美国公路环道(NCAT)实验结果揭晓
2012-10-23 09:18:19   来源:tranbbs    作者:佚名    评论:0 点击:

  2005年11月15日~16日,美国相关交通部门在奥本举行了“第二轮美国沥青技术中心(NCAT)环道会议”。参会代表分成4个技术组--性能比较组、成果应用组、力学路面分析组、轮胎路面噪音组等,对NCAT公路实验环道第二轮实验情况进行了总结。

  NCAT环道2000年建成并投入使用,环道的第一轮试验共铺筑了46个试验段,这些路段只是4英寸表面层沥青混合料是不同的,基层都一样。到2002年末,环道上共加载了1001.8万磅ESALS(累计当量单轴荷载作用次数),相当于美国许多州际公路20年的交通量。

  NCAT环道的第二轮实验从2003年开始,其中有8个试验段挖掉第一轮实验段的混合料,重铺不同厚度的热拌沥青混合料(HMA),其相邻的段落有些为改性沥青,有些为非改性沥青。14个试验段铣刨后,重新铺设新的罩面层,其余段落继续加载1000万次ESALS,以观察其耐久性。

  NCAT环道实验并无一个总体的规划和设计,根据自愿的原则,美国各个州可根据自己的研究需要,组织一、二个试验段,进行自己的研究,下面是各个州实验中一些反馈信息的总结。

  

细级配和粗级配

  SUPERPAVE鼓励使用粗级配骨料,然而,美国西部公路实验环道(Westrack)的试验却表明,当路面密度比通常规范略低时,粗级配骨料存在渗透性问题,而且,细级配骨料在抗车辙和抗疲劳性能等方面也明显比粗级配骨料好。

  究竟是粗级配好,还是细级配好,NCAT环道上做了一系列实验。试验结果表明,应用粗、细级配的骨料,混合料的抗车辙能力并没有明显的差别,因此,阿拉巴马州、北卡州都允许在自己州内大交通量道路上使用细级配骨料。承包商也可以根据情况,自由选择使用细级配骨料或者粗级配骨料,不过他们通常愿意选择细级配骨料,因为细级配骨料施工和易性好,容易压实。最初,佛罗里达州只允许在低交通量道路上使用细级配骨料,目前,根据NCAT的实验结论和他们自己重型车辆模拟器(HVS)研究结果,该州也允许州内所有交通量的道路都可以使用细级配了。

  我国目前的SUPERPAVE混合料绝大部分都是粗级配,对于半刚性基层上的沥青路面,笔者以为,这种级配是合适的。然而,对于柔性基层和等级较低的路面,细级配由于沥青用量多,疲劳寿命会好一些。

  江苏交通科学研究院已在盐(城)(南)通高速公路上修筑了粗、细级配SUPERPAVE的对比试验路段,也修筑了设计旋转压实次数为100和125次的对比路段。

  

胶结料等级对车辙的影响

  SUPERPAVE建议对高交通量道路的沥青高温等级进行跳级,NCAT环道第一轮试验的一个重要目的是看看这些跳级对道路车辙的影响。NCAT环道实验表明,平均说来,沥青高温等级从PG64跳到PG76,道路的永久变形就会减少50%。NCAT环道的这项实验结果,对改性沥青和非改性沥青寿命周期内的费用分析也很有帮助。根据研究,佛罗里达州已规定,交通量在1000万~3000万次ESALs的道路,使用P3改性沥青PG76-22;交通量大于3000万次ESALs的道路,使用2层改性沥青。

  

SMA的性能

  SMA引入美国已经15年了,其优良的路用性能已经得到美国各方面的认可。然而,由于SMA要求使用完全破碎的碎石集料,而美国有些州只有天然砂和砾石,这些州要修建SMA,就必须从其他州购买集料。SMA的这种特点,阻碍了其在美国公路上的大量应用。

  NCAT环道的实验结果表明,使用破碎砾石的SMA混合料,与用SUPERPAVE设计的混合料相比,其抗车辙性能是一样的。根据这种发现,密西西比州允许使用当地破碎砾石材料来修建SMA路面。

  乔治亚州是美国应用SMA技术修建公路最多的州之一,他们主持了SMA和SUPERPAVE寿命周期费用分析。尽管SMA和SUPERPAVE两个试验路段的车辙深度均小于2mm,统计上也没有什么差异,但SUPERPAVE试验段宏纹理比较多,这表明SUPERPAVE路面结构中,细颗粒由于沥青的老化而损失比较严重,而沥青用量较高的SMA路面,则没有这种现象。密苏里州交通部发表的报告中称,他们使用当地石灰岩修筑的SMA路面性能也非常好。

  

通过增加沥青用量改善性能

  一般来说,在不引起车辙和泛油的条件下,沥青混合料要求尽可能多的沥青用量。采用聚合物改性沥青时,可适当增加沥青用量,不会产生车辙和泛油,也可在混合料设计时适当降低设计压实次数,以获得更多的沥青用量。NCAT环道第一轮试验结果表明,PG67沥青用量每增加0.5%,车辙就会增加50%,而PG76混合料则不受这种影响。因此,在混合料设计时,对于较高PG等级,稍稍增加一点沥青用量以改善耐久性是可能的。

  目前在我国,一些人错误地用增加旋转压实次数、减少沥青用量,来希望获得混合料抗车辙能力的提高,我个人认为者是不对的。事实上,当级配相同时,旋转压实次数越高,沥青用量就越少。当旋转压实次数一定,就会找到一个相应的级配,也不会明显减少沥青用量。因为,那时VMA最大,可容纳足够的沥青用量。

  

其它路面加速加载设施(APT)的验证

  NCAT试验环道的两个主持单位,佛罗里达州和印地安那州也利用自己相应的路面加速加载设施(APT)设施,对相同试验路结构进行了验证。佛罗里达州使用重型车辆模拟器(HVS),印地安那使用普度大学的直道进行验证,发现NCAT环道和它们的APT设施的相对差异相同,也就是说可以用小型的APT设施, 成本较低地获得相同的结论。

  

集料性质的影响

  集料的好坏到底与混合料的性能有多少关联,人们知之甚少。这方面的经验,我们沿用的基本上是前辈传下来的经验指标,如洛杉矶磨耗值被认为是一种集料质量的特性。美国各州HMA集料洛杉矶磨耗值标准为30%~45%,SMA集料洛杉矶磨耗值标准为30%。我国HMA集料洛杉矶磨耗值标准为30%,现在新标准规定,表面层为26%,其它层为28%,许多省份还有下降的趋势。这些都是经验的指标,不要想当然地认为要求越严,材料质量就越高。

  在NCAT环道实验中,南卡州发现,超出他们州规范规定的集料,并没有在生产和施工产生明显问题。与其它破碎砾料相比,其纹理没有明显差别,路面车辙性能也处在可接受的范围。因此,南卡州交通部门修订了他们规范的内容,允许使用洛杉矶磨耗值较高的集料。与美国相比,我国一些地方当集料不符合国家标准时,就会不远千里,采购所谓的“优质”集料。美国的做法则是不盲目遵照规范,通过试验研究来修订自己的规范,找到经济、合理的集料。

  密西西比州和田纳西州通过NCAT环道试验,验证了砾石料和石灰岩混合使用对路面性能和抗滑阻力的影响。两个州的实验表明,砾石料、石灰岩混合使用与完全使用破碎砾料混合料相比,其提供的路用性能功效是一样的,因此,密西西比州将表面层中石灰岩的比例提高到30%~50%。

  第三轮NCAT环道试验将于2006年8月份施工完毕,11月开始加载,到2008年底结束。此次实验的主要目的如下:(1)寻找路面设计的季节特性和路面反应特性;(2)标定和验证路面的力学-经验模型;(3)快速评价聚合物改性和非改性胶结料、新混合料和RAP混合料等材料的特性;(4)研究修建更经济、寿命更长的路面结构等。

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