臧芝樹， 曹雨楊， 賴增成， 霍心蕊， 張連旭

(1.中國公路工程咨詢集團有限公司, 北京市 100097；2.中咨公路養(yǎng)護檢測技術(shù)有限公司, 北京市 100097；3.中國路橋工程有限責(zé)任公司， 北京市 100011；4.中交一公局第一工程有限公司， 北京市 102205)

1 引言

在法國標準體系的瀝青路面結(jié)構(gòu)中，瀝青結(jié)合料基層主要為瀝青碎石(GB)和高模量瀝青混凝土(EME)兩類。因其施工工藝問題，在非洲應(yīng)用較廣的瀝青結(jié)合料基層是GB材料。GB類材料與中國標準的ATB類材料類似，是一類用于基層的碳氫化合物混合料，由碳氫化合物黏合劑、集料填料和可能的添加劑配成，主要在新建道路或舊路加固情況下使用。

法國GB類材料是在20世紀70年代早期開發(fā)的，根據(jù)其顆粒度，其性能被分為3個等級和2個種類(0/14 或0/20)。3個等級中，GB1為低含量碳氫化合物黏合劑，GB2為適中含量碳氫化合物黏合劑，GB3為用于改善耐久性的高含量碳氫化合物黏合劑[1]。

Guide CSCD 1994和CATA 1998指南針對GB材料給出了具體的指標要求和適用情況，針對承載力要求較高的等級公路需要采用GB3材料，該指南在多數(shù)非洲原法屬國家較為通用，也廣泛被業(yè)主認可。但隨著貨運貨車的載重能力增強和經(jīng)濟的增長，以及施工工藝的提高，試驗條件的改善，1999年法國頒布的NF P98-138規(guī)范中，針對瀝青碎石材料提出了模量更高、耐久性更優(yōu)的GB4材料，并指出GB1材料不再使用。2011年頒布的法國瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范NF P98-086中，針對GB4材料，指出其使用需要根據(jù)取得的相關(guān)試驗室試驗結(jié)果來確定其特征。

隨著非洲經(jīng)濟發(fā)展的加快，一些重載交通的高等級公路建設(shè)逐漸增多，瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計時，GB4材料因其優(yōu)異的性能，也被多數(shù)設(shè)計院所關(guān)注，但目前中國國內(nèi)關(guān)于GB3、GB4基層材料具體的差異性沒有相關(guān)研究成果可借鑒，并且GB4材料如何選用也困擾著工程技術(shù)人員。該文結(jié)合法國相關(guān)規(guī)范以及非洲典型工程案例，分析GB3、GB4基層材料的差異性，以期為廣大工程設(shè)計、施工人員提供參考。

2 技術(shù)指標差異性對比

2.1 配合比及原材料選擇對比

根據(jù)NF P98-138[2]，GB材料的骨料粒級可選擇：0/2 mm-0/4 mm-0/6.3 mm-2/4 mm-2/6.3 mm-4/6.3 mm-4/10 mm-6.3/10 mm-6.3/14 mm-6.3/20 mm-10/14 mm-10/20 mm-14/20 mm，具體配合比設(shè)計需要結(jié)合材料技術(shù)指標要求進行室內(nèi)試驗驗證。

針對骨料選擇上，GB3與GB4具有一致性，骨料技術(shù)要求如表1所示。

表1 骨料的技術(shù)要求[3]

在瀝青材料選擇時，GB3可選用35/50、50/70號瀝青，為了提高GB4材料的模量，使其更具耐久性，GB4材料優(yōu)先推薦采用35/50號瀝青所示。

2.2 物理、力學(xué)指標對比

根據(jù)NF P98-138以及NF P98-086[4]，GB3與GB4材料的物理、力學(xué)指標對比見表2。

表2 GB3與GB4材料的物理、力學(xué)指標對比

由表2可見：與GB3材料相比，GB4材料的模量較高。對于GB4 材料的勁度模量及疲勞壽命要求分別為11 000 MPa及100 με，現(xiàn)場試件的試驗結(jié)果必須滿足這些指標要求，特別是對于勁度模量和疲勞壽命。同樣需要指出，車轍試驗后試件的空隙率需要小于室內(nèi)旋轉(zhuǎn)壓實試驗空隙率要求。根據(jù)法標，對于GB3空隙率要求一般為7%～10%，對于GB4空隙率要求一般為5%～8%，瀝青基層GB4多應(yīng)用于高速公路。

根據(jù)法國有關(guān)文獻[5]，圖1、2分別為GB3(0/14)、GB4(0/14)材料的CT斷層掃描結(jié)果，表3為數(shù)字圖像處理結(jié)果。

圖1 GB3材料數(shù)字圖像處理過程

圖2 GB4材料數(shù)字圖像處理過程

表3 數(shù)字圖像處理結(jié)果

瀝青混合料的體積組成對于路用性能影響甚大，合理的瀝青混合料配合比設(shè)計不僅可顯著提高瀝青混合料的力學(xué)性能，還可平衡因瀝青混合料技術(shù)要求多元化而引發(fā)的復(fù)雜矛盾[6]。從表3可以看出：GB4的LAF平均值為30%，比GB3高36%，也證明了GB材料的力學(xué)性能(模量和耐久性)與粒狀骨架內(nèi)的分布存在相關(guān)性。與傳統(tǒng)GB3材料配合比相比，GB4有利的顆粒分布良好地解釋了其更高的力學(xué)性能，也可以說明通過合理的級配設(shè)計，是可以達到GB4材料的指標要求，但是帶來的施工工藝控制要求更高。

2.3 試驗項目對比

試驗項目對比見表4。

表4 試驗項目對比

根據(jù)LCPC《LPC Bituminous Mixtures Design Guide》，結(jié)合各材料使用條件，瀝青混合料的類型和荷載條件要求并不一樣，所以性能試驗被分成若干水平，從水平0至水平4。相比較于GB3材料，GB4材料還需要進行疲勞試驗，以驗證所獲取的各項試驗性能指標是否滿足規(guī)范要求。

3 瀝青基層材料對路面結(jié)構(gòu)影響分析

以西非多哥共和國壹號國道項目(Davié-Tsévié段)為例，該道路是其國內(nèi)重要的一條跨境主干道，承擔(dān)了該國境內(nèi)南北交通及港口物資向內(nèi)陸轉(zhuǎn)運的功能，交通量大，重載車多。經(jīng)過交通量調(diào)查，重型車輛總數(shù)(TMJA)為628輛，重型荷載總數(shù)量NPL=6.17×106，交通等級為T1+，經(jīng)過實測軸載數(shù)據(jù)計算，與路面結(jié)構(gòu)類型和道路分類有關(guān)的重型荷載平均影響系數(shù)CAM=1.35。

該項目擬采用倒裝結(jié)構(gòu)，路面結(jié)構(gòu)使用壽命為20年，路面結(jié)構(gòu)計算等效溫度為30 ℃。各層材料參數(shù)按照規(guī)范值選取，計算參數(shù)如表5所示。

表5 路面材料參數(shù)

采用法國路面結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件ALIZE-LCPC進行計算，表6為瀝青基層分別采用GB3和GB4時的路面結(jié)構(gòu)厚度方案。

表6 瀝青基層材料分別為GB3和GB4時路面結(jié)構(gòu)方案

由表6可得，采用模量更高的瀝青基層GB4材料，與采用GB3材料相比，厚度可減薄5 cm。根據(jù)多哥當(dāng)?shù)氐娜斯?、材料、機械等單價因素，僅從GB材料的直接成本出發(fā)(暫不考慮施工工藝增加的成本)，GB4材料單價要高于GB3材料，但采用瀝青基層GB4后路面結(jié)構(gòu)造價降低約31%，經(jīng)濟效益明顯。

4 施工關(guān)鍵工藝差異性對比

在法國規(guī)范中，關(guān)于GB3與GB4的施工技術(shù)并沒有分別給出具體的差異化要求，但在選擇不同瀝青標號時，一些關(guān)鍵施工工藝節(jié)點控制卻有不同，具體見表7。

表7 GB3與GB4關(guān)鍵施工工藝節(jié)點控制差異化對比

5 結(jié)論

(1) 在法國瀝青混合料設(shè)計理念中，針對GB材料給出了不同的材料等級和分類，每種等級均對應(yīng)有不同的物理、力學(xué)指標要求，但是在相關(guān)規(guī)范中并沒有明確界定GB3、GB4材料的級配曲線設(shè)計范圍和不同的原材料技術(shù)要求。在具體GB材料等級的選擇及使用過程中，需要工程技術(shù)人員結(jié)合項目功能定位以及配合比設(shè)計和室內(nèi)試驗，驗證GB材料的力學(xué)特性，尤其是模量及疲勞特性，然后再選擇與之對應(yīng)的等級進行路面結(jié)構(gòu)驗算，而不是以減薄路面結(jié)構(gòu)厚度，降低工程造價為出發(fā)點去選擇GB材料等級進行計算。

(2) 以多哥壹號國道項目(Davié-Tsévié段)為例，當(dāng)采用GB4材料時，其經(jīng)濟性比較明顯，在非洲高等級公路建設(shè)中，可嘗試采用GB4。