聊一聊Superpave5

文 | Gerry Huber

在过去的50年里，以下对话可能已经出现过许多次。我会这样想，是因为我刚入行的时候也问了同样的问题。

年轻的工程师问：“我不明白，为什么我们将混合料的空隙率设计为4%，在施工中却只要求达到8%？”

经验丰富的工程师答：“也许是因为交通会把它压实到4%吧。反正在我还是新人的时候，别人就是这样告诉我的。”

“4%”的设计概念至少可以追溯到20世纪40年代早期，马歇尔设计方法崭露头角的年代。如今，尽管大多数沥青混合料已经使用Superpave方法设计，这种方法身上还是带着前者的影子——空隙率依旧被设计为4%。

在Superpave设计方法被开发出来之前，马歇尔设计方法无处不在。除了法国之外，它在全球几乎成了一个通用标准。

1959年，原法国道路和桥梁中心实验室(LCPC)的人员在访问美国期间对得克萨斯旋转压实仪印象深刻；20世纪70年代，他们开发了一种基于自己设计的旋转压实仪的混合料设计方法。

虽然LCPC方法允许空隙率在某个范围之内，但是设计通常以5%进行；道路的压实目标是最大密实度为95%(空隙率为5%)。

Superpave混合料设计方法围绕Superpave旋转压实仪构建。该设备起源于得克萨斯旋转压实仪，但是也吸纳了法国对LCPC旋转压实仪的研究。考虑到它与两种压实仪及体积分析的关系，Superpave可以追溯到1890年代后期的Richardson设计方法。

在美国战略公路研究计划(SHRP，它是Superpave的摇篮)期间，发生过以类似LCPC的方式设置Superpave的讨论，即把空隙率设计为5%，施工时也压实到5%。然而，为了便于实施，SHRP认为Superpave应该尽可能模仿马歇尔设计方法，于是这个想法被束之高阁了。

为什么我们要继续生活在马歇尔设计方法的阴影下？从理论上讲，Superpave应该可以采用法国的做法。如果Superpave沥青混合料的空隙率被压实到5%，就有可能减少沥青结合料的老化，并且在不增加成本的前提下延长路面的寿命。

Superpave5使用的设计空隙率为5%，而不是目前的Superpave设计方法要求的4%。为了保持相同的最小沥青含量，VMA比当前Superpave体积配合比设计标准(AASHTO M323)中规定的值增加1%。

对Superpave5的设想是沥青混合料至少具有相同的沥青结合料含量，可以把现场空隙率压实至5%，并且保证抗车辙能力不会变差。但是，这些可以实现吗？路面的老化速度会变慢吗？

印第安纳州先后在2013、2014、2016年建设了3个试验项目。标准Superpave4沥青混合料的平均密实度分别为92.5%、91.8%和93.3%(即空隙率分别为7.5%、8.2%和6.7%)；Superpave5混合料的平均密实度为95.9%、94.7%和95.5%(即空隙率分别为4.1%、5.3%和4.5%)。在所有的试验项目中，Superpave5和Superpave4沥青混合料使用一样的设备碾压。这些试验项目用于确认在相同的现场压实下，可以获得更高的密实度。

在2018年的评估中，从每个地点回收沥青结合料，结果发现：3个Superpave4样品位置的平均值为PG 100.0-16.2；3个Superpave5样品位置的平均值为PG 94.0-21.0。在高温等级下，Superpave5部分的沥青结合料老化比Superpave4低6 ℃；在低温等级下，Superpave5部分的老化比Superpave4低4.8 ℃。

包含裂缝、车辙与平整度(IRI)在内的路面状况数据被自动化车辆收集起来。使用Superpave5和Superpave4铺筑的两个部分都非常平整，平均车辙深度也基本相同。主要的性能差异在于表面开裂。Superpave4部分被大约30～45 cm的块状裂缝覆盖了，Superpave5部分则几乎没有。

该研究项目为Superpave5设定了设计参数，最早的试验段展现了它带来的减少老化和开裂等好处。2018年，印第安纳州交通部(INDOT)签订了12个Superpave5项目，为该州的承包商获得Superpave5沥青混合料的设计与施工经验创造条件。

2019年1月，INDOT修改了规范，要求所有沥青混合料均采用Superpave5设计。从2019年9月开始，INDOT的所有项目都将使用新的规范。

最后，我想可以回答文中那个问题了：使用Superpave5设计方法可以减缓沥青结合料的老化速度，从而在不增加成本的前提下减少路面裂缝，维持它的抗车辙能力。