由于贵州地区特殊的地理环境，干线公路多分布于山川、丘陵地带，且沥青路面结构单一，路面厚度偏薄，急弯陡坡路段较多，重载运输现象凸出，路面早期车辙、坑槽等病害严重，不仅严重地影响了行车安全及路面使用寿命和服务质量，而且养护维修成本大幅增加[1]。
众所周知，沥青混合料类型是影响路面承载能力的重要因素，但是沥青材料本身的特性对沥青混合料高温性能的影响也是不可忽视的。沥青的高温黏度越大、劲度越高、与石料的黏附性越好，形成的沥青混合料劲度模量越高，其整体的抗高温变形能力也就越强。当前，沥青界比较认可的办法是通过添加合适的改性剂，大幅度地提高沥青的高温黏度，从而改善沥青混合料的高温稳定性。但是改性沥青一般价格较贵、应用技术水平要求较高，在干线公路中应用受到极大限制[2-3]。法国高模量沥青混凝土采用低标号沥青或硬质沥青(针入度10～25，0.1m)，通过特殊级配设计，使混凝土模量高、高温稳定性能好、耐久性好、经济适中、易于施工。利用高模量沥青混合料提高路面结构层的高温稳定性，是解决干线公路急坡陡弯路段车辙问题比较有效的措施之一[4-7]。
虽然高模量沥青混合料在江苏、新疆等地区进行了大规模的应用研究，获得了良好的工程应用效果，但针对西南地区高温、高湿的气候环境下重载和超载现象普遍、急坡陡弯路段多的干线公路未进行过相应的应用研究。因此，本文结合干线公路使用需求，采用调和复配硬质沥青、石灰岩集料，设计了抗车辙、抗水损坏性能更优的硬质沥青高模量混合料，并在急弯陡坡路段进行了工程验证。
1 配合比设计
1.1 原材料
集料采用遵义地区产石灰岩集料，矿粉采用石灰岩矿粉。高模量沥青混合料的胶结料通过将中石化洛阳石化公司生产的硬质沥青母粒与70#道路石油沥青按照3∶7比例复配得到，其复配后检测结果如表1所示。
从表1可知，调和复配硬质沥青针入度较小，软化点和60℃动力黏度较高，具有优异的高温性能。但延度指标反映其低温性能不足，需要结合混合料设计进行针对性研究。
表1 调和复配硬质沥青检测结果
试验项目单位调和复配硬质沥青技术要求[8]试验方法针入度(25℃,5s,100g)0.1mm1515～25T0604针入度指数PI—-0.21—T0604软化点(R&B)℃65.057～71T060660℃动力黏度Pa·s5530≥2000T0625135℃动力黏度mm2/s1550—T0625密度(15℃)g/cm31.038实测记录T0603延度(5cm/min, 15℃)cm脆断—T0605闪点℃321≥245T0611溶解度%99.75≥99T0607蜡含量(蒸馏法)%1.4—T0615贮存稳定性离析,48h软化点差℃0.9—T0661质量变化%-0.04±0.5T0609残留针入度比(25℃)%85.365T0604
1.2 级配设计
按照中国公路学会团体标准《公路高模量沥青路面施工技术指南》中规定的矿料级配范围，并参照以往工程应用，优选一个级配进行旋转压实试验，确定混合料的压实特性。其合成级配筛孔(方孔筛)通过率如表2所示，设计级配曲线如图1所示。
2.3.3 剪切波弹性成像(shear wave elastic imaging，SWEI)剪切波弹性成像是基于剪切波速度的测量，通过检测声辐射力激发组织而产生的剪切波的传播进行成像的方法，直接测量的是剪切波速度本身，通过公式计算出目标组织的杨氏模量。它可分为瞬时弹性成像 （TE）、单点剪切波成像（qSWE）、 多 维剪切 波 E 成像 （2D-SWE、3DSWE）。SWE可以有效地避免人为因素的影响，在不施加外力的情况下，通过测量目标组织的剪切波速度来判断组织的硬度[7]。
表2 合成级配筛孔(方孔筛)通过率 (%)
级配类型筛孔尺寸/mm16.013.29.54.75 2.361.180.60.30.150.075EME2100.0 98.075.0 49.4 35.3 24.5 17.6 12.1 9.2 6.9 级配上限—100826443————8级配下限—80664128————6
图1 设计级配曲线
1.3 油石比确定
采用丰度系数方法确定沥青用量，要求丰度系数K≥3.4；通过计算得到优选级配的最小油石比≥5.4；参照以往工程应用，采用5.6%作为设计油石比。按照该配比，进行旋转压实试验，压实标准为100次，试验结果如表3所示。
Fe3O4-C磁性空心微球中所含的元素可以从材料的XPS谱图得知。如图2(a)所示，材料的XPS全扫描谱图中只有Fe 2p，C 1s，和O 1s的特征峰出现，证明所得颗粒确实是由铁氧化物和C组成[10]。
表3 旋转压实试验结果
油石比/%实测理论最大相对密度/(g·cm-3)毛体积相对密度/(g·cm-3)空隙率VV①/%技术要求/%5.62.4752.4421.31～4
注：①通过表干法进行测定。
从表3可以看出，设计级配在油石比5.6%下，空隙率满足1%～4%的技术要求。
1.4 路用性能评价
采用冻融劈裂试验对设计的硬质沥青高模量混合料进行抗水损害性能试验检验，试验结果如表4 所示。
表4 冻融劈裂试验结果
混合料类型非条件条件空隙率/%劈裂强度/MPa空隙率/%劈裂强度/MPa劈裂强度比TSR/%要求/%高模量沥青混合料平均值3.02.306 93.22.042 53.22.353 43.02.100 33.02.309 53.22.171 23.12.308 23.42.188 03.12.319 53.22.125 591.6≥80[9]
分别采用法国车辙试验NF P 98-252(对应于EN 12697-22 large size devices)和中国车辙试验对混合料的高温稳定性能进行检验。试验结果如表5、表6所示。
在讲述 scratch中的“如果……那么……”功能模块时，课前我设计了两个小程序，其中一个程序中运用了三组“如果……那么……”的功能模块，让它重复执行十万次，而另一个小程序其他条件不变，只是将第一个程序稍加改动，把三个“如果……那么……”变成了“如果……那么……否则……”模块。课前演示两个小程序，让学生自己去观察、比较这两个程序从速度和结果上有什么异同点，紧接着讨论产生不同运行速度的原因是什么，从而探讨解决问题的方法，最终在学生的尝试与讨论中掌握本节课的内容及要点。
表5 法国车辙试验不同运行次数对应车辙率 (%)
编号运行次数/次1003001 0003 00010 00030 000要求/%10.240.530.751.001.421.7120.260.510.791.061.461.75平均值0.250.520.771.031.441.73≤7.5①
注：①法国规范加载3万次的车辙变形率不能高于7.5%，对应我国车辙动稳定度3 562次/mm，取整为4 000次/mm。
表6 中国车辙试验结果
混合料类型油石比/%动稳定度/(次·mm-1)123平均要求变异系数/%高模量沥青混合料5.64 2574 4684 2574 327≥4 000[9]2.3≤20
法国高模量沥青混合料没有对其低温性能进行规定，但考虑到本次应用在贵州地区，属于冬温区，因此，采用我国沥青混合料弯曲试验方法对设计的高模量沥青混合料进行评价，要求破坏应变应不小于2 000 με[10]。试验结果如表7所示。从表7可知，设计的硬质沥青高模量沥青混合料破坏应变达到2 308 με，满足我国标准中对于冬温区的技术要求。
模量试验采用两点梯形梁模量试验方法，疲劳试验采用两点梯形梁疲劳试验方法。试验结果分别如表8、表9所示。
选择150羽1日龄罗曼蛋公鸡，饲养至10日龄(母源抗体效价平均为1.0±0.0 Log2)选取120羽随机分为4组，每组30只，14日龄和28日龄分别全部用1羽份的法氏囊疫苗点眼滴鼻，每次免疫的同时，第1组在基础日粮中添加1%的中药复方多糖，第2组在基础日粮中添加1%的黄芪多糖，连续3 d，第3组为免疫不用药疫苗对照组，第4组为不免疫不用药空白对照组(见表1).
推论一 若①λ,u,v,w≥0；②(λ-1)(λ-w)≤0，(u-1)(u-w)≤0；(v-1)(v-w)≤0；③λ+u+v≤1+2w.则对于n∈N，n≥2，有
表7 低温小梁弯曲试验结果
试件编号最大荷载/kN跨中挠度/mm抗弯拉强度/MPa劲度模量/MPa破坏应变/με要求/με11.1760.4119.104 145.02 194.721.1310.4448.713 652.52 384.331.1760.4168.763 889.22 252.640.9960.4257.613 351.12 269.551.0460.4387.963 373.52 358.660.9840.4417.283 050.02 388.0 平均1.0850.4298.243 576.92 308.0≥2 000
表8 模量试验结果
温度/℃编号国标空隙率/%复数模量/MPa要求/MPa1511.617 94121.518 59331.417 22841.616 521平均值17 571≥14 000
表9 疲劳试验结果
温度/℃编号国标空隙率/%循环次数/次要求/次1011.61 601 81121.51 329 55931.41 067 555≥1 000 000
综上所述，采用遵义地区石灰岩设计硬质沥青高模量混合料的抗水损害性能、高温稳定性能、低温抗裂性能、模量和疲劳性能均满足设计要求。
2 试验段铺筑
2.1 结构方案
试验路所在路段是连接重庆、贵州和云南3个省份的重要交通干线，是地区间重要的运输通道。原路面结构为：25cm二灰碎石基层+6cm沥青混凝土AC-16。该路段交通运输任务繁重，重载车辆占比超过40%，日均当量交通量12 326辆，其病害特征如表10所示。
表10 试验路段病害特征
路段桩号里程/km特点主要病害特征K373+400～K375+0001.6长大纵坡、弯道(圆曲线半径300m,纵坡坡度5%)车辙、坑槽、裂缝、松散、剥落K388+700～K389+7001.0平缓路段车辙、坑槽
针对上述路段病害特点，以提高路面抗车辙性能和长期使用性能为出发点，考虑试验路段不能长时间中断交通，不能采用整体铣刨重铺的方式，因此决定首先对病害进行彻底处治，然后整体加铺6cm 硬质沥青高模量混合料进行改造，路面结构如图2所示。
6cm硬质沥青高模量混合料原路面处治基层
图2 路面结构示意图
2.2 试验段实施
养护改造工程施工时，为保证道路通行，采用半幅施工。混合料拌和时，硬质沥青母粒采用外掺投放，按照生产配比，每盘产量计算投放数量并控制普通沥青油石比。混合料的施工温度控制如表11 所示，施工碾压方案如表12所示。
表11 施工温度控制
项目温度/℃普通沥青加热温度155～165矿料加热温度185～195沥青混合料出料温度170～185运输到现场温度≥165混合料摊铺温度≥160开始碾压的混合料内部温度≥150碾压终了的混合料表面温度≥90
表12 施工碾压方案
碾压方案碾压阶段压路机类型和数量碾压遍数试验段初压双钢轮一台(悍马HD 138)静压2遍复压胶轮一台(柳工6526S)静压5遍终压双钢轮一台(悍马HD 138)静压1遍
从表11可知，高模量沥青混合料施工温度与SBS改性沥青混合料基本一致，在拌和工艺上亦不增加成本。
显然，勘探上不断增加老油区的储量，开发上一个个新技术的应用以提高采收率力求相对稳产，这种战术性接替是最大限度获得经济效益的重要保障。
从表12可知，高模量沥青混合料碾压方式与SBS改性沥青混合料基本一致，不增加施工难度。
工程施工中，为了快速开放交通，对新筑路面采用洒水方式降温。
2.3 工程应用效果评价
现场对路面进行取芯，对芯样厚度及压实度进行检测，检测结果如表13所示。
表13 路面芯样厚度及压实度
芯样编号桩号芯样厚度/cm芯样毛体积相对密度/(g·cm-3)理论最大相对密度/(g·cm-3)理论压实度/%1K388+955左幅5.52.3722K389+055左幅6.82.419平均6.22.3962.47096.097.997.0
从压实度检测结果来看，理论压实度达到97%，路面密实度较好。同时从试验路整体铺筑情况来看，采用硬质沥青高模量混合料的路段表现出良好的施工均匀性,路面铺面如图3所示。
试验路段通车一年后，未出现车辙、坑槽裂缝及松散等病害，该沥青混合料表现出良好的路用性能。
通过对不同沥青混合料的造价进行对比分析可知(图4)，虽然硬质沥青高模量混合料造价要高于常规改性沥青AC型混合料，但传统普通沥青混合料无法适应现场使用要求，而改性沥青在山区养护工程中受到运输、储存限制，使用不便，对路面的改善效果亦有限。相比而言，在不大幅度增加成本的前提下，采用基于硬质沥青的高模量技术，具有更好的适应性。同时，从长远角度分析，采用传统沥青混合料的公路一般通车1～2年后便须进行处治维修，而采用硬质沥青高模量混合料，可将维修间隔延长到5年以上，减少了路面处治频率，可直接节约养护成本，经济效益显著。
作为我国的基础产业设施，水利工程在我国的基础设施建设中有着非常重要的作用。水利工程的建设对我国经济的可持续发展有着非常重要的意义。水利工程的质量取决于工程能否防得住洪水和保护水资源的效果如何。水利工程的建设在保护水资源方面有着非常重要的意义，并且能够在一定程度上保证经济发展过程中对水资源的合理开发和利用，不断对现有的技术进行完善和创新，在一定程度上决定了当前水利工程的建设是否达到预期的效果。
图3 施工完成的路面
图4 不同沥青混合料造价对比
3 主要结论
(1) 贵州山区干线公路急坡陡弯路段较多，重载、超载现象普遍，加上高温多雨的气候，对沥青路面使用性能提出了极高的要求，而常规沥青混合料路用性能不佳，无法满足上述苛刻的使用性能要求。
(2) 本文借鉴了法国高模量沥青混合料的设计理念，设计了基于硬质沥青的高模量混合料，试验评价结果表明，该沥青混合料具有优异的高温稳定性能，模量高、疲劳性能好，满足西南山区对于沥青路面抗车辙、抗剪切推移的受力要求。
(3) 实体工程铺筑和应用效果表明，在不增加施工难度和造价的前提下，基于硬质沥青的高模量混合料路面施工均匀性较好，致密性佳，路表车辙发展较慢，未出现早期水损害，工程寿命长，具有较好的技术经济性和可实施性。
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