1.現(xiàn)行馬歇爾瀝青混合料設(shè)計(jì)方法的局限性
該法由密西西比州公路局布魯斯·馬歇爾（Bruce Marshall）提出，其特點(diǎn)是注意到瀝青混合料的穩(wěn)定度/流值，密實(shí)度/孔隙率特性。進(jìn)行這樣的分析以產(chǎn)生HMA混合料耐久性所適合的空隙比例。但是，馬歇爾擊實(shí)方式不可避免的會(huì)造成集料破碎，影響試件的最終試驗(yàn)結(jié)果，如空隙率和用油量。現(xiàn)行的馬歇爾設(shè)計(jì)的一套指標(biāo)主要是針對(duì)密級(jí)配常規(guī)瀝青混合料制定開發(fā)的，對(duì)某一些聚合物改性瀝青，例如SBS改性瀝青，流值超過(guò)40仍然能用，雖然新版規(guī)范的技術(shù)指標(biāo)作了一些改進(jìn)，但仍需進(jìn)行深入研究。根據(jù)眾多學(xué)者的研究，馬氏沖擊壓實(shí)沒(méi)有模擬實(shí)際路面形成的混合料壓密特性。產(chǎn)生的指標(biāo)，如穩(wěn)定度，流值等不能反映熱拌瀝青混合料（HMA）的抗剪強(qiáng)度。從而與路面的破壞，如車轍、疲勞和低溫開裂并不相關(guān)，也就不能預(yù)防路面早期破壞。因此，這個(gè)帶有經(jīng)驗(yàn)性質(zhì)的方法逐漸顯示出局限性。
2.Superpave瀝青混合料體積設(shè)計(jì)法的概念
為了克服現(xiàn)行瀝青混合料設(shè)計(jì)方法存在的一些缺點(diǎn)，建立瀝青混合料性能與瀝青路面使用性質(zhì)的直接關(guān)系，美國(guó)經(jīng)過(guò)1987~1993年6年的努力，提出了一套全新的瀝青混合料設(shè)計(jì)方法——Superpave瀝青混合料體積設(shè)計(jì)法。Superpave混合料設(shè)計(jì)系統(tǒng)根據(jù)項(xiàng)目所在地的氣候和設(shè)計(jì)交通量，把材料選擇與混合料設(shè)計(jì)都集中在方法中，該方法要求在設(shè)計(jì)瀝青路面時(shí)，充分考慮在服務(wù)期內(nèi)溫度對(duì)路面的影響，要求瀝青路面在最高設(shè)計(jì)溫度時(shí)能滿足高溫性能的要求，不產(chǎn)生過(guò)量的車轍；在路面最低設(shè)計(jì)溫度時(shí)，能滿足低溫性能的要求，避免或減少低溫開裂；在常溫范圍內(nèi)控制疲勞開裂。對(duì)于瀝青膠結(jié)料，采用旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱試驗(yàn)來(lái)模擬瀝青混合料在拌和站與攤鋪過(guò)程中的老化；采用壓力老化容器模擬瀝青在路面使用過(guò)程中的老化。對(duì)于集料，在進(jìn)行瀝青混合料集料級(jí)配設(shè)計(jì)時(shí)，采用控制點(diǎn)與限制區(qū)的概念來(lái)限定、優(yōu)選試驗(yàn)級(jí)配設(shè)計(jì)。對(duì)于瀝青混合料試件采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀制備。在試件壓實(shí)過(guò)程中，記錄旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)與試件高度的關(guān)系，從而對(duì)瀝青混合料的體積特性進(jìn)行評(píng)價(jià)。
3.我國(guó)的SAC
沙慶林院士曾經(jīng)撰文（《公路》2003.8第6期）詳細(xì)介紹了當(dāng)前密實(shí)式熱拌混合料礦料級(jí)配的發(fā)展方向是粗集料斷級(jí)配。SAC系列就是我國(guó)自主研究開發(fā)成功的粗集料斷級(jí)配瀝青混凝土。它從1988年11月底初完成的正定試驗(yàn)路，至今經(jīng)過(guò)16年的不懈努力，潛心研究，已在2000Km以上的高速公路上得到應(yīng)用。
4.Superpave與SAC的比較
Superpave與SAC兩個(gè)最顯著的區(qū)別：一是儀器設(shè)備的不同Superpave使用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀，SAC主要還是馬氏擊實(shí)儀；二是礦料級(jí)配，Superpave雖然提出最大密實(shí)度線，但級(jí)配的確定依賴于經(jīng)驗(yàn)，沒(méi)有建立與結(jié)構(gòu)行為有關(guān)的級(jí)配設(shè)計(jì)方法，SAC則不然。Superpeave的主要內(nèi)容之一是提供礦料級(jí)配組成的方法和具體的礦料級(jí)配。Superpave雖然不再直接使用Fuller公式來(lái)計(jì)算級(jí)配曲線，但仍按此公式畫一條最大密度線后，以此為基礎(chǔ)，在此線的上下設(shè)置7個(gè)控制點(diǎn)和一個(gè)限制區(qū)作為設(shè)計(jì)礦料級(jí)配或礦料顆粒組成曲線的依據(jù)。
如圖-1 1 0.45次方級(jí)配曲線
Superpeave并不主張用類似圖上對(duì)角線的連續(xù)級(jí)配，它要求級(jí)配曲線既通過(guò)圖上的7個(gè)控制點(diǎn)之間，又不要進(jìn)入限制區(qū)（后來(lái)同濟(jì)大學(xué)的一些試驗(yàn)證明通過(guò)限制區(qū)的礦料級(jí)配，其瀝青混凝土的性質(zhì)甚至還優(yōu)于不通過(guò)限制區(qū)礦料級(jí)配瀝青混凝土的性質(zhì)。實(shí)際上，在美國(guó)早就不用限制區(qū)）。這樣的級(jí)配曲線不再是連續(xù)級(jí)配，在美國(guó)通常要求級(jí)曲線處限制區(qū)的下面，并稱其為粗集料級(jí)配。Superpeave礦料級(jí)配組成的發(fā)表，實(shí)際上等于在美國(guó)放棄了使用近百年的傳統(tǒng)連續(xù)級(jí)配，應(yīng)該說(shuō)，Superpave礦料級(jí)配設(shè)計(jì)方法沒(méi)有明確的原則，屬于經(jīng)驗(yàn)性的。
SAC礦料級(jí)配的設(shè)計(jì)原則是用粗集料形成骨架，用細(xì)集料填充骨架中的孔隙，使設(shè)計(jì)的瀝青混凝土，既密實(shí)空氣率小使水不容易透入，又具有較高的高溫抗永久形變能力。SAC礦集料級(jí)配分三部分，粗細(xì)集料的分界統(tǒng)一為4.75mm，即大于4.75mm為粗集料，4.75~0.075mm為細(xì)集料，小于0.075mm為填料。通常使用三個(gè)控制點(diǎn)，第一個(gè)控制點(diǎn)是標(biāo)稱最大粒徑的通過(guò)量，如95%，97.5%或100%，第二個(gè)控制點(diǎn)是4.75mm篩孔的通過(guò)量如30%，35%或40%，第三個(gè)控制點(diǎn)是0.075mm篩孔的通過(guò)量，如4~10%之間的某一個(gè)值，必要時(shí)也可以在4.75mm和0.075mm之間再設(shè)一個(gè)控制點(diǎn)，如1.18mm。對(duì)于礦料能配不再像以前的那樣，對(duì)粗細(xì)級(jí)配給出一個(gè)較寬的級(jí)范圍，而是通過(guò)計(jì)算公式確定一根礦料級(jí)配曲線。基本計(jì)算公式如下：
Pdi=A(di/Dmax)B
式中：Pdi-----------篩孔尺寸di的通過(guò)量；
D(中國(guó)瀝青網(wǎng)sinoasphalt.com)max --------各部分礦料的最大粒徑（mm）；
di -----------某篩孔尺寸（mm）；
A 、B------系數(shù)；
SAC礦料級(jí)配設(shè)計(jì)還有一個(gè)顯著特點(diǎn)是在礦料級(jí)配確定后，還要利用粗集料的干搗實(shí)空隙率VCADRC和瀝青混凝土中粗集料的空隙率VCAAC進(jìn)行檢驗(yàn)。以期建立與結(jié)構(gòu)行為有關(guān)的級(jí)配設(shè)計(jì)方法。
VCADRC方法是對(duì)礦料級(jí)配的原材料(含瀝青)進(jìn)行礦料級(jí)配檢驗(yàn)。調(diào)整以及重新取得符合要求的配合比和相應(yīng)的礦料級(jí)配，供做目標(biāo)配合比應(yīng)用。其基本原理是以風(fēng)干粗集料的不同密度（如干搗密度，一般密度和疏松密度）時(shí)的孔隙率VCADR為基礎(chǔ)，將其減去預(yù)留空隙率Va，即VCADR-Va后的可用孔隙率（用VCADRU表示）為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)，細(xì)集料，填料和瀝青的體積率之和（可簡(jiǎn)稱瀝青膠砂體積，并用VOLma,B表示）恰好填滿VCADRU。
VCAAC方法是用于對(duì)制成的瀝青混凝土試件進(jìn)行礦料級(jí)配檢驗(yàn)，調(diào)整以及最終取得符合要求的配合比和相應(yīng)的礦料級(jí)配，供做生產(chǎn)使用。其基本原理是，對(duì)于骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)瀝青混凝土中粗集料骨架間的孔隙率，恰好被細(xì)集料，填料和瀝青的體積率之和（可簡(jiǎn)稱瀝青膠砂體積，并用VOLma,B表示）以及預(yù)留空隙率Va所填滿。通過(guò)檢測(cè)建立與結(jié)構(gòu)行為有關(guān)的礦料級(jí)配設(shè)計(jì)方法，使粗集料真正實(shí)現(xiàn)嵌擠作用。這是SAC設(shè)計(jì)的一個(gè)突破。
5 Superpave與SAC能否有機(jī)結(jié)合
既然SAC與Superpave各有其優(yōu)缺點(diǎn)，那么能否實(shí)現(xiàn)二者的完美統(tǒng)一，譬如：使用SAC的體積法級(jí)配設(shè)計(jì)理念，Superpave的旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀、膠結(jié)料PG分級(jí)及混合料性能評(píng)估、材料選擇方法等。
綜上所述，提出一種新的混合料設(shè)計(jì)方法設(shè)想，筆者稱之為中國(guó)式Superpave,混合料設(shè)計(jì)過(guò)程如下：
1.材料選擇
根據(jù)工程所在地的氣溫條件選擇瀝青膠結(jié)料，依據(jù)交通量標(biāo)準(zhǔn)選定集料。
2.集料級(jí)配選擇
按照SAC礦料級(jí)配設(shè)計(jì)方法選擇集料級(jí)配，對(duì)級(jí)配組成的控制仍然使用FHWA0.45次冪圖。
3.確定瀝青用量
按估算的初始瀝青用量；初始瀝青用量的±0.5%和±1.0%用SGC成型試件，按Superpave水準(zhǔn)Ⅰ選擇瀝青用量。
4.對(duì)選定的混合料進(jìn)行體積性質(zhì)和水敏感性驗(yàn)證
按我國(guó)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTGF40-2004）要求進(jìn)行車轍試驗(yàn)和水損害試驗(yàn)?；旌狭侠匣鶕?jù)PP2短期老化試驗(yàn)，水敏感性根據(jù)T283（或可根據(jù)我國(guó)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》JTJ052-2000,T0729-2000方法進(jìn)行，但空隙率應(yīng)與T283相同，Va=7%）。
以上是筆者在總結(jié)前輩科研成果的基礎(chǔ)上，提出的一種瀝青混合料體積法設(shè)計(jì)的新思路，正確與否還有待實(shí)踐檢驗(yàn)，譬如：VCADRC與VCAAC成型狀態(tài)的前后一致性，體積測(cè)定的準(zhǔn)確性等，在試驗(yàn)體系尚存在許多方面可導(dǎo)致的系統(tǒng)誤差；且無(wú)論級(jí)配類型，集料級(jí)配都以0.45mm為粗細(xì)臨界尺寸，欠妥；級(jí)配曲線在0.45次方圖上是走S形還是V形，還需進(jìn)一步研究。
參考文獻(xiàn)：
1.瀝青路面工程手冊(cè)張登良 人民交通出版社 2004.1
2.多碎石瀝青混凝土SAC系列的設(shè)計(jì)與施工 沙慶林 人民交通出版社 2005.7
3.《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004 人民交通出版社 2004.11
4.《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》JTJ052-2000人民交通出版社 2000.8
