高温地区沥青路面抗病害优化建议

2020-02-28王尧

绿色环保建材 2020年2期

王尧

中国水利水电第七工程局

1 气候概况

本新建高速公路工程位于巴基斯坦中部具有火炉之称的Rahim Yar Khan 地区，属于热带气候，项目所在地区气候较为特殊，与国内相比极端高温，区域内最高气温46℃～50℃，且持续时间长，每年3 月～11 月均处于高温季节，其中5 月～8 月月平均高温在40℃以上，多年平均降水量在100mm～200mm，2014 年几乎未下雨。

2 沥青路面现状

本区域内距本项目5Km左右现有一条与本项目平行走向的N5 国道。N5（原建）采用60-70 号石油沥青，未改性；车辙痕迹明显，路面破损严重，龟裂且纵向裂缝较多，外侧重载车道的内侧更为严重，伴随松散，部分路段面层中的集料颗粒脱落，粗细集料散失起砂，路面磨损严重，路表粗麻，表层剥落，局部从路表向下形成坑槽。基本每200m一处破损现象。

3 路面破坏原因分析

沥青软化点低，动稳定度过低等，高温状态下，沥青将呈现半流体状态，对路面结构层抗车辙能力产生严重影响，产生横、纵向推移、挤压、拥包等；另外由于施工的缺陷、车辆严重超载等原因对车辙的产生推波助澜。

沥青老化性能不足，导致老化后抗拉强度显著降低所致；孔隙率的不合理等也导致局部产生开裂；另外高温状态下，抗剪强度不足，易造成纵、横向裂缝；N5公路路面破损主要原因是未考虑到区域极端高温天气，并且车流量大，重车、超重车比例较大。根据5 月底对N5 温度的实测，路面实测温度：上午7：00～9：00，路表温度均在38℃～45℃，最高上升至47℃～54℃，下午14：00～16：00，路表温度达60℃～72℃，在17：00～19：00，路表温度达52℃～65℃。下午14：00～15：30采用钻孔方式在N5路面以下13cm处检测路面层间温度，温度为56℃～65℃。从实测温度结果可知，上中面层路面温度基本相差不大。从车辙实测统计结果发现，车辙主要发生在上、中面层。

根据咨询N5 反馈的数据，夏季炎热地段路面温度多达到70°以上；而普通沥青软化点不超过49。根据研究资料，当温度＞50℃时，沥青路面的永久变形量急剧增加，在交通量相同的情况下，60℃的车辙深度为20℃下车辙深度的3 倍左右；在轴载次数＜104 次，路面车辙深度增长缓慢，当轴载作用次数达到106次后，车辙深度急速增长，当胎压＞0.9MPA时，沥青路面变形量明显增加，车辙深度是0.7MPA胎压下的1.5～1.8倍左右。

研究表明，沥青混合料是温度敏感性材料，温度对其路用性能的影响尤为突出。当温度高于45℃时，温度每升高5℃车辙深度增加大约1.8倍。

4 抗病害优化建议

N5在出现车辙、裂缝等病害后，在K524～K576段采用掺5%（上、中面层）与4%（下面层）SBS 改性沥青+抗车辙剂进行改建后，根据现场观察K524～K576段改建后通车约2年，目前路面整体状况良好，仅局部有轻微车辙、修补现象。

路面类型、材料、温度、湿度、时间、荷载以及其它因素等都会影响路面材料的使用性能。根据N5 改建段沥青技术指标与实际使用效果来看，通过与未改造路段的对比分析，以下沥青面结构层优化建议可作为参考：

（1）沥青选用：沥青标号的划分是根据针入度指标来确定的。沥青标号的选用宜按照公路等级、气候条件、交通条件、路面类型以及在路面结构中的层位、施工方法等，结合当地使用经验、技术论证后确定。对高温持续时间长、重载交通、停车场、或行车速度慢的路段宣选用稠度大的沥青。本项目气候炎热，且持续时间长，结合巴基斯坦N5公路及中国部分地区沥青选用经验建议本项目下面层采用针入度级别为50的沥青。

沥青面层温度与应力的梯度往往10cm 左右容易出现破坏考虑到本项目高温及重载（货车比例高），为防止车辙出现，建议中面层沥青选用选50号沥青＋SBS与抗车辙剂双改性。上面层主要起到磨耗作用，考虑到技术经济因素，可以不添加抗车辙剂，选用50号沥青＋SBS改性即可。

（2）路面结构选择：设计图纸上面层为5cm最大公称粒径为20型沥青混合料，5cm 最大公称粒径为20型沥青混合料易离析且压实难度大，国内早期沥青路面中面层5cm,大部分出现了旱期病害。根据目前国内成熟经验，采用20型沥青混合料，一般厚度为6cm 以上，因本项目上面层为5cm，根据最大公称粒径与沥青面层厚度的关系，建议本项目上面层采用16型沥青混合料。

（3）沥青混凝土基层：图纸设计为16cm 沥青混凝土。根据调研资料，本项目所在区域高温，且持续时间长，交通量大，货车比例高，重载车速慢。若采用原设计方案，中面层发生车辙的风险较大。

在AASHTO设计方法中，可以利用以下公式并根据面层、基层和底基层的实际厚度计算实际的结构数。

SN=a1D1+a2D2m2+a3D3m3▷a1,a2&a3=分别表示磨耗层，基层和底基层的结构层系数;▷D1,D2&D3=分别表示磨耗层，基层和底基层的实际厚度（英尺）；

▷m2&m3=分别表示基层和底基层的排水系数。

该公式的解不是唯一的，路面结构有很多组合方案来满足需要的结构数，设计、施工以及成本等因素可以限制组合方案，以避免不切合实际的路面结构设计方案。根据AASTHO路面设计指南方法计算得出的沥青混凝土采取8cm+8cm 的分层方式。因此推荐中下面层选用8cm+8cm 的分层方式，具有抗车辙能力好、施工便利的特点。