新疆地区沥青路面温度的确定与沥青等级要求研究

王 刚

（昌吉州交通运输局，新疆 昌吉 831100）

0 引言

现行的沥青分级是建立在沥青使用和生产水平的基础上，以针入度划分的称为针入度等级，我国现行规范即属此类；以粘度划分的称为粘度分级，AC级沥青即属此类。而SHRP中的沥青则是根据路面性能的要求来确定，称之为PG沥青性能分级。

PG分级直接采用设计使用温度表示适用范围。设计最高温度为7d最高平均路面温度，设计最低温度为年极端最低温度。根据道路等级、交通量确定保证率为95%（平均值）或98%。它采用原沥青、RTFOT后的残留沥青和RTFOT后又经PAV老化的残留沥青等3种样品评价各种路用性能指标，包括高温时的抵抗永久变形能力与低温时的抵抗路面温缩开裂能力、抗疲劳破坏能力、抗老化性能和施工安全性等。在确定沥青的PG等级时，要充分考虑气候条件及交通条件（交通量、车速及车辆停驻时间），有时需要提高一个或两个PG高温等级选择沥青的标号。例如PG64-16，前面的数字“64”为高温级，其意义是该沥青能适应最高至64℃路面温度的物理特性，后面的数字“-16”为低温级，即该沥青可以适应路面温度最低至-16℃时的物理特性。

至于所谓高温级、低温级和常温则是根据当地气象资料转化为路面温度并根据道路等级交通量轻重而确定。可见PG分级事先考虑了该沥青是否适用于该地区，是否能抵抗车辙，是否能经受长期老化疲劳，是否会引起低温缩裂等各方面的要求。

1 沥青性能等级选择

按照SHRP沥青与沥青混合料有关规范的规定，在选择沥青的性能等级时，要根据工程所在地区气候和交通条件决定，即根据最高和最低路面设计温度以及交通条件来选择，选择步骤如下。

1.1 选择工程所在地区附近的气象台站，收集20年以上的气候数据，包括每年连续7d最高温度平均值和每年的最低气温。

1.2 计算所选择某一深度的最高路面设计温度。

路面最高设计温度Tmax根据当地最高气温按下式计算：

式中：Td——某一深度的最高温度，℃；

d——深度，mm；

Tsur——路面温度，℃。

路面温度Tsur可通过下式计算：

式中：Tair——气温，℃；

Lat——工程所在地的纬度，°。

SHRP有关规范规定，路面最高设计温度取路面表面下20mm处的温度，则有：

最低路面设计温度可由下列两种方法确定：

a）假定最低路面设计温度＝最低气温：

b）加拿大SHRP研究者提出的公式：

式中：Tmin——最低路面设计温度，℃；

Tair，min——平均年最低气温，℃。

1.3 确定满足路面最高和最低设计温度的最低沥青性能高温等级。

1.4 根据交通量和交通速度调整所选的沥青性能高温等级，具体调整方法见表1。

表1 根据交通量和交通速度调整沥青结合料性能高温等级

2 新疆某地区气温情况调查结果

根据SHRP有关规范的规定，调查了乌鲁木齐地区（乌拉泊水库出库站）24年和库尔勒地区孔雀河某气象站19年的气温资料，结果如表2所示。

表2 Superpave沥青结合料等级确定的气温数据表

由表2中数据可以看出：

a）乌鲁木齐地区24年间平均气温为－21.28℃，标准差为－5.28℃；平均最高气温为25.126℃，标准差为1.86℃；

b）库尔勒地区19年间平均气温为－15.29℃，标准差为－3.49℃；平均最高气温为27.85℃，标准差为2.0℃。

在确定温度代表值时，可根据道路等级和重要性，选择适当的可靠度。表2中列出了两种可靠度的计算结果，根据这一结果就可计算最高路面设计温度和最低路面设计温度。

3 新疆某地区路面温度的确定

3.1 最高路面设计温度

3.1.1 乌鲁木齐地区最高路面设计温度

乌鲁木齐纬度为43.8°，沥青路面可能达到的最高设计温度Tmax为：

据计算，当采用50%可靠度时，最高气温为25.126℃，则最高路面设计温度为48.28℃。

3.1.2 库尔勒地区最高路面设计温度

库尔勒纬度为41.8°，当采用50%可靠度时，最高气温为27.85℃，则最高路面设计温度为47.9℃；当采用98%可靠度时，最高气温为31.85℃，则最高路面设计温度为51.73℃。

3.2 最低路面设计温度

如前所述，最低路面设计温度的确定有两种办法，考虑到假定最低路面设计温度等于最低气温过于保守，因为路面温度在寒冷天气几乎总是高于气温，所以采用加拿大研究人员提出的公式：

a）乌鲁木齐地区

50%可靠度时：

Tmin＝0.859Tair＋1.7＝0.859×（－21.28）＋1.7＝－16.57℃；

98%可靠度时，Tmin＝－25.65℃；

b）库尔勒地区

50%可靠度时，Tmin＝－11.43℃；

98%可靠度时，Tmin＝－18.23℃。

4 新疆地区沥青性能等级（PG）的确定

根据上述路面最高和最低设计温度的计算结果，可选择如下沥青性能等级：

a）乌鲁木齐地区 50%可靠度时，最高路面设计温度为44.74℃，沥青性能高温等级应为PG46；最低路面设计温度为－16.57℃，沥青性能高温等级应为－22；98%可靠度时，最高路面设计温度为48.28℃，沥青性能高温等级应为PG52；最低路面设计温度为－25.65℃，沥青性能高温等级应为－28；

b）库尔勒地区 50%可靠度时，最高路面设计温度为47.9℃，沥青性能高温等级应为PG52；最低路面设计温度－11.43℃，沥青性能高温等级应为－16；98%可靠度时，最高路面设计温度为51.73℃，沥青性能高温等级应为PG52；最低路面设计温度－18.23℃，沥青性能高温等级应为－22。

即在乌鲁木齐地区，高等级道路标准交通路段若先用沥青性能等级为PG52－28的沥青所建成的沥青路面，其高温抗辙、低温抗开裂性能应可满足要求；若是高速公路重交通路段，按SHRP规定，应提高一个高温等级，即采用PG58－28级的沥青。若是停车站收费口等经常停车的地方，还要提高一级，即PG64－28。因此新疆克拉玛依90＃沥青符合此要求。

库尔勒地区高等级道路标准交通路段可选用PG52－22，重交通路段可选用PG58－22，停车站、收费口路段可选用PG64－22，新疆克拉玛依90＃沥青同样符合此要求。中等温度时的抗疲劳性能检验，中等温度Tmean＝（Tmax＋10＋Tmin）／2－1，例如对于PG64－28，Tmean＝（64＋10－28）／2－1＝22℃，对于乌鲁木齐地区，Tmax＝48.28℃，Tmin＝－25.65℃，故Tmean＝（48.28＋10－25.65）／2－1＝15.3℃，在19℃时，车辙因子G*·sin已小于5000kPa，故15.3℃依然小于5000kPa（据试验，16℃，G*·sin＝3002kPa）。库尔勒地区，Tmax＝51.73℃，Tmin＝－18.23℃，故Tmean＝（51.73 ＋10－18.23）／2－1＝20.75℃。在19℃和22℃时，G*·sin均小于5000kPa，新疆克拉玛依90＃可适应上述二地区抗疲劳性能的要求。

5 结论

采用SHRP方法及规范对新疆克拉玛依90＃沥青进行了性能分析和评价，得出以下结论。

5.1 所选用的90＃沥青为PG64－28级，可以适应新疆乌鲁木齐和库尔勒地区高等级公路沥青路面的要求，不会因沥青质量问题引起低温开裂、疲劳开裂与车辙。鉴于在防止低温开裂方面，沥青的性能占90%的作用，在减少疲劳损害方面沥青和集料的作用各占一半，而在减少车辙方面，集料质量和级配的作用占60%以上，因此应十分注意集料的质量和配比组成，因它与集料质量与路面混合料体积关系很大。

5.2 以PG性能分级的沥青胶结料标准规范来评价道路沥青，能够比较清晰地划分出道路沥青所能够适应的最高和最低的使用环境温度，比较真实的反映沥青的路用性能。

[1]姚祖康.公路设计手册—路面[M].2版.北京：人民交通出版社，1999.

[2]JTG D50—2006，公路沥青路面设计规范[S].

[3]贾渝，王捷.Superpave沥青胶结料性能等级（PG）选择[J].石油沥青,2003，（B04）：5-7.