三十年，F(xiàn)HWA的“拖車計劃”成就了多少新技術(shù)??！

文 | 本刊編譯

20世紀80年代后期，美國聯(lián)邦公路管理局（FHWA）啟動了一個新的示范項目—— “瀝青混合料現(xiàn)場管理”。這個代號為“DP 74”的項目的核心，是一個移動實驗室（瀝青測試拖車）。它可以在現(xiàn)場檢測攪拌站生產(chǎn)的瀝青混合料的全部體積特性。

雖然歷史上瀝青含量和集料級配被用于瀝青混合料的質(zhì)量控制和驗收時，大多數(shù)混合料似乎在生產(chǎn)過程中符合規(guī)格，但是在應用于公路上之后卻出現(xiàn)了諸如車轍等很多問題?！癉P 74”項目推動了混合料體積特性作為質(zhì)量控制和驗收指標的應用。不只是檢測瀝青攪拌站生產(chǎn)的混合料的瀝青含量和級配，移動實驗室還展示了如何對用于質(zhì)量控制的馬歇爾試件進行現(xiàn)場擊實。這種做法背后的邏輯是，如果生產(chǎn)的混合料具有與原始設(shè)計相同的級配和瀝青含量，它的性能將與實驗室設(shè)計的混合料一致。

移動實驗室在工廠現(xiàn)場安置，然后在瀝青混合料的生產(chǎn)期間采樣。檢測過程通常持續(xù)四周，前兩周進行集料特性和結(jié)合料的初步測試，后兩周用來抽樣檢測混合料。瀝青含量、級配與擊實馬歇爾試件的特性都會被檢測，然后與原始配合比設(shè)計對比。

在項目開始的頭四年，瀝青測試拖車就在大部分州的工地上留下了輪跡。每次實地考察結(jié)束后，都有一份報告留給各州公路部門和施工承包商，里面提供了有關(guān)配合比驗證的數(shù)據(jù)。報告將生產(chǎn)配合比與最初的設(shè)計進行了比較，提出了如何在生產(chǎn)過程中調(diào)整級配、結(jié)合料含量和體積特性的建議。與此同時，基于統(tǒng)計數(shù)據(jù)的質(zhì)量驗收標準PWL（Percent Within Limits）也開始實施。

該示范項目的開啟，使許多公路機構(gòu)可以在現(xiàn)場進行配合比驗證，采用體積特性控制瀝青路面質(zhì)量。如今，這兩個概念已經(jīng)成為業(yè)界的標準。最初的示范項目取得的成功，包括重新評估統(tǒng)計質(zhì)量控制（Statistical Quality Control，即SQC）和采用PWL規(guī)范。

與“拖車計劃”一起進行的，還有美國公路戰(zhàn)略研究計劃（SHRP）和Superpave體 系 的 開 發(fā)。1993年，SHRP的最終研究成果——Superpave瀝青混合料配合比設(shè)計方法開始實施。由于與美國國家公路與運輸協(xié)會（AASHTO）、運輸研究委員會（TRB）密切合作， FHWA的“拖車計劃”被認為非常適合協(xié)助這項任務(wù)。

為了配合Superpave體系的推廣，F(xiàn)HWA對移動實驗室做了相應的擴展，加入了新的集料測試程序和旋轉(zhuǎn)壓實儀。從此以后，穿州過府的拖車又多了一個任務(wù)——向公路部門和施工承包商介紹、推廣Superpave體系。

移動實驗室用施工現(xiàn)場的混合料做了Superpave與馬歇爾設(shè)計方法的對比，讓許多州首次了解了使用當?shù)夭牧仙a(chǎn)的Superpave瀝青混合料的樣子。關(guān)于Superpave設(shè)備與馬歇爾設(shè)計方法相比的可變性的數(shù)據(jù)也被收集起來。最重要的是，在生產(chǎn)設(shè)施的真實條件下，移動實驗室為各州公路部門和行業(yè)人員提供了培訓——任何新程序或系統(tǒng)在實際應用中都需要做出調(diào)整，而移動實驗室為評估現(xiàn)實環(huán)境中的新設(shè)備和測試程序提供了理想的情景。

Superpave體系中的瀝青結(jié)合料部分也被囊括進來。用于檢測瀝青混合料的“拖車計劃”開始包括瀝青測試拖車（Mobile Asphalt Testing Trailer，簡稱MATT）和瀝青結(jié)合料測試實驗室（Asphalt Binder Testing Laboratory，簡稱ABTL）。

不過，這次流動的不再是實驗室，而是技術(shù)人員——FHWA在其中一個較舊的移動實驗室中安置了一整套瀝青結(jié)合料設(shè)備，然后將它永久駐扎在加速加載設(shè)備（ALF）的現(xiàn)場。該實驗室為各州運輸部進行了大量測試，移動實驗室則提供有關(guān)Superpave結(jié)合料規(guī)范的數(shù)據(jù)。公路機構(gòu)送來樣品，以便與自己的實驗室測試結(jié)果進行比較。實驗室的技術(shù)人員會訪問各州運輸部、提供培訓并幫助它們建立實驗室。

隨著新設(shè)備制造商的加入，瀝青結(jié)合料實驗室開始對設(shè)備進行評估，確定其是否符合規(guī)格、能否提供可重復的結(jié)果。與Superpave配合比一樣，為了使各州運輸部用起來更加可靠，瀝青結(jié)合料的規(guī)范也需要進行調(diào)整和改進?！巴宪囉媱潯睘檫@些變化提供所需的大量數(shù)據(jù)。

移動實驗室的瀝青結(jié)合料組成部分為多應力蠕變恢復（MSCR）試驗規(guī)范做了大量開發(fā)工作。多應力蠕變恢復是一個基本的流變試驗，屬于最初的SHRP研究和后續(xù)研究項目NCHRP 9-10的一部分。正是在拖車上所做的工作，讓瀝青結(jié)合料規(guī)范AASHTO M332的最后測試程序和驗證得以完成。

瀝青測試拖車和瀝青結(jié)合料測試實驗室為許多NCHRP項目提供了重要的支持，這些項目旨在幫助完善Superpave體系——包括檢測結(jié)合料和瀝青混合料設(shè)備的堅固性，收集Superpave瀝青混合料質(zhì)量控制程序的現(xiàn)場數(shù)據(jù)和培訓成千上萬的各州運輸部職員和行業(yè)人員。

雖然Superpave設(shè)計體系的實施工作和持續(xù)推行統(tǒng)計質(zhì)量控制的努力都在進行中，但是在原來的SHRP研究中，還有一塊拼圖尚未完成，那就是瀝青混合料的性能測試。盡管SHRP的研究人員確實提出了進行瀝青混合料性能測試的建議，無奈當時這項工作不但造價高昂，而且十分繁瑣。于是，AASHTO通過NCHRP計劃繼續(xù)進行性能測試的開發(fā)工作，并且推出了簡單性能測試儀（SPT）。FHWA移動實驗室與NCHRP的承包商密切合作，對SPT進行了評估和堅固性測試。

購買的簡易性能測試儀被安置在移動實驗室中，跟隨拖車來到行業(yè)展覽會和實際的道路施工項目，展示其運作方式。走著走著，它的名字就由SPT改為瀝青混合料性能測試儀（AMPT）。這是因為業(yè)內(nèi)人士抱怨它的測試并沒有那么簡單，并且忽略了那些不是Superpave的混合料。經(jīng)歷了改名風波之后，瀝青混合料性能測試儀聽起來更加通用，并且與性能設(shè)計的概念更加直接相關(guān)。

時至今日，F(xiàn)HWA的“拖車計劃”仍然在進行著。雖然統(tǒng)計質(zhì)量控制、配合比驗證、體積特性驗收和Superpave都已經(jīng)成為美國的標準，但是仍有許多工作要做。當前的主要問題之一是基于性能的配合比設(shè)計（Performance-Based Mix Design）和均衡配合比設(shè)計（Balanced Mix Design）。FHWA移動實驗室一直在為集中于簡化粘彈性連續(xù)體損傷模型（SVECD）的性能相關(guān)規(guī)范項目收集現(xiàn)場數(shù)據(jù)。這是一個由北卡羅來納州立大學開發(fā)的用于材料表征的模型。使用AMPT和動態(tài)模量、直接拉伸軸向疲勞試驗對混合料進行廣泛的測試，以表征其特性。這些混合料特性被輸入有限元程序，用于預測路用性能。

在過去的30年里，F(xiàn)HWA移動實驗室?guī)缀踝弑榱嗣绹髦荨械闹莶恢挂淮?。成千上萬的人通過它領(lǐng)略了瀝青測試方法的創(chuàng)新。在那段歲月里，實驗室內(nèi)的活動也發(fā)生了很多變化——從最初的馬歇爾配合比設(shè)計和統(tǒng)計規(guī)范到Superpave的實施，再到現(xiàn)在的基于性能的規(guī)范，這個“拖車計劃”成了最新技術(shù)的演示和培訓的寶貴資源。