新疆地區(qū)瀝青路面溫度的確定與瀝青等級(jí)要求研究

王 剛

（昌吉州交通運(yùn)輸局，新疆 昌吉 831100）

0 引言

現(xiàn)行的瀝青分級(jí)是建立在瀝青使用和生產(chǎn)水平的基礎(chǔ)上，以針入度劃分的稱為針入度等級(jí)，我國現(xiàn)行規(guī)范即屬此類；以粘度劃分的稱為粘度分級(jí)，AC級(jí)瀝青即屬此類。而SHRP中的瀝青則是根據(jù)路面性能的要求來確定，稱之為PG瀝青性能分級(jí)。

PG分級(jí)直接采用設(shè)計(jì)使用溫度表示適用范圍。設(shè)計(jì)最高溫度為7d最高平均路面溫度，設(shè)計(jì)最低溫度為年極端最低溫度。根據(jù)道路等級(jí)、交通量確定保證率為95%（平均值）或98%。它采用原瀝青、RTFOT后的殘留瀝青和RTFOT后又經(jīng)PAV老化的殘留瀝青等3種樣品評(píng)價(jià)各種路用性能指標(biāo)，包括高溫時(shí)的抵抗永久變形能力與低溫時(shí)的抵抗路面溫縮開裂能力、抗疲勞破壞能力、抗老化性能和施工安全性等。在確定瀝青的PG等級(jí)時(shí)，要充分考慮氣候條件及交通條件（交通量、車速及車輛停駐時(shí)間），有時(shí)需要提高一個(gè)或兩個(gè)PG高溫等級(jí)選擇瀝青的標(biāo)號(hào)。例如PG64-16，前面的數(shù)字“64”為高溫級(jí)，其意義是該瀝青能適應(yīng)最高至64℃路面溫度的物理特性，后面的數(shù)字“-16”為低溫級(jí)，即該瀝青可以適應(yīng)路面溫度最低至-16℃時(shí)的物理特性。

至于所謂高溫級(jí)、低溫級(jí)和常溫則是根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀筚Y料轉(zhuǎn)化為路面溫度并根據(jù)道路等級(jí)交通量輕重而確定?？梢奝G分級(jí)事先考慮了該瀝青是否適用于該地區(qū)，是否能抵抗車轍，是否能經(jīng)受長期老化疲勞，是否會(huì)引起低溫縮裂等各方面的要求。

1 瀝青性能等級(jí)選擇

按照SHRP瀝青與瀝青混合料有關(guān)規(guī)范的規(guī)定，在選擇瀝青的性能等級(jí)時(shí)，要根據(jù)工程所在地區(qū)氣候和交通條件決定，即根據(jù)最高和最低路面設(shè)計(jì)溫度以及交通條件來選擇，選擇步驟如下。

1.1 選擇工程所在地區(qū)附近的氣象臺(tái)站，收集20年以上的氣候數(shù)據(jù)，包括每年連續(xù)7d最高溫度平均值和每年的最低氣溫。

1.2 計(jì)算所選擇某一深度的最高路面設(shè)計(jì)溫度。

路面最高設(shè)計(jì)溫度Tmax根據(jù)當(dāng)?shù)刈罡邭鉁匕聪率接?jì)算：

式中：Td——某一深度的最高溫度，℃；

d——深度，mm；

Tsur——路面溫度，℃。

路面溫度Tsur可通過下式計(jì)算：

式中：Tair——?dú)鉁?，℃?/p>

Lat——工程所在地的緯度，°。

SHRP有關(guān)規(guī)范規(guī)定，路面最高設(shè)計(jì)溫度取路面表面下20mm處的溫度，則有：

最低路面設(shè)計(jì)溫度可由下列兩種方法確定：

a）假定最低路面設(shè)計(jì)溫度＝最低氣溫：

b）加拿大SHRP研究者提出的公式：

式中：Tmin——最低路面設(shè)計(jì)溫度，℃；

Tair，min——平均年最低氣溫，℃。

1.3 確定滿足路面最高和最低設(shè)計(jì)溫度的最低瀝青性能高溫等級(jí)。

1.4 根據(jù)交通量和交通速度調(diào)整所選的瀝青性能高溫等級(jí)，具體調(diào)整方法見表1。

表1 根據(jù)交通量和交通速度調(diào)整瀝青結(jié)合料性能高溫等級(jí)

2 新疆某地區(qū)氣溫情況調(diào)查結(jié)果

根據(jù)SHRP有關(guān)規(guī)范的規(guī)定，調(diào)查了烏魯木齊地區(qū)（烏拉泊水庫出庫站）24年和庫爾勒地區(qū)孔雀河某氣象站19年的氣溫資料，結(jié)果如表2所示。

表2 Superpave瀝青結(jié)合料等級(jí)確定的氣溫?cái)?shù)據(jù)表

由表2中數(shù)據(jù)可以看出：

a）烏魯木齊地區(qū)24年間平均氣溫為－21.28℃，標(biāo)準(zhǔn)差為－5.28℃；平均最高氣溫為25.126℃，標(biāo)準(zhǔn)差為1.86℃；

b）庫爾勒地區(qū)19年間平均氣溫為－15.29℃，標(biāo)準(zhǔn)差為－3.49℃；平均最高氣溫為27.85℃，標(biāo)準(zhǔn)差為2.0℃。

在確定溫度代表值時(shí)，可根據(jù)道路等級(jí)和重要性，選擇適當(dāng)?shù)目煽慷?。?中列出了兩種可靠度的計(jì)算結(jié)果，根據(jù)這一結(jié)果就可計(jì)算最高路面設(shè)計(jì)溫度和最低路面設(shè)計(jì)溫度。

3 新疆某地區(qū)路面溫度的確定

3.1 最高路面設(shè)計(jì)溫度

3.1.1 烏魯木齊地區(qū)最高路面設(shè)計(jì)溫度

烏魯木齊緯度為43.8°，瀝青路面可能達(dá)到的最高設(shè)計(jì)溫度Tmax為：

據(jù)計(jì)算，當(dāng)采用50%可靠度時(shí)，最高氣溫為25.126℃，則最高路面設(shè)計(jì)溫度為48.28℃。

3.1.2 庫爾勒地區(qū)最高路面設(shè)計(jì)溫度

庫爾勒緯度為41.8°，當(dāng)采用50%可靠度時(shí)，最高氣溫為27.85℃，則最高路面設(shè)計(jì)溫度為47.9℃；當(dāng)采用98%可靠度時(shí)，最高氣溫為31.85℃，則最高路面設(shè)計(jì)溫度為51.73℃。

3.2 最低路面設(shè)計(jì)溫度

如前所述，最低路面設(shè)計(jì)溫度的確定有兩種辦法，考慮到假定最低路面設(shè)計(jì)溫度等于最低氣溫過于保守，因?yàn)槁访鏈囟仍诤涮鞖鈳缀蹩偸歉哂跉鉁?，所以采用加拿大研究人員提出的公式：

a）烏魯木齊地區(qū)

50%可靠度時(shí)：

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

98%可靠度時(shí)，Tmin＝－25.65℃；

b）庫爾勒地區(qū)

50%可靠度時(shí)，Tmin＝－11.43℃；

98%可靠度時(shí)，Tmin＝－18.23℃。

4 新疆地區(qū)瀝青性能等級(jí)（PG）的確定

根據(jù)上述路面最高和最低設(shè)計(jì)溫度的計(jì)算結(jié)果，可選擇如下瀝青性能等級(jí)：

a）烏魯木齊地區(qū) 50%可靠度時(shí)，最高路面設(shè)計(jì)溫度為44.74℃，瀝青性能高溫等級(jí)應(yīng)為PG46；最低路面設(shè)計(jì)溫度為－16.57℃，瀝青性能高溫等級(jí)應(yīng)為－22；98%可靠度時(shí)，最高路面設(shè)計(jì)溫度為48.28℃，瀝青性能高溫等級(jí)應(yīng)為PG52；最低路面設(shè)計(jì)溫度為－25.65℃，瀝青性能高溫等級(jí)應(yīng)為－28；

b）庫爾勒地區(qū) 50%可靠度時(shí)，最高路面設(shè)計(jì)溫度為47.9℃，瀝青性能高溫等級(jí)應(yīng)為PG52；最低路面設(shè)計(jì)溫度－11.43℃，瀝青性能高溫等級(jí)應(yīng)為－16；98%可靠度時(shí)，最高路面設(shè)計(jì)溫度為51.73℃，瀝青性能高溫等級(jí)應(yīng)為PG52；最低路面設(shè)計(jì)溫度－18.23℃，瀝青性能高溫等級(jí)應(yīng)為－22。

即在烏魯木齊地區(qū)，高等級(jí)道路標(biāo)準(zhǔn)交通路段若先用瀝青性能等級(jí)為PG52－28的瀝青所建成的瀝青路面，其高溫抗轍、低溫抗開裂性能應(yīng)可滿足要求；若是高速公路重交通路段，按SHRP規(guī)定，應(yīng)提高一個(gè)高溫等級(jí)，即采用PG58－28級(jí)的瀝青。若是停車站收費(fèi)口等經(jīng)常停車的地方，還要提高一級(jí)，即PG64－28。因此新疆克拉瑪依90＃瀝青符合此要求。

庫爾勒地區(qū)高等級(jí)道路標(biāo)準(zhǔn)交通路段可選用PG52－22，重交通路段可選用PG58－22，停車站、收費(fèi)口路段可選用PG64－22，新疆克拉瑪依90＃瀝青同樣符合此要求。中等溫度時(shí)的抗疲勞性能檢驗(yàn)，中等溫度Tmean＝（Tmax＋10＋Tmin）／2－1，例如對(duì)于PG64－28，Tmean＝（64＋10－28）／2－1＝22℃，對(duì)于烏魯木齊地區(qū)，Tmax＝48.28℃，Tmin＝－25.65℃，故Tmean＝（48.28＋10－25.65）／2－1＝15.3℃，在19℃時(shí)，車轍因子G*·sin已小于5000kPa，故15.3℃依然小于5000kPa（據(jù)試驗(yàn)，16℃，G*·sin＝3002kPa）。庫爾勒地區(qū)，Tmax＝51.73℃，Tmin＝－18.23℃，故Tmean＝（51.73 ＋10－18.23）／2－1＝20.75℃。在19℃和22℃時(shí)，G*·sin均小于5000kPa，新疆克拉瑪依90?？蛇m應(yīng)上述二地區(qū)抗疲勞性能的要求。

5 結(jié)論

采用SHRP方法及規(guī)范對(duì)新疆克拉瑪依90＃瀝青進(jìn)行了性能分析和評(píng)價(jià)，得出以下結(jié)論。

5.1 所選用的90＃瀝青為PG64－28級(jí)，可以適應(yīng)新疆烏魯木齊和庫爾勒地區(qū)高等級(jí)公路瀝青路面的要求，不會(huì)因?yàn)r青質(zhì)量問題引起低溫開裂、疲勞開裂與車轍。鑒于在防止低溫開裂方面，瀝青的性能占90%的作用，在減少疲勞損害方面瀝青和集料的作用各占一半，而在減少車轍方面，集料質(zhì)量和級(jí)配的作用占60%以上，因此應(yīng)十分注意集料的質(zhì)量和配比組成，因它與集料質(zhì)量與路面混合料體積關(guān)系很大。

5.2 以PG性能分級(jí)的瀝青膠結(jié)料標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范來評(píng)價(jià)道路瀝青，能夠比較清晰地劃分出道路瀝青所能夠適應(yīng)的最高和最低的使用環(huán)境溫度，比較真實(shí)的反映瀝青的路用性能。

[1]姚祖康.公路設(shè)計(jì)手冊(cè)—路面[M].2版.北京：人民交通出版社，1999.

[2]JTG D50—2006，公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]賈渝，王捷.Superpave瀝青膠結(jié)料性能等級(jí)（PG）選擇[J].石油瀝青,2003，（B04）：5-7.