对我国沥青路面施工技术标准的若干看法(3)

3　设计标准

3.1　级配
　　粗集料的级配对热拌沥青混合料的性能有巨大影响，这种可能的影响可用美国联邦公路局1962年研制的0.45次幂级配图来评价。我们将某高速公路所使用的AC16IB以及沥青路面规范中的AC16I和用Superpave设计方法的控制点与限制区及设计出来的的级配曲线，以及典型的SMA级配曲线一起放在0.45次幂级配图上进行分析(见图1)。

Superpave和某高速公路沥青混合料级配设计标准比较　　　　表8

　
 19.0
 16.0
 13.2
 9.5
 4.75
 2.36
 1.18
 0.6
 0.3
 0.15
 0.075
 
AC-16 I
 100
 95～100
 75～90
 58～78
 42～63
 32～50
 22～37
 16～28
 11～21
 7～15
 4～8
 
某高速公路
 100
 90～100
 70～90
 50～70
 30～50
 22～37
 16～28
 12～23
 8～18
 6～13
 4～8
 
Superpave
 100
 　
 90～100
 　
 90max
 28～58
 　
 　
 　
 　
 2～10
 

　　在这些图上，原点0和最大集料尺寸100％通过的点的连线称为最大密度线。级配曲线越靠近此线，混合料就越密实。过去利用马歇尔设计方法设计的沥青混合料均属密级配沥青混合料，因此过去的混合料通常比较靠近最大密度线， 如AC-16I。然而，沥青混合料并不是越密实越好，在满足了沥青混合料的基本体积性质（如VMA,VFA,Va等）的基础上，尽可能密实一些。

　从图1中可以看出，AC-16I最靠近最大密度线，而且通过了Superpave设置的限制区。而AC-16IB则比AC-16I粗，但仍属于一种连续级配的混合料，而SMA级配线与上述曲线明显不同，Superpave混合料设计时，粗、中、细三种混合料，最细的混合料级配因矿粉的沥青用量比（下面简称粉胶比）不满足而放弃，我们选择了中等粗细的混合料，即便这样也比国内的混合料细得多，根据击实的试件来看，显然要密实得多，低温的间接抗拉强度也高得多。
　　根据图1级配比较图，AC - 16IB 远离最大密度线，空隙率必然大，SMA 的级配本身空隙率也大，但是由于用了过量的矿粉、过量的沥青和纤维，形成马蹄脂，填充了空隙，使 SMA既嵌挤又密实。关于限制区，目前还未得出最终的结论，我们观点是在可能的情况下能避则避。

Superpave技术标准和我国热拌沥青混合料技术标准比较　　　　表9

指　　标
 JTJ032
 MP-2
 
　设计方法
 马歇尔
 Superpave
 
　击实次数　　　　　　　　(次)
 两面各75
 见表
 
　稳定度　　　　　　　　　(kN)
 ＞7.5
 无
 
　流值　　　　　　　　　　(0.1mm)
 20～40
 无
 
　空隙率　　　　　　　　　(％)
 3～6
 4
 
　沥青饱和度　　　　　　　(％)
 70～85
 见表
 
　残留稳定度　　　　　　　(％)
 ≥75
 无
 
　矿料间隙率
 见表11
 见表11
 
　水敏感性，间接抗拉强度比，TSR
　　　　AASHTO　　　　T283
 　
 ≥80
 
　矿粉/沥青用量比
 *1.0～1.2
 0.6～1.2
 
　水稳定性，简化洛特曼法
 见表12
 　
 

　　注：我国规范矿粉/沥青用量比没有指明到底是矿粉与总的沥青用量比，还是与有效沥青用量比，差别很大。

Superpave和某高速公路沥青混合料技术性质比较　　　　表10

　
 苏州A标
 Superpave
 
　设计空隙率　　　　　　　　　　　(％)
 4.3
 4.0
 
　设计用油量　　　　　　　　　　　(％)
 4.93
 4.6
 
　矿料间隙率　　　　　　　　　　　(％)
 16.0
 14.1
 
　沥青填隙率　　　　　　　　　　　(％)
 73
 72.03
 
　混合料毛体积密度　　　　　　　　(t/m3)
 2.599
 2.6105
 
　松散混合料最大理论密度　　　　　(t/m3)
 2.710
 2.705
 
　水稳性，AASHTO　　　　　　　　　T283
 集料A　集料B　集料C　集料D
 集料B
 
　间接抗拉强度比TSR
 88.8　64.0　91.9　89.4
 70.5
 
　残留稳定度　　　　　　　　　　　(％)
 81
 　
 
　矿粉/沥青用量比
 1.57
 0.65
 

3.2　体积
　　表10设计指标中的体积性质两种方法没有太大的差别，设计空隙率Superpave明确为4％，最佳沥青用量就用空隙率为4％时的沥青用量，而马歇尔法最佳沥青用量取满足空隙率范围、饱和度范围的沥青用量中值与最大密度及最大稳定度时的沥青用量的平均值。
　　沥青饱和度与交通量联系起来似乎更合理，关于集料间隙料标准，没有本质上的不同，但在定义上有很大的差别。

3.3　集料最大尺寸和集料公称尺寸
　　我国规范根据集料最大尺寸来选择VMA，Superpave根据集料公称尺寸来选择VMA，无论在JTJ032或GB50092中均没有发现关于集料最大尺寸和集料公称尺寸的定义，但从表1.7和2.1.44-47的条目来判断，我国规范中定义的集料最大粒径似乎是100%通过筛的下一档筛号，AC20混合料的最大粒径为19.0mm，根据最大集料粒径来选择矿料间隙率应为14%，而Superpave则根据最大公称尺寸来选择VMA，最大公称尺寸定义第一档筛余大于10%的筛子的上一档，而集料最大公称尺寸再大一档就是集料最大尺寸，Superpave以集料公称尺寸19mm来选择，VMA应为13%。
　　为什么说没有本质差别呢？事实上，AC20的混合料所谓集料最大尺寸其实应是集料公称尺寸，19.0mm上一档为26.5mm，用我国规范表来选择也是13%。定义上的差别会造成混淆，在国外关于集料最大尺寸和集料公称最大尺寸有明确定义。集料公称最大尺寸用于命名混合料，在0.45次方级配图上，原点与100%通过的集料最大尺寸的点连线为最大密度线。我国规范中关于集料最大粒径应与国际上关于集料最大尺寸和集料公称尺寸的定义接轨，否则会发生差错。

Superpave和我国沥青混合料矿料间隙率标准比较　　　　表11

筛　　号
 37.5
 31.5
 26.5
(25.0)
 19.0
 16.0
 13.2
(12.5)
 9.5
 4.75
 
JTJ032 最大集料尺寸
 12
 12.5
 13
 14
 14.5
 15
 16
 18
 
MP-2 公称最大集料尺寸
 11
 　
 12
 13
 　
 14
 15
 　
 

3.4　矿粉与沥青用量比
　　关于粉/胶比在我国规范正文中没有列入，而在附录中有"矿粉用量甚为重要，一般以与沥青用量之比取1-1.2为宜"。Superpave规范明确规定粉/胶比为矿粉与有效沥青用量之比，由于我国传统上不考虑被集料吸入的沥青用量，有效沥青用量是个新概念。有效沥青是指总的沥青用量减去被集料吸入的沥青用量，被集料吸入的沥青用量可达0.4%～1.6%，一般也有0.4%～0.8%，因此，用有效沥青用量计算粉/胶比，矿粉用量更少。
　　我国规范中的粉/胶比1～1.2为宜，是总的沥青用量还是有效沥青用量没有明确。

4　设计方法

　　现行世界各国的热拌沥青混合料设计方法多为马歇尔设计方法，我国也不例外。马歇尔法最早应用于第二次世界大战期间，由密西西比州公路局的Bruce Marshell发明，并由美国陆军工程师兵团改进和完善此法，在Superpave设计方法之前，75％的美国州运输部、美国国防部、美国联邦航空局均用此法。
　　马歇尔方法经过半个世纪的应用，对混合料设计和沥青路面作出了应有的贡献。但是随着交通量、轮胎压力和轴载的增长，新材料新工艺和新结构的出现，以及此法本身的问题，这个带有经验性质的方法逐渐显示出以下的局限性：
　　（1）不能精确地判别不同交通量对沥青混合料技术指标的要求。马歇尔法只把交通量简单地分成轻、中和重三种交通量，以不同的击实次数来模拟三种交通量，从而实现对沥青混合料的体积性质的要求，过于粗糙、简单。
　　（2）与路面结构设计不挂钩。现行路面结构设计方法是根据经验或有限的试验方法来确定材料的各种模量，然后用层状弹性理论分析路面各结构层的应力、应变、位移或总弯沉，以满足设计标准，也即先有结构设计再进行混合料设计，而进行混合料设计后的材料是否能满足设计时假定的模量，从来不进行检验，也就是说混合料设计与结构设计不挂钩。正确的方法应该是根据经验，在路面结构设计后，进行混合料设计，混合料设计的输出如各种模量，即是路面结构设计真正的输入，在路面结构设计后，进行混合料设计，混合料的输入对选择材料参数、路面结构设计再进行检验和调整，这才是正确的方法。