我国现有的沥青分级是以针入度为分级标准的，在选择沥青标号及品种时一般是根据经验取舍。现行规范对沥青标号的选择主要依据气候分区进行。例如，对于夏季炎热的地区要求沥青的高温性能好，选择针入度较小的低标号沥青；对于北方寒冷地区要求低温抗裂性能好，选择针入度较大的高标号沥青；同时，对于降雨量大的地区要求沥青与集料的黏附性要好。但实践表明，在一些工程上对沥青标号、品种选择不当，尤其是对沥青路面不同结构层沥青选择不合理，不仅造成公路路面出现了不同程度的破坏现象，降低了沥青路面的使用寿命，而且会造成经济成本的增加。因而，本文以西宁南绕城高速公路项目为例，针对沥青路面不同结构层沥青选型优化的方法进行研究。

西宁南绕城高速公路项目，路线全长为60.km，起于曹家堡互通立交，止于湟中县扎麻隆村，路线在西宁市南侧自东向西贯穿西宁市，与兰西高速、平阿高速、西塔高速、西湟一级公路4条高等级公路连接，与新建成的西宁西过境高速公路共同组成西宁市绕城高速环线。项目属于III3区，属大陆性高原半干旱气候，春季干旱多风，气温上升缓慢；夏季凉爽不热，秋凉短暂，冬寒漫长；具有气压低，寒长暑短，多风少雨，蒸发量大，昼夜温差大，日照时间长，四季不分明等气候特征。项目全线采用沥青混凝土路面，沥青路面分为上、中、下3层。

基质沥青选型理论

基于JTGF40-规范的沥青标号选型

西宁南绕城项目区域内年平均气温8℃，最冷为1月份，统计年~年连续20年的气温数据得知，近20年内年最热月的平均日最高气温的平均值为25.1℃，近20年内的极端最低气温为-23.8℃，降雨量.1mm。依据我国《公路沥青路面施工技术规范》。

项目区域气候分区为2-2-3，参考国内现有规范的建议及区域已有工程应用经验(采用号沥青将会导致较严重车辙病害)，同时考虑项目区域的交通量特征(从预测交通量看，重车比例(货车及大客)达到了38%，重载车辆较多)，故区域内推荐选用90号或70号基质沥青。

基于AASHTO规范的沥青PG等级选型

针对西宁南绕城高速公路项目区域的气候特征，按照Superpave方法。依据AASHTO规范M-03。

基于温度场模型的沥青选型

本文采用Abaqus10.0有限元分析软件进行了项目区域沥青路面结构的温度场模拟，根据所列AASHTO规范Ｍ-03所推荐的沥青PG等级。

根据温度场模型有限元分析结果，可推荐中面层沥青采用PG52~22。同理，按照Superpave方法选取高温性能，则上面层沥青可以选取PG52，考虑到最热月份路面最高温度52℃，因此可以选取PG58，以保证高温使用性能；同时考虑到最冷月份最低气温-22℃，因此参照SHRP研究保守选取PG28，以保证低温使用性能。即上面层沥青选型为PG58~28，这与采用Superpave方法得到的结果一致。

另外，参照Superpave方法可知，下面层沥青选型为PG46~34、PG52~16均能满足要求，故可以从经济角度考虑，最终确定选型。考虑到中面层沥青采用PG52~22，若中、下面层使用同一沥青等级可以降低成本，且下面层使用PG52~22亦满足要求，因此，依据温度场模拟分析结果和AASHTO\规范，从沥青PG分级角度考虑，上面层可选择PG58~28，中、下面层可选择PG52~22。

沥青PG等级验证及优化

为了进一步验证前述理论分析研究结果，以中面层沥青PG52~22为例，室内试验初步选择克拉玛依70号、90号，西石化70号基质沥青等3种沥青，通过弯曲梁流变BBR试验和动态剪切流变DSR试验进行沥青品质和质量评价。

弯曲梁流变BBR试验

SHRP试验中蠕变劲度是在最低路面设计温度2h加载后的劲度，考虑到弯曲梁流变BBR试验温度提高10℃，在60s加载后可以获得相同的劲度，能够很好地模拟沥青的性状，因此针对本项目采用-12℃为试验低温温度。同时兼顾上面层路面温度，考虑到安全系数和保证率，以提高沥青低温一个等级-18℃为对比研究。

根据SHRP要求，沥青结合料的蠕变劲度S不大于MPa，蠕变速率M不小于0.3，采用M值来控制低温下胶结料劲度随时间变化的速率。在相同的条件下，要求S值尽可能小，M值尽可能大，这样的沥青结合料具有良好的低温抗裂性能。

因此，从低温性能考虑，可得到以下结论：(1)70号和90号基质沥青均能满足PG22和PG28分级要求；(2)90号基质沥青性能优于70号基质沥青；(3)对于70号基质沥青，克拉玛依沥青性能优于西石化沥青。

动态剪切流变ＤＳＲ试验

为了兼顾各结构层路面设计温度，针对本项目采用58℃为试验高温温度。同时考虑到安全系数和保证率，以提高沥青高温一个等级64℃为对比研究。

Superpave规范定义和设置了一个车辙因子，代表总胶结料劲度的高温黏性部分。原样沥青至少须1.00kPa，在旋转薄膜烘箱中老化后最小值为2.20kPa，否则胶结料会太软，不能抵抗永久变形。

因此，从高温性能考虑可得到以下结论：(1)70号和90号基质沥青均能满足PG58分级要求，亦能满足PG52分级要求；(2)70号基质沥青性能优于90号基质沥青；(3)对于70号基质沥青，克拉玛依沥青性能优于西石化沥青。

综上，结合BBR和DSR试验结果，为了拥有良好的路用性能，本项目沥青路面基质沥青标号选择如下：(1)上面层在兼顾高低温性能的情况下，应优选90号基质沥青；(2)中、下面层重点考虑高温性能，应优选70号基质沥青。

基于动稳定度指标的沥青选型优化

通过对项目区域已有高速公路使用现状的调查可知，车辙病害为项目区域沥青路面的主要病害形式之一，而提高沥青路面的高温稳定性已成为国内外沥青混合料设计研究的重要内容之一。为了便于工程应用及施工质量控制，本项目对于高温性能的评价采用动稳定度指标。

工程要求的动稳定度

结合已有研究结论可知，沥青层永久变形量为各分层永久变形量之和。

沥青层的分层原则为：(1)表面层，采用10~20mm为1个分层厚度进行划分；(2)第二层沥青层，采用20~25mm为1个分层厚度进行划分；(3)第三层沥青层，其厚度不大于mm时，作为1个分层，大于mm时等分为2个分层；(4)第四层及其以下的沥青层，作为1个分层。

对于本项目而言，沥青面层结构为4cmAC-13+6cmAC-20+8cmATB-25，故根据沥青层分层原则，将本项目沥青面层划分如下：上面层按照20mm为1个分层厚度划分为2个分层；中面层按照20mm为1个分层厚度划分为3个分层；下面层厚度不大于mm，故作为1个分层。

结合已有研究结论，高速公路沥青层的容许永久变形即容许车辙深度应不大于15mm，且沥青路面的中面层永久变形所占的比重最大，上面层次之，下面层最小。假定上、中、下永久变形所占的比重分别为25%、60%和15%，沥青层各分层的永久变形假定均分该沥青层的永久变形量。因此，先采用BISAR3.0软件进行沥青层分层顶面竖向压应力的计算，然后根据公式反算得知：本项目沥青上面层的动稳定度水平应≥次/mm，中面层的动稳定度水平应≥次/mm，下面层的动稳定度水平应≥次/mm。

设计要求的动稳定度

参照对沥青混合料高温性能评价指标的可靠度研究结论，本项目高温性能的可靠度要求应为95%，对应的可靠度指标为1.。一般情况下，AC-13混合料施工质量较好控制，可选路面的施工水平为低等变异水平；AC-20混合料施工质量较难控制，可选路面的施工水平为中等变异水平；ATB-25混合料施工质量控制难度相对中上面层大，为保证施工质量，满足高温性能的需求，选择下面层的施工水平为高等变异水平。因此，参照已有研究结论，本项目上面层混合料动稳定度的可靠度系数K取为1.，中面层混合料动稳定度的可靠度系数Ｋ取1.，下面层混合料动稳定度的可靠度系数K取为1.。则：

(1)上面层，1.×ln=8.，故e8.≈；

(2)中面层，1.×ln=8.，故e8.≈；

(3)下面层，1.×ln=5.，故e5.≈。

因此，假定下、中、上面层的施工变异水平分别为高等、中等和低等水平，为满足本项目下、中、上面层动稳定度分别为次/mm、次/mm和次/mm的要求，沥青混合料设计动稳定度的标准应为：下面层≥次/mm，中面层≥次/mm，上面层≥次/mm。

结合我国现有规范《公路沥青路面施工技术规范》及本项目设计文件的要求，可拟定本项目沥青混合料动稳定度设计标准为：下面层≥次/mm、中面层≥次/mm、上面层≥次/mm。

参照我国已有工程的成熟经验，同时考虑项目所用原材料及施工质量控制水平等因素，建议本项目下、中、上面层混合料动稳定度设计标准分别不小于次/mm、次/mm和次/mm。

动稳定度试验分析

(1)下面层ATB-25动稳定度试验分析。以优选的70号韩国双龙基质沥青确定混合料最佳油石比为3.85%，依据我国现行规范的相关规定开展混合料车辙试验。

由前述分析可知，本项目下面层沥青混合料动稳定度设计标准应不小于次/mm，故本项目下面层沥青混合料采用韩国双龙70号基质沥青可满足使用性能要求。

(2)中面层AC-20动稳定度试验分析。以优选的70号韩国双龙基质沥青确定混合料最佳油石比为3.85%，依据我国现行规范的相关规定开展混合料车辙试验。

由前述分析可知，中面层沥青混合料动稳定度设计标准应不小于次/mm，因此，对于本项目中面层沥青混合料，无论采用韩国双龙70号基质沥青还是90号基质沥青均不能满足要求。故为了提升混合料的高温性能、同时保障混合料的低温性能，中面层混合料应采用改性沥青。同理，结合已有研究结论及工程经验可知，本项目上面层AC-13沥青混合料设计动稳定度标准要达到不小于次/mm的要求，也应采用改性沥青。

结合已有研究结论及工程应用经验，对于本项目中上面层而言，为了在改善混合料高温性能的同时兼顾低温性能，综合分析选定采用ＳＢＳ改性剂进行基质沥青的改性。我国现行规范中以25℃针入度为划分标准，将ＳＢＳ改性沥青划分为I-A、I-B、I-C、I-D等4种。在SBS改性沥青标号的选择上，我国大部分地区高速公路宜选择I-D级，西北和东北地区可选择I-C级，I-B级适用于非常寒冷的地区，I-A级除特殊情况外很少使用。考虑本项目区域的气候条件，推荐上面层SBS改性沥青等级为I-C级。一般来说，加工I-C级SBS改性沥青宜选用90号沥青，故本项目上面层改性沥青优选90号基质沥青。

从经济性及施工质量控制角度考虑，若中面层采用同上面层相同的沥青标号进行改性，可方便施工、降低成本。因此，建议中面层亦采用90号基质沥青进行SBS改性。

结语

本文以西宁南绕城高速公路项目为例，提出沥青路面不同结构层沥青选型优化方法为：首先，应结合项目区域的客观条件，根据现有JTGF40-规范和AASHTO规范，进行项目区域可选沥青的初步选择；其次，采用Abaqus10.0有限元分析软件进行项目区域沥青路面结构的温度场模拟分析，同时，结合BBR试验和DSR试验，按照Superpave设计方法进行项目区域不同结构层沥青选型的初步优化；最后，结合项目区域工程要求的动稳定度、设计要求的动稳定度，以及项目备选原材料的动稳定度指标试验，综合考虑进行选型优化。该方法可指导设计咨询单位及施工单位，针对具体项目沥青路面的不同结构层合理选择沥青，以达到经济合理的目的。