美国的沥青混合料设计与试验方法就要发生彻底的改变

文 | RMCM编译

该如何测试沥青混合料的抗车辙性能？在美国，这个问题的答案有好几个——使用沥青路面分析仪、流值、汉堡轮迹试验、Superpave剪切试验或者三轴应力试验，取决于你在哪个州。

美国常用的沥青混合料试验

但是这一切可能要发生彻底的改变。美国联邦公路局(FHWA)正试图让各州公路部门重新考虑他们设计沥青混合料的方式。他们提倡的方法是BMD(Balanced Mix Design，即“平衡的配合比设计”)，它回归到Superpave系统的性能测试原则。

BMD的发展让我们仅使用一种试验就能够表征某种主要的路面损坏形式，而不是从众多试验方法中做出选择。这些试验方法被应用于路面混合料的设计，带来对林林总总的试验设备的极大需求。由于世界上许多地区都倾向于遵循美国的测试标准，因此最终的影响可能会很大。

优化的配合比设计方法

FHWA和其他支持者认为需要引入BMD的原因是，尽管沥青混合料符合规范的要求，许多路面还是难逃性能快速衰退的命运。BMD所谓的“Balanced”，就是要在抗车辙和抗裂性能之间找到平衡。

抗车辙与抗裂之平衡

美国在1980年代末期实施公路战略研究计划(Strategic Highway Research Program， 简称SHRP，Superpave设计方法正是这项1.5亿美元计划的成果之一)之时，车辙是最常见的路面损坏形式。如今，各种类型的开裂才是导致沥青路面早期损坏的罪魁祸首。

Oldcastle Materials在2015年进行的一项调查发现，在过去的五年中，路面最常见的损坏形式是纵向裂缝(55%)、反射裂缝(43%)、松散(30%)、温度疲劳裂缝(20%)和滑移(18%)。

Oldcastle Materials在2015年的调查结果

之所以需要改变混合料配合比设计，原因是自世纪之交以来，混合料中的材料发生了重大变化。我们不但掺入了高比例的RAP、再生剂和纤维，还应用了各种类型的聚合物改性与温拌技术。

BMD旨在将性能测试用于配合比设计，而不是仅仅依赖于体积设计方法。这正是Superpave设计系统一直以来的打算。低交通量路面将根据体积特性进行设计；拥有中等交通量的公路将结合体积要求和有限的性能测试；重交通路面的配合比设计将从体积方法开始，再根据一系列性能试验的结果调整得到。

Superpave的第2、3级正是基于性能，但是从来没有实现

性能测试在过去没能被广泛地接受，原因在于人们认为在配合比设计的过程中进行这些试验不切实际。就当时使用的材料而言，体积设计方法足矣。

FHWA在2015年设立了一个工作组，加速推广BMD的使用。关于BMD的定义，该工作组取得了一致的意见——BMD是一种沥青混合料配合比设计方法，它在适当的条件下对解决多种病害的试件进行性能试验，并且考虑了混合料的老化、交通量、气候与试件在路面结构中的位置。他们还确定了三种可能的BMD方法：通过性能试验检查体积设计，使用性能试验来修改体积设计，以及完全基于性能试验的方法。

美国国家沥青技术中心(NCAT)研究了分别有哪些州使用了上述三种BMD方法。他们发现伊利诺伊州、爱荷华州、路易斯安那州、新泽西州和得克萨斯州使用性能试验检查配合比设计(即选择了第一种BMD方法)；只有一个州——加利福尼亚州，使用了第二种BMD方法；除了NCAT在报告中称几个州进行了或者计划实施BMD试点项目之外，没有一个州完全基于性能试验设计沥青混合料。

根据NCAT的说法，BMD想要取得进展，还需要解决一些问题。其中一个基本问题是：对于某种类型的路面损坏，最适合做哪些试验？另一个具有挑战性的问题是如何适当地老化测试的样本，以模拟高速公路上实际发生的情况。用作车辙和水损坏试验的试件只老化了很短的时间，因为这种类型的损坏往往会在铺设路面后很快发生。相反，测试抗裂性能的试件需要更长时间的老化。

按照计划，一个为期一年、投资10万美元的项目会在2018年5月完成，除了建立起一个BMD的框架之外，应该还能得到一些问题的答案。美国国家公路合作研究项目(NCHRP)会以AASHTO标准的形式展示这个框架。但是，报告表明该标准将涵盖“更广泛的测试程序和标准”。 是否所有50个州都能就少数几项试验达成一致？仍有待观察。