高等级公路沥青面层结构类型及特点

　　面层是直接承受行车荷载作用和大气降水、温度变化影响的路面结构层，应具有足够的结构强度，良好的温度稳定性，耐磨、抗滑、平整和不透水性。高等级公路沥青面层可分上、中、下3层或上、下2层。较少的裂缝，较轻的车辙，良好的平整度，较强的抗滑能力及经久耐用，是高等级公路对沥青面层的基本要求。能否达到这些使用要求，则与面层所使用的沥青材料，沥青混合料的类型和性质以及沥青面层的厚度有较大的关系。在实际工程中应根据当地的交通状况、气候条件、降雨量、材料情况、施工工艺、经济造价等因素选择合适的沥青面层类型。从我国目前高等级公路沥青路面来看，主要有以下几种结构形式：
    （1）传统的沥青混凝土面层（AC）；
    （2）多碎石沥青混凝土面层（SAC）；
    （3）沥青玛蹄脂碎石混合料面层（SMA）。?1传统的沥青混凝土面层（AC）?《公路沥青路面设计规范》JTJ014—97，根据“七五”国家科技攻关研究及修订该规范的专题研究，统一将沥青混合料中集料粒径标准由圆孔筛标准改为方孔筛标准。
    其主要原因为：①计量标准向ISO国际标准靠近；②便于参考国外同类结构形式的级配标准；③世行项目增多，便于国际招标、监理及质量检验；④许多国外拌和设备均以方孔筛为标准。沥青混凝土的符号由原LH改为AC.?
　　1.1按沥青混合料集料的粒径分类?
    a、细粒式沥青混凝土：AC—9.5mm或AC—13.2mm.
    ?b、中粒式沥青混凝土：AC—16mm或AC—19mm.?c、粗粒式沥青混凝土：AC—26.5mm或AC—31.5mm.?其组合原则是：沥青面层集料的最大粒径宜从上层至下层逐渐增大。上层宜使用中粒式及细粒式，且上面层沥青混合料集料的最大粒径不宜超过层厚1／2，中、下面层集料的最大粒径不宜超过层厚的2／3.?1.2按沥青混合料压实后的孔隙率大小分类?a、Ⅰ型密级配沥青混凝土：孔隙率为（3％～6％）?b、Ⅱ型密级配沥青混凝土：孔隙率为（4％～10％）?
    c、AM型开级配热拌沥青碎石：孔隙率为（大于10％）?其组合原则是：沥青面层至少有一层是Ⅰ型密级配沥青混凝土，以防水下渗。若上面层采用Ⅱ型沥青混凝土，中面层须采用Ⅰ型沥青混凝土，AM型开级配沥青碎石不宜作面层，仅可做联结层。?
    2多碎石沥青混凝土面层（SAC）?
    2.1产生背景?
    较大流量的车辆在高速公路上安全、舒适高速地通行，沥青面层必须具有良好的抗滑性能。这就要求沥青面层不但要有较大的磨擦系数，而且要有较深的表面构造深度（构造深度是高速行车减低噪音和减少水〖LM〗漂、溅水影响司机视线的主要因素）。近年来的研究成果表明：“沥青面层的抗滑性能是由面层结构的微观构造和宏观构造两部分形成。其中宏观构造来源于沥青混合料的配合比，主要由骨料的粗细、级配形式决定”。80年代中期我国开始修筑高等级公路，从沥青面层的结构形式来看：Ⅰ型沥青混凝土，空隙率3％～6％，透水性小，耐久性好，表面层的摩擦系数能达到要求，但表面构造深度较小，远不能达到要求。Ⅱ型沥青混凝土空隙率6％～10％，表面构造深，抗变形能力较强，但其透水性、耐久性较差。为了解决沥青面层的抗滑性能（特别是表面层在构造深度较大的情况下，又具有良好的防水性的结构形式），多碎石沥青混凝土面层被加以研究和使用。?
    2.2多碎石沥青混凝土面层的特点?
    多碎石沥青混合料是采用较多的粗碎石形成骨架，沥青砂胶填充骨架中的孔隙并使骨架胶合在一起而形成的沥青混合料形式。具体组成为：粗集料含量69％～78％，矿粉6％～10％，油石比5％左右。经几条高等公路的实践证明，多碎石沥青混凝土面层既能提供较深的表面构造，又具有传统Ⅰ型沥青混凝土那样的较小空隙及较小透水性，同时又具有较好的抗形变能力（动稳定度较高）。换言之，“多碎石沥青混凝土既具有传统Ⅰ型沥青混凝土的优点，又具有Ⅱ型沥青混凝土的优点，同时又避免了两种传统沥青混凝土结构形式的不足。”?
    2.3多碎石沥青混凝土面层的具体运用?
    八五期间，我国先后在海南东线高速公路、济青高速公路、胶州湾高速公路、沪宁高速公路、石安高速公路、安新高速公路、泉厦高速公路推广运用了多碎石沥青混凝土面层。其使用性能达到了预定的目的。?
    3沥青玛蹄脂碎石混合料面层（SMA）?
    3.1形成背景?60年代的德国交通十分发达，公路工作者根据本国的气候特点（夏季气温20℃左右，冬季不太冷），习惯修筑“浇筑式沥青混凝土”路面。这种结构中沥青含量12％左右，矿粉含量高。使用中发现路面的车辙十分严重，另外当时该国家的汽车为了防滑的需要，经常使用带钉的轮胎（包括欧洲一些国家亦如此），其结果是路面磨耗十分严重（1年可减薄4cm左右）。为了克服日益严重的车辙，减少路面的磨耗，公路工作者对沥青混合料的配合比进行调整，增大粗集料的比例，添加纤维稳定剂，形成了SMA结构的初形。1984年德国交通部门正式制定了一个SMA路面的设计及施工规范，SMA路面结构形式基本得以完善。这种新型的路面结构先后在德国、欧洲一些国家逐渐被推广、运用。90年代初，美国公路界认为其公路路面质量不如欧洲国家的路面质量好。经考察发现存在两个方面的差距：①在改性沥青的运用上；②在路面的结构形式上（即SMA）。1991、1992年开始加以研究、推广SMA这种结构形式，最典型的是：1995年亚特兰大市为举办奥运会对公路网进行改建和新建，全部采用了SMA这种结构形式做路面。?
    3.2沥青玛蹄脂碎石混合料路面（SMA）的组成原理及特点
    沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）是一种以沥青、矿粉及纤维稳定剂组成的沥青玛蹄脂结合料，填充于间断级配的矿料骨架中，所形成的混合料。
    其组成特征主要包括两个方面：
    ①含量较多的粗集料互相嵌锁组成高稳定性（抗变形能力强）的结构骨架；
    ②细集料矿粉、沥青和纤维稳定剂组成的沥青玛蹄脂将骨架胶结一起，并填充骨架空隙，使混合料有较好的柔性及耐久性。SMA的结构组成可概括为“三多一少，即：粗集料多、矿粉多、沥青多、细集料少”。具体讲：①SMA是一种间断级配的沥青混合料，5mm以上的粗集料比例高达70％～80％，矿粉的用量达7％～13％，（“粉胶比”超出通常值1.2的限制）。由此形成的间断级配，很少使用细集料；②为加入较多的沥青，一方面增加矿粉用量，同时使用纤维作为稳定剂；③沥青用量较多，高达6.5％～7％，粘结性要求高，并希望选用针入度小、软化点高、温度稳定性好的沥青（最好采用改性沥青）?
    3.2.2SMA的特点?沥青玛蹄脂碎石混合料是当前国际上公认（使用较多）的一种抗变形能力强，耐久性较好的沥青面层混合料。由于粗集料的良好嵌挤，混合料有非常好的高温抗车辙能力，同时由于沥青玛蹄脂的粘结作用，低温变形性能和水稳定性也有较多的改善。添加纤维稳定剂，使沥青结合料保持高粘度，其摊铺和压实效果较好。间断级配在表面形成大孔隙，构造深度大，抗滑性能好。同时混合料的空隙又很小，耐老化性能及耐久性都很好，从而全面提高了沥青混合料的路面性能。
　　3.3沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）面层在我国的具体运用1993年首都机场高速公路开始修建（当时正申办奥运会），首次在国内采用SMA做表面层（厚4cm）。随后江苏、辽宁等省也先后铺筑了SMA试验段。1996年北京机场东跑道进行改造（1975年修建的水泥混凝土面板），由于经费较足，做了一个较为完整的SMA结构形式。并将这种结构的级配运用到八达岭高速公路上，从目前看使用效果较好。1997年北京市政府决定大修东西长安街（为迎接香港回归），又采用了SMA这种结构形式。SMA路面面层在我国的具体运用可概括为：“在中国第一路上起步，第一道上取得成功，第一街上得以发展”。