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

明。而美国亚利桑那州在推广使用Superpave时，首先于1996年在一条重交通的州际公路上修建了10英里的长期使用性的特殊观测路段，其中有5英里修建了5种不同结构、设计水平的Superpave试验路段，至今已经过8年的使用，实际的使用效果摆在每个研究者、使用者的面前，这些路段与其它路段相比有明显的车辙和疲劳开裂，因此，该州不再使用这种设计方法进行路面设计。这就是长期使用性能研究最直接的效果。

路面结构是由各个结构层相互叠加组合而成的，每个结构层都有其不同的功能作用，因此从某个角度看，路面是一个系统工程。也正因为如此，单靠某个结构层使用某种特殊材料（如：改性沥青）是不可能解决整个路面系统问题的。因此路面结构的研究应采用系统的观点，从系统的角度进行系统的研究。这样才能达到技术上优越，经济上合理的目标。目前国内有些省份盲目使用湖沥青，认为只要使用了这种沥青就能解决路面的某些技术问题都是不科学的，实际上也是达不到的。再者，路面上许多技术要求看似是相互“矛盾”的，如高温抗车辙和低温抗裂缝问题。这更需要从系统的高度，权衡路面各个指标的协调性问题，避免顾此失彼的现象发生。

多年以来，我国沥青面层的研究偏重于材料性能，而忽视实际的使用性能。当前我国各种设计方法、各种材料技术指标层出不穷，有国外引进的，也有自主研发的。但大多回避或无法回答一个问题：用了这种方法，用了这种指标评价后，是否就能达到了路面使用性能的要求（施工管理因素除外）？也就是，在这种气候环境、交通水平下，路面材料和结构应该达到何种水平？这就导致一种现象的发生：凡是好的、贵的材料用总比不用好，沥青面层厚总比薄好，工程造价越来越高，而最终的质量如何谁也说不清。这点在我国现行的一些技术规范中表现尤为突出。因此开展深入、扎实的路面使用性能研究十分必要和迫切。当然难度也是很大的，它需要投入大量的时间和精力做默默无闻的基础性工作，不会向对材料研究那样早出成果，对从事这方面研究的人员来说无论是名誉上还是经济上都是一个考验。但这方面研究却又非常重要，沥青路面的材料性能研究向使用性能研究转变，是我国沥青路面研究的一个质的飞跃。

当前沥青路面设计中还有一个突出问题就是设计与施工、设计与使用相脱节。具体表现为，沥青混合料的几乎所有的技术指标与实际的施工控制条件不匹配。高温车辙指标、水稳定性指标、低温性能指标是沥青混合料常用的主要技术要求，这些指标确定的实验条件与实际施工的控制条件不一样。在施工过程中压实度、空隙率是主要的控制指标，压实度的大小、空隙率的高低对沥青混合料的各方面性能有明显的影响。而沥青混合料这些性能指标的实验条件却又忽视了这个关键性条件，因此，试验的结果无法反映最终路上的实际水平。这也是导致沥青路面施工质量不确定的技术因素。

当然，不可否认，提高我国沥青路面施工工艺水平是提高我国沥青路面质量的重要方面。应该看到，我国大部分高速公路施工单位的机械水平并不低，甚至是世界一流的；我国大部分施工单位的施工人员也是世界上最勤劳的；为什麽施工水平低、路面质量上不去呢？这里体现出工艺水平的差距。影响工艺水平高低的因素很多，首先是工程项目的管理者，没有管理者正确的决策，就不可能有好的工艺水平。最突出的问题仍施工期问题。合理的工期是施工组织设计中最重要的一环，直接影响到各道工序的安排布置，以至于相应的工艺流程和要求。盲目的压缩工期会直接导致工艺水平的降低。其次，工程管理者应加强业务的学习，切忌瞎指挥。现在不少工程中发现施工单位人员的专业水平、工程经验高于业主单位和监理单位，尽管现在业主单位人员的学位水平都比较高。因此，作为工程的管理者要不耻下问，虚心向一线的工人学习，以帮助自己在工程管理中做出正确、可行的技术决策。再者，需要不断完善现有的施工技术规范。我国幅员广阔，从南到北，从东到西，施工的材料、施工的季节、施工的设备差异很大，应根据不同的条件提出不同的施工技术要求和工艺流程。施工技术规范作为指导性规范，不宜统的过多过死，应充分发挥各个工程项目单位的积极性。

总之，我国沥青路面的问题主要来源于沥青面层，提高沥青面层的质量还有许多深层次问题值得研究探讨。绝不是简单使用改性沥青、增加面层厚度或柔型结构就能解决的。

3.3 加强层间粘结等功能层设置

沥青路面由各个结构层组成，层与层之间的粘结尤为重要，特别是沥青面层之间，沥青面层与半刚性之间。尽管在路面结构设计计算中，采用连续体系模型，但实际上沥青面层之间，沥青与半刚性基层之间在使用过程中难以达到理想的连续状态，有时根本是分开、滑动的。路面的层间状态又连续变为滑动，层间的应力状态水平（拉应力、剪应力）回增加几倍，直接导致路面受力状态的改变，产生破坏。我国大多数桥面铺装层的损坏，主要就是层间粘结防水没有做好所导致的。层间粘结又如穿珍珠的链子，如果层间粘结做不好，用再好的材料修筑的结构层也只能是一颗颗散珠，形成不了完整的项链。

目前，这个问题已逐步引起广大工程设计人员的重视，但仍嫌不够。不少路面设计文件中，往往没有透层、粘层油的设置，有些将透层油当作粘层油使用，有些又将粘层油当作透层油使用；有些虽然设计上提出了透层油、粘层油，但相关的材料要求、施工技术要求不配套，导致实际的使用性能远远达不到设计的要求。

从国内外的工程经验看采用洒铺热沥青（包括改性沥青）的措施是目前最好的层间粘结措施，国外称为应力吸收层（SAMI）。可我国一直没有相应的定额标准，直接影响到这种技术的推广使用。

此外，半刚性基层与沥青面层之间的粘结是当前普遍面临的一个问题。半刚性基层质量的好坏，强度仅仅是其中一个标准，基层表面的干净、干燥、粗糙也应当做一个重要的施工控制指标。而后者往往被忽略。强度高是路面承载能力所提出的要求，但如果基层表面清理不干净，导致基层与面层的粘结不好，产生滑动，那末，由于基层与面层之间的强度差异过大，层间产生过大的拉应力和剪应力，沥青面层反而容易导致破坏，为此，常常采用增加沥青面层厚度，消减扩散到基层顶面上的应力。这就是国内有些专家提出较厚沥青面层和降低基层强度的原因。首先明确这些措施是不可取的，不仅增加了路面造价，而且降低了路面使用寿命，为今后的大修带来很多问题。

正确的做法是，在保证基层强度的同时，在施工过程中加强对基层表面的清理工作，达到技术要求后，设置效果好的粘结层（如SAMI），将基层与面层紧密的粘结在一起。试验已表明，基层强度高有利于提高其与面层的粘结水平。这样将基层强度的不利因素变为有利因素，并予以利用，既可以满足使用性能要求，延长路面的使用寿命，同时还可以节约工程资金，一举多得。

4. 结语

本文针对当前公路行业所关心的一些问题，就如何提高我国沥青路面使用寿命、减少病害等问题，提出一些粗浅看法，仅供参考。主要结论如下：

1、半刚性沥青路面石适合我国国情的一种路面结构形式，对我国高速公路健康快速的发展做出了重要贡献，不容否定。

2、对于当前半刚性路面存在的一些问题也不应回避，应客观的从系统的角度进行全面分析。

3、半刚性基层施工质量控制不严，是我国半刚性沥青路面普遍存在的问题，有人为的因素，也有施工设备落后的原因，应引起重视。

4、半刚性沥青路面的病害主要来自于沥青面层，盲目使用改性沥青、增加厚度，忽视相应的施工工艺研究和有关技术指标的不完善是其深层次的原因。将半刚性沥青路面的病害归咎于半刚性基层是错误的。

5、加强路面结构各个层次之间的粘结对改善路面的使用质量十分重要。