交通公路瀝青路面新技術(shù)研究

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中級階段

隨著經(jīng)濟的發(fā)展、交通量的增大，對路面提出了新的要求，主要是延長使用壽命，除了渣油已發(fā)展為氧化瀝青，拌和法工藝經(jīng)歷上拌下貫正在逐步取代層鋪法。因為瀝青表面處治與貫入式路面設計交通負荷量在300~500輛/日，設計使用年限為8~10年，當交通量成倍增長時，實際使用壽命不過2~3年。此外，對速度的要求也提了出來，設計車速平均控制在60km/h，普遍心理期待著良好的平整度。無論是公路還是城市道路，評價道路的好壞都以完好率為指標，可稱之為完好率階段，其目標是無破損，重點是包括強度在內(nèi)的耐久性問題。

交通量的增長推動了拌和法施工的瀝青路面的發(fā)展。一套大容量（200t/h）、自動控制的熱拌瀝青混合料拌和設備系統(tǒng)價值以千萬計，一般情況下沒有投資的必要。而與發(fā)展需求相適應，先是簡易的手工作業(yè)興起，隨后發(fā)展了可移動的連續(xù)式拌和機械設備，由小型到大、中型，與此同時間歇式的拌和機械設備開始與連續(xù)式競爭，直到高等級公路建設時代，間歇式才取得了一統(tǒng)天下的地位。與上述發(fā)展歷程相適應的路面結(jié)構(gòu)也由瀝青上拌下貫式，經(jīng)熱拌瀝青碎石而進入瀝青混凝土的時代。

隨著拌和設備與工藝的進步，松散、坑槽的損壞現(xiàn)象大幅度減少；采用馬歇爾試驗方法設計瀝青混合料級配組成后，推移和擁包得以控制，使用壽命穩(wěn)步上升；然而出現(xiàn)了新的問題，即裂縫。

中國于1989年曾對黑龍江省4000km的黑色路面（瀝青與渣油各占50%）進行了大規(guī)模的抽樣調(diào)查，在5種結(jié)構(gòu)類型中，松散類與變形類損壞首推渣油表處與瀝青表處，而裂縫類損壞中瀝青混凝土遙遙領(lǐng)先。當然裂縫類損壞對行車的直接影響與松散、變形類大不相同，但抽樣結(jié)果卻是令人驚異的。不能簡單地認為這是低溫地區(qū)的特殊性，可以結(jié)合北京市城市道路瀝青加鋪層的調(diào)查資料對比分析。

20世紀60年代初，北京曾對50年代改建的部分道路做了瀝青加鋪層，平均養(yǎng)護周期約為10年，其余部分加鋪層推遲到了20世紀70年代實施。這樣到20實際80年代末調(diào)查所得的裂縫與加鋪層使用年限的數(shù)據(jù)反映了兩個側(cè)面：及時養(yǎng)護的效益以及不同類型瀝青層的力學性質(zhì)。3cm瀝青表處的使用年限高于5cm瀝青混凝土，以及同厚度的瀝青混凝土的使用年限高于黑色碎石，充分說明了瀝青結(jié)構(gòu)層極限變形能力對約束反射裂縫所起的作用。

上述應用的研究的理論與世界各國先后經(jīng)歷20年的瀝青路面疲勞研究結(jié)論相同，瀝青用量對提高疲勞壽命十分重要，但是過多的瀝青導致熱穩(wěn)定性的不足。因此，提高瀝青混合料中有限瀝青用量的質(zhì)量是延長壽命的一個關(guān)鍵技術(shù)。上述現(xiàn)象反映出瀝青混凝土有它自己的力學特性，必須根據(jù)這一特性設計路面結(jié)構(gòu)，這也就是1978修訂柔性路面設計規(guī)范一結(jié)束緊接著就開始增補設計指標的研究，最終于1986年產(chǎn)生了新的設計規(guī)范。不論是前者按彎沉設計路面結(jié)構(gòu)，還是后者增補拉應力為結(jié)構(gòu)設計指標，一個是變形控制，另一個按強度控制；總之，都是解決與交通荷載增長相適應的耐久性問題。如果說裂縫對瀝青的鋪層壽命的影響控制足以滿足中低速交通的要求，那么對于高速交通需要變形與強度兩方面的控制。

高等級階段

高速交通的崛起，對路面的結(jié)構(gòu)提出了功能性、使用性能的要求，首先是舒適性與安全性，繼而增加了環(huán)境保護與經(jīng)濟性。行駛在高速公路上的車輛感覺到的首先不是路面結(jié)構(gòu)的強度與穩(wěn)定性，而是上述四方面的功能，當然功能是以路面結(jié)構(gòu)的強度與穩(wěn)定性為基礎的。高速交通對路面結(jié)構(gòu)要求的功能指標可區(qū)分為2個層次：屬于基本要求的第一層次是平整度、摩擦系數(shù)、構(gòu)造深度與車轍深度；屬于進一步要求的第二層次是路表與輪胎相互作用產(chǎn)生的噪聲、影響駕駛員視覺疲勞的反光特性以及各項車輛運營的經(jīng)濟指標，如燃油消耗、輪胎磨損、零件維修等。如果說當前中國正進入第一層次的話，那么歐美一些先進國家高速公路網(wǎng)加鋪層決策的主要依據(jù)并非強度與平整度，而是降低噪聲和提高雨天抗滑能力。

舒適性

功能所要求的平整度不僅是施工的允許誤差，由于路面材料與土基的不均勻性，路面結(jié)構(gòu)處于溫度、濕度等自然因素不均勻變化的作用下，平整度衰減是必然的。從某種意義上講這是一個永久變形問題。這樣，影響路面的平整度因素不僅是施工工藝與管理水平，像路面結(jié)構(gòu)強度、結(jié)構(gòu)組合、材料、土基以及均勻性都影響到平整度。根據(jù)人體對振動的反應，國際標準協(xié)會提出3個界限：暴露界限（維持工作與健康的界限）、疲勞降低熟練程度界限（維持正常工作的界限）、降低舒適界限（能進行吃、談、寫等正常旅行生活的界限）。綜合路面不平整度引起的振動對人、貨物、車的影響，國際標準協(xié)會還得出了道路振動量的分級標準。據(jù)此流行于世界各國的近20種的路面平整度指標有了以舒適性為物理意義的統(tǒng)一理論基礎。

1982年世界銀行組織各國的在巴西進行了大規(guī)模的平整度研討，提出了標準化的平整度指標——國際平整度指數(shù)IRI。

安全性

在抗滑方面，不僅要考慮車輪作用下覺得路表面粗糙度的礦料磨光、磨損特性，更重要的是車輛在中速到高速時路面必須要有高效排水的宏觀構(gòu)造。輪胎與有水膜的路面接觸時，存在一個相互作用的過程，高速滾動的輪胎排除路表積水的水膜，方可與路表接觸，產(chǎn)生摩擦力。當排水速度低于輪胎行走速度時，車胎如同在水面上行走。這種滑水現(xiàn)象危及行車安全。環(huán)境保護將噪聲區(qū)分為動力系統(tǒng)噪聲和輪胎與路面的接觸噪聲之后，路面功能的研究有了新的進展。已經(jīng)證明接觸噪聲的大小取決于路面微觀和宏觀構(gòu)造以及路面材料的吸聲性能。微觀構(gòu)造影響高頻振動產(chǎn)生的噪聲，宏觀構(gòu)造則影響低頻振動產(chǎn)生的噪聲。路面光度學的研究表明，具有均勻而粗糙的宏觀構(gòu)造的路面其反光特性有利于交通安全。看來，路面無照明區(qū)的能見度研究將對交通安全產(chǎn)生重大的影響。

經(jīng)濟性

盡管輪胎磨損的機理還在研究當中，但路面表面構(gòu)造所起的作用已經(jīng)明了。對于微觀構(gòu)造，在抵抗硬而銳利的澀面時，特別是在潮濕狀態(tài)下將發(fā)生微型切削作用；而干燥時，在又光又滑的表面上將發(fā)生疲勞磨損作用。對于諸如坑槽、車轍、平整度差的路段，表面的大構(gòu)造即結(jié)構(gòu)性構(gòu)造，會使輪胎產(chǎn)生深而成塊的切割。對燃料與潤滑油的消耗，車輛零件磨損主要受路表結(jié)構(gòu)性構(gòu)造的影響；燃料與潤滑油消耗除受結(jié)構(gòu)性構(gòu)造的影響外，還受宏觀構(gòu)造的影響。

國外對路面表面功能研究已經(jīng)從平整、抗滑擴展到了防止和減少噪聲、視覺疲勞、輪胎磨損、人體振動、經(jīng)濟效益與社會效益等方面，雖然對機理還缺乏系統(tǒng)的論述，但正在向形成1個體系的方向發(fā)展。針對主要高速公路瀝青路面結(jié)構(gòu)損壞的特點，瀝青混合料的使用性能也逐漸明確并歸納為疲勞、車轍、低溫開裂、水損害與老化5個方面，與表面功能相聯(lián)系，慢慢地形成了將使用性能擴展為結(jié)構(gòu)性使用性能（即疲勞等5個指標）和功能性使用性能（即平整度、摩擦系數(shù)、構(gòu)造深度、噪聲、車轍等指標）2個方面。后者是高速交通直接感受到的功能，而它的基礎是構(gòu)造性使用性能。

功能性使用性能對路面材料與施工工藝提出了高要求，平整度對工藝的要求已逐步得到了重視，問題在于一個傾向掩蓋了另一個傾向，在重視取決于工藝的平整度的同時忽視了對平整度衰減有重大影響的壓實工藝。更多的問題出現(xiàn)在抗滑層。摩擦系數(shù)對粗骨料得出了磨光值的要求，而磨光值高的石料大都屬酸性或中性；構(gòu)造深度對骨料的規(guī)格、形狀要求嚴格，對于習慣于小生產(chǎn)骨料供應的體制，困難更多；粗骨料的增多要求在控制離析和碾壓工藝上采取相應的措施。總之在瀝青材料的質(zhì)量、骨料供應的規(guī)格與質(zhì)量、工藝操作各環(huán)節(jié)以及施工設備等方面都提出了新問題和高要求。

作者：肖潼單位：貴州省交通建設咨詢監(jiān)理有限公司銅仁分公司