基于法国标准的GB3、GB4基层材料差异性研究

臧芝树， 曹雨杨， 赖增成， 霍心蕊， 张连旭

(1.中国公路工程咨询集团有限公司, 北京市 100097；2.中咨公路养护检测技术有限公司, 北京市 100097；3.中国路桥工程有限责任公司， 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

在法国标准体系的沥青路面结构中，沥青结合料基层主要为沥青碎石(GB)和高模量沥青混凝土(EME)两类。因其施工工艺问题，在非洲应用较广的沥青结合料基层是GB材料。GB类材料与中国标准的ATB类材料类似，是一类用于基层的碳氢化合物混合料，由碳氢化合物黏合剂、集料填料和可能的添加剂配成，主要在新建道路或旧路加固情况下使用。

法国GB类材料是在20世纪70年代早期开发的，根据其颗粒度，其性能被分为3个等级和2个种类(0/14 或0/20)。3个等级中，GB1为低含量碳氢化合物黏合剂，GB2为适中含量碳氢化合物黏合剂，GB3为用于改善耐久性的高含量碳氢化合物黏合剂[1]。

Guide CSCD 1994和CATA 1998指南针对GB材料给出了具体的指标要求和适用情况，针对承载力要求较高的等级公路需要采用GB3材料，该指南在多数非洲原法属国家较为通用，也广泛被业主认可。但随着货运货车的载重能力增强和经济的增长，以及施工工艺的提高，试验条件的改善，1999年法国颁布的NF P98-138规范中，针对沥青碎石材料提出了模量更高、耐久性更优的GB4材料，并指出GB1材料不再使用。2011年颁布的法国沥青路面结构设计规范NF P98-086中，针对GB4材料，指出其使用需要根据取得的相关试验室试验结果来确定其特征。

随着非洲经济发展的加快，一些重载交通的高等级公路建设逐渐增多，沥青路面结构设计时，GB4材料因其优异的性能，也被多数设计院所关注，但目前中国国内关于GB3、GB4基层材料具体的差异性没有相关研究成果可借鉴，并且GB4材料如何选用也困扰着工程技术人员。该文结合法国相关规范以及非洲典型工程案例，分析GB3、GB4基层材料的差异性，以期为广大工程设计、施工人员提供参考。

2 技术指标差异性对比

2.1 配合比及原材料选择对比

根据NF P98-138[2]，GB材料的骨料粒级可选择：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，具体配合比设计需要结合材料技术指标要求进行室内试验验证。

针对骨料选择上，GB3与GB4具有一致性，骨料技术要求如表1所示。

表1 骨料的技术要求[3]

在沥青材料选择时，GB3可选用35/50、50/70号沥青，为了提高GB4材料的模量，使其更具耐久性，GB4材料优先推荐采用35/50号沥青所示。

2.2 物理、力学指标对比

根据NF P98-138以及NF P98-086[4]，GB3与GB4材料的物理、力学指标对比见表2。

表2 GB3与GB4材料的物理、力学指标对比

由表2可见：与GB3材料相比，GB4材料的模量较高。对于GB4 材料的劲度模量及疲劳寿命要求分别为11 000 MPa及100 με，现场试件的试验结果必须满足这些指标要求，特别是对于劲度模量和疲劳寿命。同样需要指出，车辙试验后试件的空隙率需要小于室内旋转压实试验空隙率要求。根据法标，对于GB3空隙率要求一般为7%～10%，对于GB4空隙率要求一般为5%～8%，沥青基层GB4多应用于高速公路。

根据法国有关文献[5]，图1、2分别为GB3(0/14)、GB4(0/14)材料的CT断层扫描结果，表3为数字图像处理结果。

图1 GB3材料数字图像处理过程

图2 GB4材料数字图像处理过程

表3 数字图像处理结果

沥青混合料的体积组成对于路用性能影响甚大，合理的沥青混合料配合比设计不仅可显著提高沥青混合料的力学性能，还可平衡因沥青混合料技术要求多元化而引发的复杂矛盾[6]。从表3可以看出：GB4的LAF平均值为30%，比GB3高36%，也证明了GB材料的力学性能(模量和耐久性)与粒状骨架内的分布存在相关性。与传统GB3材料配合比相比，GB4有利的颗粒分布良好地解释了其更高的力学性能，也可以说明通过合理的级配设计，是可以达到GB4材料的指标要求，但是带来的施工工艺控制要求更高。

2.3 试验项目对比

试验项目对比见表4。

表4 试验项目对比

根据LCPC《LPC Bituminous Mixtures Design Guide》，结合各材料使用条件，沥青混合料的类型和荷载条件要求并不一样，所以性能试验被分成若干水平，从水平0至水平4。相比较于GB3材料，GB4材料还需要进行疲劳试验，以验证所获取的各项试验性能指标是否满足规范要求。

3 沥青基层材料对路面结构影响分析

以西非多哥共和国壹号国道项目(Davié-Tsévié段)为例，该道路是其国内重要的一条跨境主干道，承担了该国境内南北交通及港口物资向内陆转运的功能，交通量大，重载车多。经过交通量调查，重型车辆总数(TMJA)为628辆，重型荷载总数量NPL=6.17×106，交通等级为T1+，经过实测轴载数据计算，与路面结构类型和道路分类有关的重型荷载平均影响系数CAM=1.35。

该项目拟采用倒装结构，路面结构使用寿命为20年，路面结构计算等效温度为30 ℃。各层材料参数按照规范值选取，计算参数如表5所示。

表5 路面材料参数

采用法国路面结构设计软件ALIZE-LCPC进行计算，表6为沥青基层分别采用GB3和GB4时的路面结构厚度方案。

表6 沥青基层材料分别为GB3和GB4时路面结构方案

由表6可得，采用模量更高的沥青基层GB4材料，与采用GB3材料相比，厚度可减薄5 cm。根据多哥当地的人工、材料、机械等单价因素，仅从GB材料的直接成本出发(暂不考虑施工工艺增加的成本)，GB4材料单价要高于GB3材料，但采用沥青基层GB4后路面结构造价降低约31%，经济效益明显。

4 施工关键工艺差异性对比

在法国规范中，关于GB3与GB4的施工技术并没有分别给出具体的差异化要求，但在选择不同沥青标号时，一些关键施工工艺节点控制却有不同，具体见表7。

表7 GB3与GB4关键施工工艺节点控制差异化对比

5 结论

(1) 在法国沥青混合料设计理念中，针对GB材料给出了不同的材料等级和分类，每种等级均对应有不同的物理、力学指标要求，但是在相关规范中并没有明确界定GB3、GB4材料的级配曲线设计范围和不同的原材料技术要求。在具体GB材料等级的选择及使用过程中，需要工程技术人员结合项目功能定位以及配合比设计和室内试验，验证GB材料的力学特性，尤其是模量及疲劳特性，然后再选择与之对应的等级进行路面结构验算，而不是以减薄路面结构厚度，降低工程造价为出发点去选择GB材料等级进行计算。

(2) 以多哥壹号国道项目(Davié-Tsévié段)为例，当采用GB4材料时，其经济性比较明显，在非洲高等级公路建设中，可尝试采用GB4。