同击实功成型试件密度与大马歇尔试件密度之比的百分率，试验材料取自榆绥高速公路LM—4试验段现场拌和的ATB—30沥青混合料。如图1所示，随着压实度K的增加，ATB—30混合料试件的空隙率VV和矿料间隙率VMA呈线性减小，有效沥青饱和度VFA近似线性增大。这表明击实功的不同造成试件密度不尽相同，而这结果恰恰为满足不同交通水平的要求提供了依据。

1.2.2 力学性能

压实度对ATB—30混合料力学性能影响规律见图2。如图2所示，ATB—30混合料力学性能随压实度增加呈线性增强。压实度在99%～102%之间时，压实度每增加1%，沥青混合料60℃稳定度MS、20℃抗压强度Rc、-20℃抗拉强度σ、60℃抗剪强度τd分别提高31%、28%、26%、43%。这表明提高压实度有利于提升混合料力学性能。

图2 压实度对ATB—30沥青混合料力学性能的影响

1.2.3 抗车辙性能

压实度对ATB—30沥青混合料抗车辙性能的影响规律见图3。如图3所示，ATB—30混合料动稳定度DS随着压实度的增加而增大，而车辙变形量RD则随着压实度的增加而减小。压实度在99%～102%时，压实度每增加1%，沥青混合料动稳定度平均提高25.4%，车辙变形量平均降低8.9%。

综上所述，随着ATB—30沥青混合料压实度的提高，混合料稳定度、抗压强度、抗拉强度、抗剪强度和抗车辙性能均有不同程度的提高，这为减少失稳型车辙提供了可靠的依据。

图3 压实度对抗车辙性能的影响

2 压实标准提高的可行性

室内马歇尔试件密度ρM与路面芯样密度ρX及压实度K的数据见表3。为了分析当前压实机械的压实水平，在榆绥高速公路LM—1、LM—2、LM—4进行压实性能研究，试验段均在反复碾压作用下使现场密度无明显变化为止。

表3 马歇尔试件密度与路面所能达到最大密度及压实度

表3（续）

《公路工程质量检验评定标准》（JTG F801—2012）中压实度代表值计算方法为：表3的统计结果见表4。

表4 现场所能达到最大压实度的代表值

现行马歇尔击实标准建立于80年代初，当时压实机械普遍采用低于20t的胶轮压路机、2～6t的振动压路机、6～8t的双轮钢筒压路机。表4中数据表明，随着施工工艺和压实机械水平的提高，尤其是普遍采用摊铺机摊铺、10～14t的振动压路机、25～30t的胶轮压路机后，在压实性能上有质的飞跃，如压实度普遍在100.2%～103.5%，95%保证率下压实度可达101.3%～101.8%。这为铺筑出压实度更高、质量更好的沥青面层提供了保证。

3 重载交通压实标准及评价

3.1 重交通压实标准

结合表4数据和评定办法K0.95≥K0（K0为压实度标准），表明在当前施工机械压实水平下，K0可由现行规范的97%提高到101.3%。鉴于规范中压实度标准以及压实度评定办法具有系统性，建议通过提高标准密度的措施予以实现，规范压实度标准值K0=97%～100%，则标准密度为现行规范的现场施工控制密度为马歇尔密度×（1.013～1.044），这可确保在现有设备下充分碾压沥青混合料后压实度达97%～100%。考虑到新事物有逐渐被大家认识、接受的过程，因此，作为过渡，建议重交通路面沥青混合料压实标准为：施工控制标准密度取马歇尔密度×1.02，K0=97%～100%。

3.2 重交通压实标准评价

由表2最后1列数据可知，若采用现行规范的马歇尔密度×1.02倍作为标准密度，则通车3～4年后路面密度均低于重交通路面压实标准密度，即可缓解沥青路面早期压密型车辙。

前述研究表明：压实度提高1%，力学性能至少可提高13%，动稳定度提高25.4%、车辙变形量降低8.9%。因此，采用重交通压实标准，至少可使混合料力学性能提高26%，动稳定度提高50%，车辙变形量降低18%。

因此，建议重交通路面混合料压实标准为：施工控制标准密度取马歇尔密度×1.02，K0=97%～100%。

4 结论

（1）通过现场调查分析了路面早期损坏尤其是车辙与压实标准的关系，结果表明：通车3～4年后路面密度普遍高出马歇尔试件密度的1.004～1.018倍，且轮迹带处出现深度约1～3cm的车辙。

（2）通过室内试验研究了混合料力学性能及抗车辙性能与压实标准之间的关系，结果表明：压实度在99%～102%，压实度每增加1%，ATB—30沥青混合料力学性能至少可提高13%，动稳定度提高25.4%、车辙变形量降低8.9%。

（3）结合施工现场研究了当前压实机具下混合料所能达到的最大压实水平，结果表明：当前压实机械水平下，沥青路面所能达到的最大密度约为马歇尔试件密度的1.02倍。

（4）结合路面车辙、混合料性能与压实标准之间的关系及当前压实机械压实水平，提出重交通沥青混合料压实标准为：施工控制标准密度=马歇尔密度×1.02、K0=97%～100%，评价结果表明：采用重交通混合料压实标准，可提高混合料力学性能26%，动稳定度50%，降低车辙变形量18%，显著地缓解路面早期损坏现象。

限于篇幅，本文以ATB—30混合料为例论证提高压实标准的必要性和可行性。同理，也可对其他类型的沥青混合料压实标准进行论证，结果证明重交通沥青混合料压实标准（施工控制标准密度=马歇尔密度×1.02、K0=97%～100%）同样适用于其他类型沥青混合料。

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