沥青混凝土配合比设计论文

延长沥青路面使用寿命技术对策 交通部公路科学研究所 王旭东 1. 引言 近些年来沥青路面的早期损坏问题引起广泛的重视，同时我国上世纪八十年代末、九十年代初建成的一批高速公路相继进入了大修养护周期，如：京津塘高速公路、广深高速公路、广佛高速公路、济青高速公路、京石高速公路等等。由此引发出一系列关于路面质量的一些问题：如何提高我国沥青路面质量，如何延长我国沥青路面的使用寿命，如何降低沥青路面大修的养护成本等。对于这些问题的澄清有利于我国今后高速公路沥青路面建设的健康发展。 笔者结合这些年来一些的研究工作和工程体会谈一些粗浅的看法，不妥之初，敬请指正。

2. 我国发展半刚性沥青路面的必然性 近些年来，由于我国高等级公路沥青路面早期损坏比较严重，一些人开始怀疑我国普遍使用的半刚性沥青路面结构，认为这些病害主要是由半刚性结构引起的，我国以半刚性路面结构为主的高等级公路路面结构太单调了，应该研究使用柔性路面结构，认为柔性路面结构才能解决当前半刚性路面的问题，延长路面使用寿命，降低大修成本。 是这样吗？ 从世界范围看，柔性路面结构和半刚性路面结构（包括复合式路面结构）是沥青路面的两大类型。欧美国家、日本、澳大利亚等国以柔性路面为主，而我国、前苏联国家以半刚性路面结构为主。因此，认为我国搞半刚性路面就认为结构单调是毫无根据的，更不应以所谓的“百花齐放”、“百家争鸣”为由，不对当前半刚性路面存在的问题进行深入、系统研究，认真解决，就简单认为柔性路面比半刚性路面好，否定半刚性路面。这不是一种科学的态度，反映出当前一种浮躁的学术风气。 应该看到半刚性路面与柔性路面是两种同等的路面结构形式，无所谓谁比谁好，各有其使用的条件和特点。反射裂缝（或对应裂缝）固然是半刚性路面结构的病害特点，同样，车辙、疲劳裂缝也是柔性路面的病害特征。更何况，对于我国当前半刚性沥青路面早期损坏所表现出的主要病害并不是反射裂缝或对应裂缝，也不是由其引起的。 我国选择半刚性路面结构作为我国高等级公路的主要结构形式有其历史的必然性和现实的可行性。我国是一个发展中国家，经济条件有限，又要大力发展公路建设，选择半刚性沥青路面结构无疑是一个技术上可行、经济上合理的技术方案。有人认为，现在我国经济发展了可以修建造价比较高的柔性路面结构的高速公路了。今年，江南某经济发达省的一条高速公路的扩建工程，专门请国外专家进行柔性路面结构设计，设计方案确定后，进行造价分析发现其造价高得惊人，无法承受，只得一半用柔性路面结构，一半用半刚性结构。由此可见，采用柔性路面结构在我国当前经济水平下仍是难以承受的。根据目前国内公路造价，1cm的普通沥青混合料造价相当于4cm的水泥稳定碎石基层，而1cm改性沥青混凝土相当于6cm的水泥稳定碎石基层；而从强度、承载能力角度来看，相同厚度的沥青混凝土（包括改性沥青）远远小于水泥稳定碎石。 众所周知，随着经济的发展，我国公路上的超载运输现象十分普遍和严重，尽管我国的汽车保有量与发达国家相比有较大的差距，高速公路上的交通量远远小于发达国家。如美国州际公路上的交通量水平一般在10~20万辆/天，而我国一般在2~6万辆/天。但由于我国的轴载水平远远大于欧美国家，因此实际上我国公路上的单车道的累积轴载作用次数却远远大于欧美国家，如美国州级公路上15年的设计年限内的累积轴载作用次数一般为1500~2000万次，而我国据统计平均已达到了1亿次左右，有些路段可以达到近2亿次。这是摆在我们面前的客观现实。对于这样大的交通荷载柔性路面结构能否承受，国内外均没有相关的研究成果可以证明，因此更无从谈起用柔性路面结构代替半刚性路面的优越。 相反，通过十多年来我国高等级半刚性沥青路面的使用经验证明，从承载能力角度看，这种路面结构是适合我国交通环境的。笔者结合有关研究调查了我国早期修建的几条著名的半刚性结构的高速公路的交通轴载水平和实际的大修周期，发现：如果从轴载水平角度，这些高速公路的使用寿命只有2~4年，而实际的大修周期一般却为10年左右，远远大于设计使用寿命的要求。这都证明了半刚性路面结构是适应于我国当前运输水平的。这些高速公路的大修中绝大多是对原有沥青面层的处理，只有个别路段对基层进行了补强。 因此，我们有理由认为，没有半刚性沥青路面结构，就没有我国高速公路建设的飞速发展；半刚性路面结构是适合我国国情的路面结构形式，是不容否定的。 值得说明的一点，近十多年来国外发达国家采用柔性结构后发现，由于交通量的增加，车辙十分严重，现在重新在反思、研究半刚性路面结构的使用。这正与我们不谋而合。如果我们此时弃“半刚性”，而捡“柔性”，盲目跟着国外走，何谈公路技术赶超世界先进水平。

3. 改善半刚性沥青路面质量对策 在肯定半刚性沥青路面结构的同时，也不应回避由于管理、施工和质量控制等多方面的因素，产生当前比较普遍存在的路面早期损坏或耐久性不足的质量问题。 具体分为三个方面：半刚性基层的质量控制，沥青面层本身设计和施工问题以及两者之间的结合问题。 3.1 加强对半刚性基层施工的质量控制 对于半刚性基层来说，多年来由于经济利益的驱使和一些偏见，我国高等级公路建设过程中存在一种“重面层、轻基层”的倾向。尤其在施工过程中对半刚性基层质量控制不严，不知现在还有多少设计和施工单位认真进行基层材料配合比试验，还有多少施工和监理单位能严格按照施工规范的要求每天按质、按量地抽检混合料、制件、测7天强度。尽管每个工程的相关的技术文件资料都很齐全，但实际上真正去做的却是凤毛麟角。这样的状态如何能保证基层的质量，一些路段基层使用寿命短、早期损坏严重也就不足为奇了。 随着高速公路建设的发展，我国沥青面层的施工机械水平逐步更新换代，一直保持着世界先进的水平，但半刚性基层的施工设备却十多年来一直保持不变，有些已严重老化、落后了，直接造成混合料的级配控制不住、含水量和水泥剂量添加不准等通病，采用能够严格控制基层混合料产品稳定的间歇式拌和设备代替传统的连续式拌和设备已经势在必行。 当前国内有一种倾向：为了减少半刚性路面的反射裂缝或对应裂缝，半刚性基层的强度普遍有降低的趋势。这是不对的。 一方面，没有足够的基层强度就无法满足我国较大的交通荷载对承载力的使用要求，就会大大降低半刚性基层与沥青面层的层间粘结状态，就无法增加路面的耐久性和使用寿命。近些年来一些高速公路大修工程中发现局部路段半刚性基层的碎裂、松散现象，并不是基层强度过高引起的，而恰恰是由于基层施工不均匀和强度水平不足所导致的。当前国内外都十分关注沥青路面长寿命问题，关注减少高速公路大修成本问题。其核心问题就是延长基层的使用寿命。没有基层的长寿命就不可能有面层的长寿命，高速公路的大修成本就不可能降低。而保证基层具有足够的强度是提高基层质量，延长基层使用寿命的关键措施之一。 另一方面，对于我国半刚性沥青路面来说，反射裂缝（或对应裂缝）固然是其一种病害形式，基层强度与这种裂缝的产生有一定关系，但不是必然的关系，因为还有沥青面层厚度的因素在里面。英国早在上世纪七、八十年代就有研究成果表明当沥青面层厚度大于15~16cm以后，半刚性沥青路面的横向裂缝的产生主要是沥青面层本身的温度裂缝而不是反射裂缝。我国“七五”攻关的研究成果也表明，我国半刚性沥青路面的横向裂缝主要是温度裂缝，并不是反射裂缝。 再者也应看到路面这种非荷载性的横向裂缝的产生与路面其它的病害如：车辙、推移、泛油、网裂、坑槽、疲劳开裂，并不一样。前者只是路面病害的一种中间形态，如果及时地养护、缝封，对路面本身的行驶质量不会造成太大的影响，这在欧美很多发达国家的高速公路上都可以看到。而后者的诸多病害则是对沥青路面行驶安全、行驶质量带来直接的影响，而且是我国当前沥青路面早期损坏的主要病害类型，这些病害的产生绝大多数是由沥青面层本身引起的，与基层的强度高低和横向裂缝水平没有直接关系，有些根本没有关系。 因此，切不可“因噎废食”，降低基层强度，这将对我国半刚性沥青路面结构的使用带来致命的伤害。 如果说半刚性基层的问题主要来源与施工质量控制，那末，沥青面层的问题则主要来源与设计与观念。 3.2 正视沥青面层质量问题 我国已建的高速公路80%以上是沥青路面。沥青面层的厚度从12cm、15cm，发展到18cm，现在又有人提出需要进一步加厚。改性沥青的使用从最初的有选择使用，到如今几乎是必然使用，而且一层不够改两层、改三层。与我国经济水平不相称的是，我国道路用改性沥青的使用比例全世界第一。但结果如何呢？从全国来看，沥青面层的加厚、改性沥青的“泛”用，工程造价大幅度提高，却并未由此带来相应的路面质量的提高、寿命的延长，路该出问题还出问题。这些年来路面早期损害比较严重，也正是改性沥青泛滥成灾的几年。这里并不是说改性沥青的使用导致了早期损坏，但可以说明改性沥青解决不了路面早期损坏的问题，在有些地方甚至纵容了早期损坏。由于使用改性沥青，业主、设计、施工各方面均在一定程度上在思想上放松了对质量控制的要求，认为，已经采用昂贵的改性沥青了，已经尽力了，再出什麽质量问题也好交待了。殊不知，改性沥青不是灵丹妙药，仅仅是一种工程材料，代表不了工程质量的好坏。现在回过头看，大家公认我国早期修建的一些高速公路质量是过得硬的，当时没有现在多如牛毛的改性沥青品种，没有使用改性沥青，为什麽质量好呢？其实答案很简单。 同样，对于盲目增加沥青面层厚度也是与改性沥青滥用存在同样的危害。过去我国高等级公路沥青面层厚度一般为15~16cm，这对于半刚性路面结构来说已经是比较厚了，但到了上世纪九十年代后期，在缺乏严格论证的基础上一下提高到18cm，增加了2~3cm，为什麽？增加2~3cm意味着每平米沥青面层的造价增加16~24元，如果按双向四车道22米路幅宽度计算，每公里增加35.2~52.8万元；按1万公里高速公路里程计算国家至少多投入35.2~52.8亿元。遗憾的是这样大投入并没有换来我国公路质量的提高。 改性沥青的滥用、沥青面层厚度的盲目提高其背后的影响因素是多方面的。但都反映出我国沥青路面研究缺乏系统性，浮躁、急功近利现象普遍。具体表现在几个方面：1、缺乏长期、系统的研究；2、偏重于材料性能研究，忽视使用性能研究；3、设计与施工脱节，设计不能反映施工水平；4、施工工艺水平低。 上世纪九十年代初期，国内有些专家就呼吁开展路面长期使用性能的研究，但却迟迟得不到重视。路面结构的研究是一门应用性极强的工程技术类学科，大量的基础性数据来源于长期的实际工程的积累，而并不是像一般学科，仅仅通过力学计算、数学模型模拟就可以得到的。美国的路面设计之所以在世界处于领先的地位，正是由于上世纪五六十年代修建了大量的试验路和实体工程，进行了充分的总结、分析而得到的一整套完善、可靠的路面设计方法；进入到八十年代仍投入巨资开展相应的路面长期使用性能研究。我国从九十年代引入美国Superpave设计方法，投入几千万上亿的资金购买相关的试验设备，并开始应用，但实际的使用效果国内一直没有统一的观点，其中一个主要原因是没有一条象样的试验路段予以证