高性能沥青路面在西安至户县高速公路上的应用

西安至户县高速公路（以下简称西户高速公路）是国道主干线（GZ40）二连浩特至河口的一段，同时也是陕西省米字公路主骨架的重要组成路段。它既是华北、西北通往祖国西南的大通道，也是西安通往汉中地区最便捷、最重要的交通干线，对实施西部大开发战略和加快基础建设具有重要意义。因此，为了延长沥青路面的使用寿命、改善沥青路面的使用性能并减少沥青路面的后期维修费用，西户高速公路项目部(以下简称项目部)与长安大学合作，采用美国公路战略研究计划（SHRP）的重要研究成果——高性能沥青路面（superpave）技术对沥青上面层重新进行了设计，从施工的结果看达到了改善路面使用性能的目的，使上面层即粗糙防滑又密实防水，受到了专家的好评。一、 现行AC、AK型路面的不足及高性能沥青路面的先进性1、AC、AK型路面的不足我国从建设高速公路以来，沥青路面的设计一直采用马歇尔设计方法，其混合料类型的选择一般是：中、下面层采用空隙率小、不透水的连续级配沥青混凝土AC型，上面层则采用表面比较粗糙的AK型作为抗滑表层。AC型是一种密实型沥青混凝土结构，其矿料级配按最大密实原则设计，属于连续性级配，强度和稳定性主要取决于混合料的粘聚力和内摩阻力，因为结构密实、空隙率小，所以AC型路面的水稳定性较好。但是，由于其表面不够粗糙，耐磨、抗滑、高温抗车辙等性能明显不足，并且矿料间隙率也难以满足要求，通常采用减少沥青用量的方法来满足间隙率的要求，这样使沥青路面的耐久性能降低，因此，AC型在高等级公路的上面层已很少采用，主要用于中、下面层。由于防滑性能好，AK结构是高速公路上面层最常采用的结构。但是，AK结构的设计空隙率大，下雨后，水分容易渗入面层内，如果中、下面层比较密实，水分则聚集在上面层和中面层之间，并使上面层长期浸泡在水中，导致路面发生松散、坑洞等破坏；反之，水分会直接渗入基层，基层长期浸泡在水中，会发生松散、唧浆，从而使整个路面结构破坏，危害更大。2、高性能沥青路面（superpave）的先进性高性能沥青路面（superpave）是美国公路战略研究计划（SHRP）最重要的研究成果之一。高性能沥青路面作为SHRP研究成果的专有名称，它包含了沥青标准和集料标准、矿料级配曲线的组成规定和混合料的体积设计方法三大内容，提出了控制点和限制区的概念。高性能沥青路面的先进性在于它开发了一套全新的实验设备和方法，从根本上改变了现行试验方法和规范的纯经验性质，从而避免了由此带来的局限性，高性能沥青路面沥青结合料与混合料

土工格栅是一种主要的土工合成材料，与其他土工合成材料相比，它具有独特的性能与功效。常用作加筋土结构的筋材或复合材料的筋材等。土工格栅适用于各种公路、铁路、机场的路基增强路面增强。适用于大型停车场和码头货场等永久性承载的地基增强。适用铁路、公路的边坡防护。适用的涵洞增强。适用于单向拉伸土工格栅增强后的土坡的二次增强，进一步增强土坡，防止水土流失。矿山、坑道加固。

规范的新体系将试验方法与指标同沥青路面的路用性能建立起直接关系，通过控制高温车辙、低温开裂和疲劳开裂，来达到全面改进路面性能的目的，形成了一个基于路用性能基础上的沥青——沥青混合料设计新体系。3、西户高速公路采用了高性能沥青路面西户高速公路沥青路面结构原设计沿用了马歇尔设计方法设计的方案，上面层为4cm中粒式沥青砼抗滑表层（AK16-A），中面层为5cm中粒式沥青砼面层（AC-20I），下面层为6cm粗粒式沥青砼面层（AC-25I）。项目部组织人员对此方案进行了大量的调查、研究和论证，发现在我国已建成的采用此方法设计的高等级公路中，绝大多数沥青路面达不到路面使用寿命的一半，有的仅建成2~3年，甚至通车仅几个月，沥青路面就出现大面积破坏，造成了巨大的损失。为了改变这一状况，项目部和长安大学公路学院组成课题组，决定采用高性能沥青路面的设计思想，对沥青面层重新进行设计。二、西户高速公路高性能沥青路面的设计与施工1、高性能沥青路面的设计课题组经过认真分析，决定维持中、下面层设计方案不变，只对上面层采用高性能沥青路面的设计方法重新进行设计，级配类型为super-19型。总体思路是：在减少极大颗粒含量的同时，控制细集料的含量，并且避开高性能沥青路面细集料限制区，使级配曲线向密实方向发展，以增加混合料的抗滑和防水能力。设计的主要步骤是:（1）原材料选择①沥青西户高速公路高性能沥青路面沥青采用美国科氏AH-90沥青，其各项指标如表1所示：沥青试验结果 表1AH-90 检测结果针入度(25℃，100g,5s) (0.1mm) 87软化点（环球法） (℃) 46闪点 (℃) 290返度（15℃，5cm/mm） (cm) ＞150溶解度 (%) ＞99.9旋转粘度（60℃） (pa.s) 15.9蜡含量（蒸馏法） (%) 1.8密度（15℃） （g/cm3） 1.027薄膜烘箱后残留物（TFOT,163℃,5h） 质量损失 (%) -0.03返度(15℃,5cm/mm) cm ＞150针入厚比(25℃) % 67由表1中可以看出,科氏重交沥青符合规范“重交通道路石油沥青技术要求”的规定以及美国SHRP的PG64-28规定。PG64_28规定如表2所示,其中PG代表考虑路用性能的沥青结合料等级,即PG64-28表示该种沥青结合料可满足最高路面设计温度为64℃,最低温度为-28℃地区使用.美国SHRP沥青路用性能规范PG64-28规定 表2沥青使用性能等级 PG64-28平均7d最高路面设计温度 （℃） <64最低路面设计温度 （℃） >-28原 样 沥 清闪点（COC,ASTM,D92）,min （℃） 230粘度ASTM4402,max,2pa·s 试验温度 （℃） 135动态剪切（SHRP B-003）G*/sinδ,min,2.0 kPa试验温度@10rad/s （℃） 64RTFTO(ASTM D2872) 残 留 沥 青质量损失,max (%) 1.00动态剪切（SHRP B-003）G*/sinδ,min,2.OkPa试验温度@10rad/s （℃） 64PAV 残 留 沥 青(SHRP B-005)PAV 老化温度 （℃） 100动态剪切（SHRP B-003）G*/sinδ,max,3OMPa试验温度@10rad/s （℃） 22物理老化 实测记录蠕变劲度,(SHRP B-002)S,max,200Mpa m值.min,0.35试验温度@60s （℃） -18直接拉伸,(SHRP B-006)破坏应变,min,1.0%试验温度@1.0mm/min （℃） -18②粗集料粗集料采用西安市小峪料场生产的石料,根据现场调查,小峪石料洁净、干燥，没有风化和杂质现象，并且具有足够的强度和耐磨性。由于本次设计级配类型为Super-19型，因此，课题组采用了10~15、10~20、5~10三档粗集料。集料筛分结果如表３所示：集料筛分结果表 表３规 格 公称粒径（mm） 孔 径（mm