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聊一聊Superpave5
2019年06月21日    阅读量:1604    新闻来源: 筑路机械与施工机械化  |  投稿

在过去的50年里,以下对话可能已经出现过数千次。我会这样想,是因为我刚入行的时候也问了同样的问题。

年轻的工程师问:“我不明白,为什么我们将混合料的空隙率设计为4%,在施工中却只要求达到8%?


经验丰富的工程师答:“也许是因为交通会把它压实到4%吧沥青网sinoasphalt.com。反正在我还是新人的时候,别人就是这样告诉我的。


“4%”的设计概念至少可以追溯到20世纪40年代早期,马歇尔设计方法崭露头角的年代。如今,尽管大多数沥青混合料已经使用Superpave方法设计,Superpave身上还是带着挥之不去的前者的影子——空隙率依旧被设计为4%。


在Superpave设计方法被开发出来之前,马歇尔设计方法无处不在。除了法国之外,它在全球几乎成了一个通用标准。


1959年,原法国道路和桥梁中心实验室(LCPC)的人员在访问美国期间对德克萨斯旋转压实仪印象深刻;20世纪70年代,他们开发了一种基于自己设计的旋转压实仪的混合料设计方法。


虽然LCPC方法允许空隙率在某个范围之内,但是设计通常以5%进行;道路的压实目标是最大密实度为95%(空隙率为5%)。


Superpave混合料设计方法围绕Superpave旋转压实仪构建。该设备起源于德克萨斯旋转压实仪,但是也吸纳了法国对LCPC旋转压实仪的研究。考虑到它与两种压实仪及体积分析的关系,Superpave可以追溯到1890年代后期的Richardson设计方法。


在美国战略公路研究计划(SHRP,它是Superpave的摇篮)期间,发生过以类似LCPC的方式设置Superpave的讨论,即把空隙率设计为5%,施工时也压实到5%。然而,为了便于实施,SHRP认为Superpave应该尽可能模仿马歇尔设计方法,于是这个想法被束之高阁了。


为什么我们要继续生活在马歇尔设计方法的阴影下?从理论上讲,Superpave应该可以采用法国的做法。如果Superpave沥青混合料的空隙率被压实到5%,就有可能减少沥青结合料的老化,并且在不增加成本的前提下延长路面的寿命。


Superpave5使用的设计空隙率为5%,而不是目前的Superpave设计方法要求的4%。为了保持相同的最小沥青含量,VMA比当前Superpave体积配合比设计标准(AASHTO M323)中规定的值增加1%。


对Superpave5的设想是沥青混合料至少具有相同的沥青结合料含量,可以把现场空隙率压实至5%,并且保证抗车辙能力不会变差。但是,这些可以实现吗?路面的老化速度会变慢吗?


印第安纳州先后在2013、2014、2016年建设了3个试验项目。标准Superpave4沥青混合料的平均密实度分别为92.5%、91.8%和93.3%(即空隙率分别为7.5%、8.2%和6.7%);Superpave5混合料的平均密实度为95.9%、94.7%和95.5%(即空隙率分别为4.1%、5.3%和4.5%)。在所有的试验项目中,Superpave5和Superpave4沥青混合料使用一样的设备碾压。这些试验项目用于确认在相同的现场压实下,可以获得更高的密实度。


在2018年的评估中,从每个地点回收沥青结合料,结果发现:3个Superpave4样品位置的平均值为PG 100.0-16.2;对于3个Superpave5样品位置,平均值为PG 94.0-21.0。在高温等级下,Superpave5部分的沥青结合料老化比Superpave4低6°C;在低温等级下,Superpave5部分的老化低4.8°C。


包含裂缝、车辙与平整度(IRI)在内的路面状况数据被自动化的车辆收集起来。使用Superpave5和Superpave4铺筑的两个部分都非常平整,平均车辙深度也基本相同。主要的性能差异在于表面开裂。Superpave4部分被大约12~18英寸的块状裂缝覆盖了,Superpave5部分则几乎没有。


聊一聊Superpave5 沥青网,sinoasphalt.com


该研究项目为Superpave5设定了设计参数,最早的试验段展现了它带来的减少老化和开裂等好处。2018年,印第安纳州运输部(INDOT)签订了12个Superpave5项目,为该州的承包商获得Superpave5沥青混合料的设计与施工经验创造条件。


2019年1月,INDOT修改了规范,要求所有沥青混合料均采用Superpave5进行设计。从2019年9月开始,INDOT的所有项目都将使用新的规范。


最后,我想可以回答文中那个问题了:使用Superpave5设计方法可以减缓沥青结合料的老化速度,从而在不增加成本的前提下减少路面裂缝,维持它的抗车辙能力。


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