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沥青路面技术意见
对我国沥青路面施工技术标准的若干看法
【来源：
江苏省交通科学研究院网】【作者：
贾渝张全庚】
摘 要：
本文对现行沥青路面技术标准提出了一系列看法，试图从材料标准、设计标准、设计方法、水敏感性评价和密度标准方面论述我国标准的不足，对如何改进提出了建议。
关键词：
沥青路面 材料技术 标准 水敏感性密度
1 问题的提出
我们正处在沥青路面技术巨大转变的时代。
沿用了近百年的针入度规范和将近五十年的粘度规范和沥青混合料马歇尔设计方法正面临着巨大的挑战。
由于交通量、轴荷载以及轮胎气压的不断增长，这些经验的规范已显得力不从心。
一些完全满足这些规范的沥青路面发生了早期破坏，这就是美国公路战略研究计划（SHRP）想要解决的问题，企图从经验的指标向性能基础上的指标靠拢，在完全建立在性能基础上的规范之前，似乎还必须找一些与性能有关的规范过渡一下，这就是我们所处的时代。
什么是建立在性能基础上的规范，简单说来规范的技术指标表征了材料的物理或化学特征和性质，能通过建立的数学与物理化学模型来预测材料的路用性能。
如Superpave沥青胶结料规范就是一种建立在性能基础上的规范，它的规范指标，如复数剪切模量、相位角、蠕变劲度、蠕变速率和破坏应变，均是沥青材料的基本的粘弹性性质参数，通过所建立的模型就能将材料参数和路用性能联系起来，当然还要综合考虑混合料的另一些粘弹性参数。
什么是与性能有关的规范，实践告诉我们，沥青混合料必须满足它的一些基本的体积性质，如空隙率、VMA和VFA。
如果这些指标不满足，就不可能生产出一种耐久的混合料，因此，沥青混合料的体积特性是与性能有关的规范指标。
又如我们常常用轮辙试验的结果，如动稳定度或轮辙深度来评价沥青混合料的性能。
本文就当前我国沥青路面路面施工技术规范1中的若干问题提出一些看法，并从材料标准、设计标准、设计方法、水损害评价以及密度标准等方面，将我国规范与Superpave规范3进行比较分析，以吸取有用的东西，摒弃无用的东西，使我们的沥青路面性能更好，寿命更长。
2 材料标准
沥青混合料由适当级配的粗细集料及矿粉和规定等级与用量的沥青组成。
过去人们往往把注意力放在沥青性质方面。
固然，沥青对于路面低温开裂的影响是决定性的，但是对于抗车辙能力来说，集料和集料级配起决定的作用。
由于沥青混合料中95%为集料，所以应对集料的技术标准与级配引起足够的重视。
2.1 集料标准
表1为我国JTJ-032《沥青路面施工技术规范》中关于沥青混合料的集料标准。
我国规范集料标准和Superpave集料标准比较 表1
指 标
JTJ032
粗集料
石料压碎值 不大于（％）
洛杉矶磨耗损失 不大于（％）
视密度 不小于（t/m3）
吸水率 不大于（％）
对沥青的粘附性 不小于（％）
坚固性 不大于（％）
细长扁平颗粒含量 不大于（％）
水洗法＜0.075mm颗粒含量 不大于（％）
软石含量 不大于（％）
石料磨光值 不小于（BPN）
石料冲击值 不大于（％）
破碎砾石的破碎面积 不小于（％）
一表面层
一中下面层
粗集料角砾性
28
30
2.50
2.00
4级
12
15
1
5
42
28
90
50
细集料
视密度 不小于（t/m3）
粘土含量，砂当量
坚固性（＞0.3mm部分） 不大于（％）
细集料未压实空隙率 （％）
2.50
60
12
无
注：
①坚固性试验根据需要进行；
②用于高速公路、一级公路时，多孔玄武岩的视密度限度可放宽至2.45t/m3，吸水率可放宽至3％，但必须得到主管部门的批准；
③石料磨光值是为高速公路、一级公路的抗滑表层需要而试验的指标，石料冲击值根据需要进行，其他等级公路如需要时，可提出相应的指标值；
④钢渣的游离氧化钙的含量应不大于3％，浸水后的膨胀率应不大于2％。
表2为美国Superpave集料规范。
Superpave集料标准有两种，一种为共同标准，也可以说是指令性标准，必须统一执行，如粗集料和细集料的角砾性、细长扁平颗粒含量、粘土含量共四项；另一些称为料源特性，大都由各州公路部门自己确定，如洛杉矶磨耗损失、粗集料和细集料坚固性共三项,全部集料技术标准共为七项。
我国粗集料和集料细集料技术标准多达15项，而美国认为至关重要的试验项目，如粗集料和细集料的角砾性，我国却没有。
Superpave集料规范 表2
交通量
（百万ESAL'S）
粗集料棱角
细集料棱角
细长与扁平
颗粒含量
粘土含量
表面以下＜100
＞100
＜100
＞100
＜0.3
55/-
-/-
-
-
-
40
＜1
65/-
-/-
40
-
-
40
＜3
75/-
50/-
40
40
10
40
＜10
85/80
60/-
45
40
10
45
＜30
95/90
85/75
45
40
10
45
＜100
100/100
95/90
45
45
10
50
≥100
100/100
100/100
45
45
10
50
表中"85/80"表示85％的粗集料有一个或一个以上的破碎面，80％的粗集料有两个或两个以上的破碎面。
下面谈谈对我国集料标准中某些指标的一些看法。
（1）关于集料压碎值
集料压碎值用于相对衡量集料在逐渐增加的荷载下抵抗压碎的能力，是路面基层和沥青面层的重要指标，这个指标简单方便，是我国公路部门最常用的指标之一，应予以足够重视。
（2）关于洛杉矶磨耗值
洛杉矶磨耗试验在我国和北美是广泛使用的方法，美国有94%的州均有此指标以确定粗细集料抵抗磨耗的阻力和韧性，大多数州沥青路面底面层联结层和表面层最大允许值为40%～50%，我国洛杉矶磨耗值标准为30%，比美国高得多，这是由于美国好的集料已用得差不多了，定高就会增加路面成本。
北美洛杉矶磨耗损失的标准见表3。
北美洛杉矶磨耗值标准 表3
技术标准（％）
30
35
40
45
48
50
55
60
65
表面层
使用州百分比（％）
5
9
56
36
2
18
2
2
2
联结层
使用州百分比（％）
5
11
38
38
2
26
5
2
2
底面层
使用州百分比（％）
5
11
47
38
2
23
5
2
2
从上述北美标准来看，其要求比我国低很多，以表面层来说，一半以上的采用40％作为标准，36％的州采用45％的损失值作为标准，而我国一律为30％。
（3）关于粗集料视密度
粗集料视密度在热拌沥青混合料体积计算时是一个非常重要的参数，但是否作为集料的一个指标值得讨论。
（4）关于集料吸水性
为了就地取材使用高吸水率的集料，规定一个最大吸水率的要求也是可以的，但是我国集料吸水性的标准明显高于国外标准，尽管Superpave集料并无此标准，但根据过去北美调查，为了避免使用高吸水率的集料，许多州也规定了最大吸水率要求（见表4）。
北美允许最大吸水率标准 表4
最大吸水率标准
1.75
2.0
3.0
3.5
4.0
5.0
6.0
使用州百分比（%）
2
16
22
8
29
29
7
根据上述调查情况，36%的州最大允许吸水率为5.0%以上，65%的州为4.0%以上，也就是说美国、加拿大大部分州最大允许吸水率为4.0%，我国规定为2%似乎太严了一点。
筑路应该使用当地材料，不应强制以2%吸水率作为集料接受或拒绝的标准。
沪宁路苏州B标段古桑打石山，多孔玄武岩的吸水率为3.24％～4.32％。
在美国大部分州都认为可以用，但超过了交通部标准，问题不在于能不能用，而在于如何用。
指挥部召开专家会议，众说纷纭，莫衷一是，最后由于工期等原因，指挥部最后决定使用了多孔玄武岩，采用提高集料加热温度、延长集料烘干时间、混合料摊铺后立即碾压以及掺加抗离剂等措施，至今路面使用品质很好。
所以对于多孔性集料，关键是试验方法要跟上。
我国T07112路面沥青混合料最大相对密度试验（真空法）明确规定不适用于吸水率大于3%的多孔性集料的沥青混合料，而ASTMD2041沥青混合料最大理论密度标准试验方法中，就有一节关于使用多孔性集料的沥青混合料的补充试验方法。
这个方法对于正确计算压实沥青混合料孔隙率、路面压实度以及计算被集料吸收进孔隙的沥青数量十分重要。
对于多孔性集料，另一个重要因素是计算被孔隙吸收沥青的数量，然后在计算沥青总用量时，加上这一部分数量。
计算的沥青用量是有效沥青用量，加上被吸收的沥青用量，才是我们真正的沥青用量。
（5）对沥青的粘附性
我们认为粘附性试验主观性太强，不应作为集料规范试验标准，详见本文第5节关于水敏感性评价。
（6）关于粗集料坚固性
过去较少对集料坚固性进行试验，今后应按照规范要求进行试验，避免不合格材料影沥青混合料及路面整体质量。
（7）关于细长与扁平颗粒含量
细长与扁平颗粒含量不应大于15％。
根据北美调查仅有17％的州使用3∶1的标准，使用4∶1标准的也有17％，而7.5％的州为5∶1，最大允许百分比3∶1标准的范围为20％～30％；4∶1标准的为7％～20％；5∶1标准的为5％～20％。
我国的标准还比较严格，应继续执行。
但应该指出，目前市场上的测量细长与扁平颗粒含量的规准仪是用于水泥混凝土的，对于沥青混合料，应使用游标卡尺法。
（8）水洗法＜0.075mm颗粒含量
（9）关于软石含量
关于软石含量在集料试验规程（JTJ058-94）中只有一项卵石的软弱颗粒试验（T0320），显然不是指的这一试验，再也找不到另外的试验方法。
在AASHTO的试验方法中也没有找到相应的试验方法。
我国称为坚固性试验（T0314），事实上该法不仅适用于水泥混凝土集料，也适用于沥青混凝土用集料，不仅可以用硫酸纳作为溶剂，也可用硫酸锰作为溶剂，这在北美是普遍使用的集料试验方法，我国集料标准却规定坚固性试验根据需要进行。
我们认为坚固性试验是一项很重要的试验，特别是当软石含量不能测定的情况下。
（10）关于石料磨光值和石料冲击值
根据表1注③的说明，磨光值是高速公路的抗滑表层需要而试验的指标，石料冲击值根据需要进行，这段话的意思似乎有二个：
①石料磨光值和石料冲击值均属抗滑表层（AK类沥青混合料）的指标。
②石料磨光值必须进行，而石料冲击值根据需要进行。
那么就存在以下二个问题：
①如果是普通密级配沥青混凝土，是否可以不作磨光值试验。
②石料冲击值在什么情况下才需要进行试验。
这些均是规范模糊不清的问题，我们认为：
①表面层沥青混合料都要有石料磨光值要求，不管是抗滑表层还是普通密级配沥青混合料磨耗层。
②关于石料冲击值规范应具体说明什么情况才需要，什么情况不需要。
③规范应具有唯一性。
（11）关于破碎砾石的破碎面积
关于破碎砾石的破碎面积要求，我国规范表1中要求破碎砾石的破碎面积，高速公路、一级公路表面层不小于90%，中下面层不小于50%。
然而没有任何确定破碎面积相应的试验方法，在条文说明4.6.6节中称"破碎砾石的破碎面积至关重要，应满足附录表C.8的规定。
规定将原来一个破碎面积的集料质量改成破碎面积，这是参照了美国办法修改的"。
我国关于破碎集料要求表面层为90%，不知是指什么。
如果说是指90%的集料应为具有一个或两个破碎面的破碎集料，似乎标准很高。
目前，我国有丰富的优质集料，但由于我国用于沥青面层的集料均为破碎集料，可以说100%为破碎集料，这个指标不成问题。
但有些地方使用破碎河卵石作为粗集料，就需要破碎面的试验数据与接受标准。
实际情况是北美并没有用破碎面积来代替破碎集料质量。
美国ASTMD5821关于确定破碎集料百分比的试验方法中规定，破碎集料的定义为集料破碎面的投影面积应大于集料最大横截面积的四分之一,计算破碎集料百分比的方法是：
P=（F+Q/2）/（F+Q+N）×100
式中：
P——规定数量的破碎面的颗粒百分比；
F——具有规定破碎数量的破碎集料的颗粒数或质量；
Q——不明确是否属于破碎集料的颗粒数或质量；
N——非破碎集料中不满足破碎集料要求的集料颗粒数或质量。
通常称为具有一个或两个破碎面的破碎集料即为质量百分比，除非特指颗粒数量百分比。
表5、表6为北美关于基层材料破碎集料的标准。
北美不同沥青层平均破碎面要求 表5
混合料类型
一或两个破碎面最小平均百分比
两个或多个破碎面最小平均百分比
表面层
59
62
联结层
60
60
底面层
55
60
北美粗集料破碎集料的标准 表6
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
表面层
一个或两个破碎面
州和省的百分比
9
7
18
7
13
11
20
13
两个或多个破碎面
州和省的百分比
2
2
20
11
16
7
5
联结层
一个或两个破碎面
州和省的百分比
11
5
13
8
13
11
16
15
2
两个或多个破碎面
州和省的百分比
2
2
18
7
9
7
2
底面层
一个或两个破碎面
2
11
9
16
13
13
11
18
9
两个或多个破碎面
2
2
13
7
9
5
2
（12）关于粗细集料的筛分
在进行配合比设计时，首先要精确地知道各档集料尺寸的比例，也就是平时所说的筛分，然而对于集料中小于0.075mm的颗粒部分，用常规的干筛是不可能筛干净的，必须用水冲洗的方法才能获得准确的数据。
由于我国集料规范（JTJ058-94）中没有这样一个试验方法，我们在最初筛分时也是用干筛，后来美国专家来我院指导工作时，我们一步一步的做给他们看，他们认为我们做的方法是正确的，唯一有区别的是筛分，他们告诉我们，小于0.075mm颗粒部分必须用水冲洗，他们当场做了一个示范试验，干筛和湿筛，小于0.075mm颗粒含量可相差1%，也就是说添加了5%的矿粉，实际上矿粉用量已达6%，由于矿粉偏多，沥青被矿粉吸走造成沥青用量不够，再加上不考虑有效沥青用量，因此成为造成我国沥青路面容易松散剥落的内在原因之一。
（13）关于细集料视密度
比较细集料标准，我国对视密度有一定要求，也许我国存在着某些有害轻质细集料必须加以限制，否则似乎不一定很必要。
（14）关于细集料坚固性
我国细集料坚固性要求，实际上是国外的安定性要求，这个技术指标是细集料在硫酸钠溶液中浸泡48h后，各档集料筛分损失加权平均值，指标范围与国外基本相同，均为12％左右，名称上我国叫坚固性，这个词英文名称为Soundness，也可译为坚固性，但似乎安定性更为确切。
（15）关于细集料砂当量
细集料砂当量是评定细集料中小于0.075mm颗粒的塑性部分的一个重要鉴别试验。
砂当量试验在我国尚不普及，因此各单位均没有此项数据，省交科院业已购置此项设备，能够进行这项试验。
同济大学用水洗法测定小于0.075mm颗粒含量达10.2%～11.7%，这是一个不可忽视的数据，这些颗粒是粘土还是矿粉，用水洗法是不能确定的。
砂当量我国标准为60%，比Superpave最高的50%还要高。
（16）细集料棱角性
Superpave有一个细集料棱角性要求，这是一个很重要的技术指标，什么砂好，什么砂不好，什么砂能用，什么砂不能用，在我国沥青路面集料规范中没有一个技术指标，这是造成VMA不足和动稳定度达不到要求的一个潜在原因。
不同的砂有不同的棱角，不是说天然砂就不能满足这个要求，即使是人工破碎砂，也不一定能满足这个要求，因此要规定棱角性技术指标。
Superpave对矿粉没有特殊要求，但应满足AASHTOM27对矿粉的一般要求，M27与我国要求基本相同。
2.2 沥青标准
不论在欧洲或北美，世界上大体上只有两种沥青规范，一种是针入度级规范，以沥青25℃或15℃时的针入度作为分级依据，另一种是粘度级规范，以原样沥青60℃粘度作为分级标准的称为AC级，以旋转薄膜烘箱残留物粘度作为分级依据的，称为AR级。
人们根据以往的经验，不同的气候区选用不同的针入度或粘度等级沥青。
现行规范的主要缺点之一是没有低温指标。
在针入度规范中，使用15℃或25℃温度，虽然这个温度是大多数路面的主要工作温度，但在负温度时，沥青的性质又会如何，没有测量，当然也谈不上指标。
如果要将沥青性质与路面性能关联起来，就必须知道路面整个使用温度范围内的性质。
现行规范的主要缺点之二是没有考虑沥青在路面整个使用期间的老化，无论针入度规范，还是粘度规范，都使用薄膜烘箱或旋转薄膜烘箱，这个试验模拟沥青在拌和与摊铺过程中的老化，不能控制在路面整个使用过程中的老化。
也就是说，如果原样沥青和RTFOT残留物性能还可以，并不能保证在路面整个使用期间的性能。
表7则用文字总结了这种比较。
现行的沥青规范和Superpave胶结料规范比较 表7
序号
现行规范
Superpave规范
1
传统的经验指标
企图使用性能指标
2
静态、弹性或粘性指标
动态、粘弹性指标
3
只适用于未改性沥青
既适用于未改性沥青，也适用于改性沥青
4
只能模拟拌和与摊铺期老化
既能模拟拌和与摊铺期老化，也能模拟路面使用期老化
5
试验温度固定、变化指标
指标固定、变化试验温度
6
没有低温指标
具有低温指标
3 设计标准
3.1 级配
粗集料的级配对热拌沥青混合料的性能有巨大影响，这种可能的影响可用美国联邦公路局1962年研制的0.45次幂级配图来评价。
我们将某高速公路所使用的AC16IB以及沥青路面规范中的AC16I和用Superpave设计方法的控制点与限制区及设计出来的的级配曲线，以及典型的SMA级配曲线一起放在0.45次幂级配图上进行分析（见图1）。
Superpave和某高速公路沥青混合料级配设计标准比较 表8
19.0
16.0
13.2
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
AC-16I
100
95～100
75～90
58～78
42～63
32～50
22～37
16～28
11～21
7～15
4～8
某高速公路
100
90～100
70～90
50～70
30～50
22～37
16～28
12～23
8～18
6～13
4～8
Superpave
100
90～100
90max
28～58
2～10
在这些图上，原点0和最大集料尺寸100％通过的点的连线称为最大密度线。
级配曲线越靠近此线，混合料就越密实。
过去利用马歇尔设计方法设计的沥青混合料均属密级配沥青混合料，因此过去的混合料通常比较靠近最大密度线，如AC-16I。
然而，沥青混合料并不是越密实越好，在满足了沥青混合料的基本体积性质（如VMA,VFA,Va等）的基础上，尽可能密实一些。
图1
从图1中可以看出，AC-16I最靠近最大密度线，而且通过了Superpave设置的限制区。
而AC-16IB则比AC-16I粗，但仍属于一种连续级配的混合料，而SMA级配线与上述曲线明显不同，Superpave混合料设计时，粗、中、细三种混合料，最细的混合料级配因矿粉的沥青用量比（下面简称粉胶比）不满足而放弃，我们选择了中等粗细的混合料，即便这样也比国内的混合料细得多，根据击实的试件来看，显然要密实得多，低温的间接抗拉强度也高得多。
根据图1级配比较图，AC-16IB远离最大密度线，空隙率必然大，SMA的级配本身空隙率也大，但是由于用了过量的矿粉、过量的沥青和纤维，形成马蹄脂，填充了空隙，使SMA既嵌挤又密实。
关于限制区，目前还未得出最终的结论，我们观点是在可能的情况下能避则避。
Superpave技术标准和我国热拌沥青混合料技术标准比较 表9
指 标
JTJ032
MP-2
设计方法
马歇尔
Superpave
击实次数 （次）
两面各75
见表
稳定度 （kN）
＞7.5
无
流值 （0.1mm）
20～40
无
空隙率 （％）
3～6
4
沥青饱和度 （％）
70～85
见表
残留稳定度 （％）
≥75
无
矿料间隙率
见表11
见表11
水敏感性，间接抗拉强度比，TSR
AASHTO T283
≥80
矿粉/沥青用量比
*1.0～1.2
0.6～1.2
水稳定性，简化洛特曼法
见表12
注：
我国规范矿粉/沥青用量比没有指明到底是矿粉与总的沥青用量比，还是与有效沥青用量比，差别很大。
Superpave和某高速公路沥青混合料技术性质比较 表10
苏州A标
Superpave
设计空隙率 （％）
4.3
4.0
设计用油量 （％）
4.93
4.6
矿料间隙率 （％）
16.0
14.1
沥青填隙率 （％）
73
72.03
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