瀝青路面結(jié)構(gòu)層厚度與瀝青混合料類型選擇90001

1、瀝青路面結(jié)構(gòu)層厚度與瀝青混合料類型選擇摘要我國高速公路瀝青路面早期損壞的原因，就路面本身來說，除了瀝青混合料抗水損害能力不足、路面壓實(shí)度不夠外，還有一個致命的原因就是瀝青路面結(jié)構(gòu)層厚度與瀝青混合料類型選擇不匹配，瀝青路面結(jié)構(gòu)層厚度至少應(yīng)為集料最大公稱尺寸3倍。我國表面層最常用的 AC-16 , AK-16或SMA-16 ,與我國表面層常用的厚度4cm 相比，明顯過大，從而造成瀝青路面混合料容易離析、壓實(shí)困難、空隙偏大，導(dǎo)致松散、泛油、剝落和坑洞等早期損壞。我國近年來修筑了許多高速公路，而一些高速公路的瀝青路面在不同程度上都發(fā)現(xiàn)了一些早期破壞，如：松散、泛油、剝落和坑洞等現(xiàn)象，而這些現(xiàn)象的出現(xiàn)的

2、主要原因，就瀝青路面本身來說，可歸結(jié)為瀝青混合料抗水損害能力不足、路面壓實(shí)度不夠。我國公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范規(guī)定的水損害指標(biāo)不足以防止水損害，因?yàn)轳R歇爾密度滿足規(guī)范要求，路面空隙率仍可能超過8%。如果在馬歇爾壓實(shí)度的基礎(chǔ)上規(guī)定了空隙率不8%，或者應(yīng)用了較為科學(xué)的水敏感性評價方法，或采取了抗剝落劑的措施，那么是否可能避免這些早期損壞呢？回答是不一定的。因?yàn)槲覈鵀r青路面早期損壞，還有一個致命的原因就是瀝青混合料類型與路面結(jié)構(gòu)層厚度不匹配，由于集料最大粒徑過大，公稱尺寸集料偏多，因而造成混合料容易離析、壓實(shí)困難、空隙率偏大，導(dǎo)致松散、泛油、剝落和坑洞等早期損壞。1 現(xiàn)狀分析 （ JTJ 032 9

3、4）規(guī)定：根據(jù)不同地區(qū)道路等級及所處層位的功能要求，從表 7. 1. 3中選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)組合，并應(yīng)遵循以下原則：綜合考慮滿足耐久性、抗車轍、抗裂、抗水損害能力、抗滑性能等多方面要求，根據(jù)施工機(jī)械、工程造價等實(shí)際條件選擇；采用雙層式或三層結(jié)構(gòu)，至少有一層為型密級配瀝青混合料；多雨潮濕地區(qū)宜采用抗滑表面層混合料；集料最在粒徑宜從上至下逐漸增大，中粒式及細(xì)粒式瀝青混合料用于上面層，粗粒式只能用于中下層；上面層瀝青混合料的集料最大粒徑不宜超過層厚的1/2,中、下面層及聯(lián)結(jié)層的集料最大粒徑不宜超過層厚的 2/3。表1是規(guī)范中表7.1.3的一部份(高速公路和一級公路部份)。表1瀝青路面各層適用的瀝青混合料

4、類型結(jié)構(gòu)層次三層式瀝青混凝土路面兩層式瀝青混凝土路面上面層AC-13; AC-16; AC-20AC-13; AC-16中面層AC-20 ; AC-30卜回層AC-25 ; AC-30AC-20 ; AC-25 ; AC-30按公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范(JTJ 032 94)條文說明第113頁陳述: “根據(jù)與先進(jìn)的國外標(biāo)準(zhǔn)盡社一致的原則，經(jīng)組織國內(nèi)專家多次協(xié)商討淪，本規(guī)范考慮一次到位，按照日本、澳大利亞的規(guī)定，全部采用 ISO565的R40/3 系列的標(biāo)準(zhǔn)篩孔和按照我國習(xí)慣全部采用mm制。用于瀝青路面礦料級配的篩孔為 0 075、0 15、0 3、0 6、l 18、2 36、4 75、9 5、

5、13, 2、16、 19、26, 5、31.5、37, 5、53、63、75、106mm 等 19 個篩孔為標(biāo)準(zhǔn)篩孔”。 加黑的篩孔尺寸是非標(biāo)準(zhǔn)篩孔尺寸，美國與澳大利亞的規(guī)范均沒有16mm , 31.5mm這兩個篩孔尺寸；日本也沒有16mm尺寸，但日本多出一個引31.5mm 尺寸。另外在規(guī)范2.1 條術(shù)語中找不到關(guān)于集料最大粒徑的定義，當(dāng)然也在找不到集料最大公村尺寸的定義。從2.1.432.1.47 關(guān)于砂粒式瀝青混合料、細(xì)粒式瀝青混合料一直到特粗式瀝青碎石的定義中可以看出，最大集料粒徑似乎就是混合料命名的尺寸。如細(xì)粒式AC 10 和 AC 13 的最大集料尺寸分別為9.5mm和 13.2mm

6、,中粒式AC16和 AC 20的最大集料尺寸分別為 16mm和 19mm 。這與規(guī)范中表7.1.2 的定義是一致的。但是如來研究一下規(guī)范表D.7 瀝青混合料礦粉級配及瀝青用量范圍（方孔篩） ， 就會發(fā)現(xiàn)：如 AC-16mm 的通過率為95%100%, 也就是說還有5%的集料尺寸在于16.0mm ，這種集料尺寸應(yīng)稱為什么尺寸呢?根據(jù)美國Superpave 的定義：集料最大公稱尺寸為篩余第一次大于10%的篩號的上一級篩子定義為集料最大公稱尺寸；集料最大尺寸：集料最大公稱尺寸上一級篩號定義為集料最大尺寸。根據(jù)這個定義檢驗(yàn)規(guī)范表 D.7中的AC-25 I和AC-16 I。先看AC-25 I ,篩余第一

7、次大于10%的篩號為19mm， 19mm 上一級篩號為26.5mm ，稱為集料最大公稱尺寸，再上一級為31.5mm 是非標(biāo)準(zhǔn)篩號，規(guī)范中所列的幾個國家中只有日本一個國家有，美國、澳大利亞、西班牙均沒有這個尺寸，26.5mm 上邊應(yīng)為37.5mm這才是集料最大尺寸。再看 AC-16 I ,第一次篩余大于10%的篩號為 13.2mm ，它的上一級16.0mm 定義為集料最大公稱尺寸，它的再上一級為 19.0mm ，定義為集料的最大公稱尺寸，由于規(guī)范中所有國家均沒有16.0mm 這一尺寸，按這些國家的規(guī)定13.2mm 上一級應(yīng)是19.0mm 。表2表D.7中瀝青混合料礦料級配及瀝青用里范圍（方孔篩）

8、篩孔尺寸/mm31.526.519.016.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075AC-25 I100951007590628053754363325225421832132581851337AC-16 I10095100759058784263325022371628112171548如果說26.5mm和16.0mm為集料最大公稱尺寸，按照經(jīng)驗(yàn)的規(guī)定路面結(jié)構(gòu)層最小至小應(yīng)為集料最大公稱尺寸的 3倍。也就是說中面層 AC-25至少7.5cm ,表面層 AC-16至少5cm。我國現(xiàn)行高速公路的瀝青路面結(jié)構(gòu)層厚度與瀝青混合料類別大體有下列幾種典型結(jié)構(gòu)，見圖1圖1我國現(xiàn)

9、行高速公路瀝雷路(1)LH-205CmLH-306CmLS4012Cm(5)SAC164Cm中密4Cm粗密6Cm(2)長平-134CmAC-20 n5CmAC-25 I6Cm(6)AC-16 I4CmAC-25 I5CmAC-25 n7Cm(3)(4)AC-16B4cmAK-133CmAC-25 I6CmAC-20 I5CmAC-25 n6CmAC-30 I7Cm(7)(8)SMA-164CmAK-164CmAC-25 I6CmAC-20 I5CmAC-25 n8CmAC-30 I6cm圖1中的（1）是京津塘高速公路瀝青路面結(jié)構(gòu)圖。京津塘高速公路瀝青路面使用的LH20相當(dāng)于AC16,京津塘高速

10、公路表面層是 5cm。中面層LH30 相當(dāng)于AC 25,它的最小厚度應(yīng)為7.5cm,由于北方雨量少，又是密級配，下面密度稍微差一些也不會象南方出現(xiàn)嚴(yán)重的水損害問題。下面層 LS40相當(dāng)于AC-35 ,它的最小厚度應(yīng)是 10.5cm。圖1 （6）為南方某省正在建設(shè)的一條高速公路，AC-25瀝青混合料的厚度只有5cm,由于集料太大、路面太薄，所以瀝青混合料非常容易離析而且不易 壓實(shí)，將來路面很容易受損害。圖 1 中（3）為南方已建成的某高速公路，1996 年通車，面層為AC-16B，為多碎石瀝青混合料，由于級配遠(yuǎn)離最大密度線，空隙率較大，通車1 年后就有局部水損害現(xiàn)象發(fā)生，個別路段中面層的瀝青膜剝

11、落殆盡，雨季時路面水損害十分嚴(yán)重。圖 1 中（4）為北方某高速公路，建好不到1 年就發(fā)生了嚴(yán)重的早期破壞，如果上面層AK 13的路而厚度由3cm改為4cm,可能情況就會好很多。除了京津塘高速公路以外，幾乎所有高速公路的瀝青路面結(jié)構(gòu)層與瀝青混合科類型相比，均不能滿足集料最大公稱尺寸3 倍的經(jīng)驗(yàn)法則。根據(jù)調(diào)查表明：表面層空隙率在6%13%之間時，是發(fā)生水損害最危險的空隙率。因?yàn)榭障堵蚀笥?3時水很容易而走，空隙率小于6時，水不容易流進(jìn)去；而在這一范圍的空隙率是水容易進(jìn)而不容易出的狀態(tài)，在行車作用下路面逐步壓實(shí)，原來聯(lián)通的空隙不聯(lián)通了，這些空隙中的水在行車作用下產(chǎn)生空隙水壓力，重車再加上超載車多，空

12、隙水壓力也大，更容易產(chǎn)生水損害，這也是一些高速公路在建好不久后就出現(xiàn)水損害的原因。2 國外狀況德國瀝青路面修訂技術(shù)合同條件及及規(guī)范（德國交通部公路局）1994 年版本中關(guān)于承重層（頂層，相當(dāng)于我國瀝青面層三層式的下面層）的混合料采用0/16 的瀝青混凝土，其鋪筑厚度要求5.010cm 。 其結(jié)構(gòu)層厚度與混合料公稱尺寸的比為3.13.8。作為表面層的熱拌瀝青混合料，鋪筑厚度和結(jié)構(gòu)層厚度與混合料公稱尺寸比 值見表 3混合料類型0/16s0/11s0/110/80/5鋪筑厚度/cm5.06.04.06.03.54.53.04.02.03.0結(jié)構(gòu)層厚度混合料公稱尺寸3.13.83.964.53.24.

13、13.85.04.05.0作為聯(lián)結(jié)層的執(zhí)拌瀝青混合料（相當(dāng)于我國的中面層熱拌瀝青混合料）鋪筑厚度和結(jié)構(gòu)層厚度與混合料公稱尺寸比值，見表 4。表4混合料類型0/220/160/11鋪筑厚度/cm7.010.04.08.5只用于找平結(jié)構(gòu)層厚度混合料公稱尺寸3.24.52.54.3從表3、表4可以看出德國表面層瀝青混合料比我國明顯要細(xì)得多，即使是 16mm混合料，最小厚度也是5.0cm,表面層結(jié)構(gòu)層厚度與各種混合料公稱尺 寸的比值均在35倍左右。澳大利來瀝青混合料手冊（1995年11月草稿）中規(guī)定結(jié)構(gòu)層厚度至少為混 合料公稱尺寸的2.5倍，以便于壓實(shí)。澳大利亞的熱拌瀝青混凝土有下列幾種， 見表5。表

14、5公稱尺寸/mm571014202840典型層厚/mm1520202525353545>45>50>100結(jié)構(gòu)層厚度/ 混合料公稱尺寸3.05.02.93.62.53.52.53.2>2.3>1.8>2.5用途用于人行道 和居民區(qū)中等交通 磨耗層重交通磨耗層最常用聯(lián)結(jié)層和基層很少用廣泛用于基層從表5中可以看出澳大利亞瀝青路面面層最常用的重交通面層為 14mm瀝 青混凝土，其厚度3545mm為公稱尺寸的2.53.2倍，其名稱為0/14,實(shí)際 上集料最大公稱尺寸為13.2mm,其比值也在2.73.4之間。芬蘭瀝青規(guī)范連續(xù)級配熱拌瀝青混凝上 （AC）共有6個類型，

15、表面層：AC8、 AC12;聯(lián)結(jié)層：AC16、AC20/ACB20、AC25/ACB25 ;下面層：AC20/ACB20、 AC25/ACB25 以及 AC32/AC32/ACB32 。可以看出芬蘭表面層瀝青混合料 AC8和AC12比我國明顯要細(xì)得多。美國Superpave建議的混合料類型如表6。表6路面層位集料最大公稱尺寸/mm表面層9.512.5聯(lián)結(jié)層1937.5底向?qū)?537.5根據(jù)1998年出版的Superpave施工指南的建議，作為經(jīng)驗(yàn)法則，瀝青路面 結(jié)構(gòu)層厚度應(yīng)等于或大于集料最大公稱尺寸的3倍，對于粗的混合料，這個比例還應(yīng)增加。過去最常用的瀝青路面結(jié)構(gòu)層厚度的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則為 2:1,層

16、的厚度為集料最 大尺寸的2倍，過去所謂集料最大尺寸是第一個 100 %通過率的篩號?，F(xiàn)在新的Superpave ,集料最大公稱尺寸有明確定義，通常不可能100%通過這個尺寸，因此，過去19mm最大尺寸就是現(xiàn)在的12.5mm公稱尺寸。因 此，可以將過去2:1的最大尺寸可用現(xiàn)在的3:1的最大公積尺寸來替代。但 由于我國級配尺寸增加了 2個不規(guī)范的16mm和31.5尺寸，尤其是16mm尺 寸，在使用上造成了極大的混亂。認(rèn)為 16 mm的上一級19 mm為最大尺寸， 按19mm的2倍，4cm厚面層應(yīng)該說是沒有問題的，但是按 16cm集料最大公稱尺寸的3 倍來計(jì)算4cm 是不夠的，問題就出在沒有最大公稱

17、尺寸的定義，而且級配尺寸不規(guī)范。如果我們看規(guī)范的尺寸，最大公稱尺寸13.2mm 的 3 倍為39.6mm 與最大尺寸和最大尺寸19mm 的 2 倍 38mm 是差不多的，最大公稱尺寸 25mm 的 3 倍為 75mm 與最大尺寸37.5mm 的 2倍也是一樣的，但是 31.5mm的 2 倍就只有63mm 。 AC-25 瀝青混合料過去一般人認(rèn)為6cm 就夠了，這是錯誤的， 這是因?yàn)?6.5mm 的上一檔應(yīng)該是37.5mm ， 所以結(jié)構(gòu)層厚度至少7.5cm才足夠。3 結(jié)論與建議我國高速公路瀝青路面早期損壞現(xiàn)象是普遍的，在某些地方甚至是很嚴(yán)重的。瀝青路面早期損壞的原因是多方面的，有材料原因，有施工

18、原因，也有管理方面的原因。一般認(rèn)為施工引起的原因（如路面厚度不夠，壓實(shí)度不夠等）是主要的，因?yàn)榭偪梢哉业揭恍┦┕し矫娴脑?。為什么我們從材料、施工和管理各方面都十分認(rèn)真，嚴(yán)格按規(guī)范要求去做，路面還會發(fā)生損壞？美國在二十世紀(jì) 80 年代按規(guī)范修筑的路面也發(fā)生了許多早期損壞，如車轍、剝落等等，這就是美國為什么會開展美國公路戰(zhàn)略研究計(jì)劃的原因他就是說要從傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)規(guī)范向性能規(guī)范發(fā)展。我們應(yīng)認(rèn)真學(xué)習(xí)美國的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，少走彎路。3.1 結(jié)論瀝青路面早期破壞的原因很多，本文提到的瀝青路面結(jié)構(gòu)層厚度和混合料類型不匹配，只是其中的一個原因，但這是一個十分重要的原因，應(yīng)該引起足夠的重視。瀝青路面結(jié)構(gòu)層厚度與瀝青混合料類型應(yīng)相匹配，還常路面結(jié)構(gòu)層厚度應(yīng)是集料最大公稱尺寸的3 倍以上。我國的瀝青路面表面層多采用AC-16、 AK-16 或 SMA16， 與常用的4cm路面厚度不匹配，是我國瀝青路面產(chǎn)生早期破壞的重要原因之一。瀝青表面層的功能主要為抗磨耗，因此也稱為磨耗層，這一層同時要抗老化。因此可以