【试验检测技术在superpave沥青路面质量控制中的应用】沥青路面施工质量控制

　　摘要：根据superpave技术的特点和要求，科学合理地应用路面试验检测技术，对选用或使用的沥青进行PG等级评定，采用控制点和限制区来初选级配，采用Superpave混合料设计方法进行系统的配合比设计，配备必要的试验仪器设备，并采用合理的试验方法标准，有针对性地进行必要的试验项目的检测等，以达到对superpave路面质量的有效控制。
　　关键词：试验；superpave；沥青路面；质量控制；应用
　　中图分类号：TU 文献标识码：A
　　superpave技术至今还处在研究和推广的阶段，这种路面结构形式出现时间较短，国内经验相对缺乏，截止目前我国还没有正式出台一套系统的国家或行业标准对其施工质量的控制进行规范，更勿论作为路面质量控制的重要手段之一――试验检测的具体应用了。要真正做到对superpave路面质量的有效控制，必须结合superpave技术的特点和要求以及现行的国家或行业试验检测标准、规范、规程，并科学合理地进行组织及运用，方能达到对superpave路面质量的有效控制。
　　在superpave沥青路面的施工中，我们可以通过对选用或使用的沥青进行PG等级的评定、配备与superpave技术相配套的试验检测仪器设备、对矿料级配进行比选、并采用区别于马歇尔沥青混合料配合比设计方法的Superpave沥青混合料设计系统对沥青混合料进行完善的沥青混合料配合比的设计、在进行体积指标计算时根据石料的类别有区别地采用不同的集料密度进行理论最大相对密度的计算、模拟路面的实际施工和使用情况采用合理的试验方法标准，对施工中的沥青混合料以及成型后的沥青路面的路用性能进行必要的试验检测和验证等，以达到对superpave沥青路面质量有效控制的目的。
　　Superpave技术的重要成果之一，是建立了一套全新的沥青胶结料规范，即采用PG等级评定沥青。这是对路用沥青生产和应用的一场革命，这套标准能够较好地与路用性能相锲合。但是，我们必须认识到：虽然我国目前的部分重交通沥青路用性能规范指标与美国的SHRP性能指标之间有着很好的相关关系，但是不同品牌的沥青不一定都能满足PG性能等级的要求，而这些要求直接与路面的路用性能密切相关。根据江苏省对superpave沥青路面技术应用的实践表明：如果错误的使用了不符合SHRP性能等级的沥青，则会产生路面的早期损害。正是因为我国生产的沥青技术指标与美国的PG分级是两个不同的指标系统，那么单单依靠我国的技术标准来选用沥青，显然是不合适的，必须对选用或使用的沥青进行 PG等级的评定，以达到真正满足SHRP性能的要求，以进一步确保superpave沥青路面的质量，为superpave技术的实施奠定基础，避免路面的早期损坏。
　　在给沥青分类的SHRP Superpave PG系统中，使用动态剪切流变仪（DSR)描述高温和中温时沥青的粘性和弹性成分特性。在通常的道路服务温度下，大多沥青表现为粘弹性材料，即同时既像弹性固体又像粘性液体。DSR在给定温度和荷载频率下测定沥青的复数剪切模量G"和相位角&。复数剪切模量可解释为重复剪切下沥青总的抵抗变形能力，由与相位角&有关的G"和G""组成。G"是沥青的储存模量或弹性性能，而G""是沥青的损失模量或粘性部分。所以，要对沥青选用或使用的沥青进行PG等级的评定，动态剪切流变仪（DSR)是superpave沥青路面实施中不可或缺的试验设备。
　　Superpave沥青混合料设计系统与当前普遍使用的马歇尔试验方法截然不同，最大的区别就是采用剪切旋转压实仪(SGC)成型试件。剪切旋转压实仪(SGC)是柔性路面在荷载作用下的机械模拟。它可以近似地模拟荷载在公路上行驶时轮胎与路面的相互作用，通过旋转压实，使试件中沥青混合料的密实度达到汽车轮胎实际作用于路面时所产生的密实度。在试件压实的过程中，剪切旋转压实仪能够通过采集的试件混合料压实数据(空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度、压实度及有效沥青含量等)，建立与旋转压实次数的对应关系，根据在一定条件下的Superpave交通水准及路面设计交通荷载情况，确定级配的合理性及沥青混合料最佳用油量。所以，配备旋转压实仪是沥青混合料设计以及进行施工质量控制的必要前提。
　　该方法要求在设计沥青路面时，充分考虑在服务期内温度对路面的影响，要求路面在最高设计温度时能满足高温性能的要求，不产生过量地车辙；在路面最低温度时，能满足低温性能的要求，避免或减少低温开裂；在常温范围内控制疲劳开裂。对于沥青结合料，采用旋转薄膜烘箱试验来模拟沥青混合料在拌和和摊铺工程中的老化；采用压力老化容器模拟沥青在路面使用工程中的老化。以上这些沥青混合料老化试验、不同温度或使用条件下的路面使用性能的验证等，都离不开相配套的试验检测仪器的协助。
　　Superpave集料级配的控制要求完全不同于我国沥青路面技术规范的级配范围，主要采用控制点和限制区来初选级配。控制点的作用主要是避免偏粗、偏细集料的含量过多或过少，一般来说，在控制点范围内的级配由于各种粒径的集料比例合适，在施工中不容易产生离析。限制区的意义是：一般通过禁区的级配混合料在施工过程中容易产生推移现象，而不易压实，且在路面使用过程中抵抗变形能力较差，同时这种级配的混合料对沥青用量敏感，抗塑性差。
　　采用马歇尔设计方法主要依据级配范围确定级配，试验人员的主要任务仅仅是确定该级配下的沥青用量，并没有进行级配的比较和选择。而Superpave设计方法虽然最终确定的沥青用量是根据一定次数的旋转压实下试件空隙率为4％时所对应的沥青用量，但它同时必须保证压实混合料在4％空隙率时，不仅VMA、VFA、粉胶比满足要求，而且它的初始压实度、最终压实度以及高、低温稳定性、水稳定性等路用性能等也必须同时满足要求。
　　美国在进行混合料体积设计时均采用了实测最大理论密度的指标。江苏的实践经验告诉我们：对于吸水率较小的石灰岩，粗细集料均采用集料的视密度计算得到的混合料最大理论密度与实测的最大理论密度相一致。这是由于石灰岩和沥青的粘附性较好，其表面的孔隙在沥青混合料中均被沥青占有。在沥青混合料中，集料的体积与计算集料视密度的体积相等，因此采用集料的视密度是合理的。当采用玄武岩时，粗集料采用毛体积密度和视密度的平均值，细集料采用视密度计算出的混合料最大理论密度与实测值接近。
　　综上所述：（1）必须按照规范规定的频率对所选用或使用的沥青进行PG等级评定，以符合我国的气候条件和交通状况以及设计要求；（2）必须配备剪切旋转压实仪(SGC)、动态剪切流变仪（DSR)、旋转薄膜烘箱、压力老化容器、车辙试验仪、低温试验箱、低温弯曲设备、低温劈裂装置等与superpave技术相配套的试验仪器设备，以保证试验检测活动的开展和质量控制的要求；（3）必须采用与马歇尔试验方法不同的Superpave沥青混合料设计系统对沥青混合料进行完善的沥青混合料设计，确保满足superpave的技术要求，达到设计的路用性能指标。（4）要进行级配的比较和选择。采用控制点和限制区来初选级配，最终确定的沥青用量必须保证压实混合料在4％空隙率时，VMA、VFA、粉胶比满足要求，而且初始压实度和最终压实度以及高、低温稳定性、水稳定性等路用性能等也必须同时满足要求。（5）在superpave混合料设计时宜采用实测最大理论密度。当按照规范的要求采用计算法时，必须区分不同类型的岩石，而采用不同的集料密度来参与计算：当所用石料是石灰岩时，集料的密度宜采用视密度；当为玄武岩时，粗集料宜采用毛体积密度和视密度的平均值，细集料宜采用视密度。
　　参考文献
　　[1]江苏省交通科学研究院编译.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]交通部公路科学研究所主编.公路沥青路面施工技术规范[M].北京：人民交通出版社,2005.
　　[3]交通部公路科学研究所主编.公路工程沥青及沥青混合料试验规程[M].北京：人民交通出版社，2000.