预防性养护在美国一度采用这样的概念：“与其让道路损坏到必须花费大量的金钱和时间去维修或重建的状况，不如使其维持在良好的状况，这将更经济”。并指出在众多的预防性养护措施中，薄层罩面性价比最高。薄层罩面起源于20世纪70年代的法国，主要用于恢复结构稳定性路面的路表性能及延长道路服务寿命。经过各国完善和发展，逐步运用到各交通量等级的道路。用于热拌薄层罩面的沥青混合料AC-5在我国被称为砂粒式，适宜铺筑的厚度为15~30mm。AC类沥青混合料为我国沥青路面运用最普遍的混合料，性价比高。以往AC-5在我国主要用于防水黏结层、半刚性基层沥青路面的应力吸收层和人行道，而大规模运用于新建及养护措施的技术经验较少。本文主要对薄层罩面AC-5的优点、国内外应用现状、配合比设计、体积参数等方面进行探讨，并提出在我国新建或养护中大规模使用需解决的问题。
热拌薄层混合料特点及应用
AC-5与其他类薄层罩面用混合料比较
热拌薄层罩面混合料的类型主要有AC-5、SMA-5、SAC-5、SUP-5、OGFC和Novachip。其中SMA-5的费用较高，约高出同等厚度普通沥青混合料25%~30%；通过调查发现，SAC的面层普遍存在离析及裂缝问题，且个别路段通车仅半年已开始出现修补现象；SUP-5在成本方面，由于揉搓机的引进和配合比设计、施工管理的加强，沥青混合料的价格普遍有所提高，在我国应用较少；我国规定OGFC的孔隙率为18%~25%，空隙率大，易导致风沙堵孔、进水冰冻、老化等，且在我国缺乏经验；Novachip的施工需采用专用机械，对机械的要求高，不易推广；AC类沥青混合料是我国道路应用最广泛的材料类型，施工工艺成熟，各施工单位均有满足施工要求的设备，其全寿命周期费用少，性价比高，为AC-5的普及奠定了良好的基础。
AC-5与常用表面层热拌混合料比较
相对于我国常用的表面层热拌沥青混合料AC-13和AC-10，AC-5沥青混合料有其优点：粒径小，层厚一般为15~30mm，减少材料用量，可节约50%左右的成本；内部空隙多为密闭状，互相连通的空隙少，孔隙率即使达到7%也具有良好的密水性；路表面的纹理(单位面积的表面构造数量)多，反射噪声，以消耗噪声的能量，噪声低；层厚小，温度下降快，开放交通迅速；只要注重压实工艺(控制压实机具和碾压遍数)，很容易达到规定的压实度。
薄层罩面沥青混合料AC-5应用现状
作为新建或维修道路路面，美国运用较多，主要用于轻交通量道路，满足承载力要求且能提供良好表面，显著的优点是投资少、性价比高。在中等交通和重交通的道路中，薄层罩面主要起到恢复路表性能及养护等功能型罩面的作用范畴，适用于水泥混凝土及沥青混凝土道路的预防性养护，要求原路面结构良好，病害为表面层功能性病害。
为了对纽约第一大街采用薄层罩面进行养护，年9月纽约公路局在其中的两个街区分别采用聚合物改性沥青PG76-28和高性能的改性沥青混合料进行现场试验。原路面为约46cm厚的混凝土路面。经过一年的试验，两种沥青混合料均表现出良好的性能，无车辙、推移及反射裂缝。年仅花费了3周的夜间时间就完成了第一大街53个街区的施工，施工速度快。
原路面病害的发展程度对薄层罩面的影响很大，已发生结构破坏的路面，加铺罩面后服务寿命可能仅有2.5年，而好的路面状况，其服务寿命一般为7~11年，甚至超过12年。汇总了美国新泽西州薄层罩面的里程和服务寿命分布情况，其中82.1%的薄层罩面服务寿命能够达到7年以上，表明薄层罩面的耐久性是能够保证的，性价比高。
薄层罩面ＡＣ－５配合比设计及体积参数
选用薄层罩面的目的为恢复路表面性能，主要为抗渗性、减噪、抗滑性能和平整度等功能。悬浮密实结构的AC-5，其特点为抗渗性、低温性能、减噪性及平整性好，高温性能及抗滑性能稍差。我国AC-5作为薄层罩面应用不多，从矿料、沥青的选择，到级配范围和体积参数都存在一些必须调整和解决的问题。
矿料的选择
矿料包括粗集料、细集料和填料。我国对粗、细集料的规格、质量要求及检测方法，矿粉的质量、检测方法等均有明确要求。
集料的选取
最大公称粒径为4.75mm的混合料，其矿料一般分为S14(3~5mm)和S16(0~3mm)两档。我国一般多用玄武岩、辉绿岩和石灰岩，应选取磨光值大、磨耗值和冲击值小的集料，细长及扁平颗粒含量少，粗集料破碎面较多，细集料棱角性好，从而保证集料骨架的稳定和路面表面构造(宏观和微观)品质。
集料对混合料的矿料间隙率有很大影响，直接影响混合料的高温和抗滑性能。而在我国有些施工企业仅采用0~5mm一档的石屑，0.mm通过率过大，矿料级配一般不能符合要求，也容易导致粉胶比偏高，需对此加以规范。
填料的选取
填料首选应达到干燥、洁净的要求。近年来用于沥青混合料的填料主要有矿粉、水泥和粉煤灰。水泥为普通硅酸盐水泥即可。矿粉必须采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得到。
调研国内文献，得知水泥作为填料可提高混合料的高温稳定性和水稳定性，而使低温性能有小幅度下降，但是还没有水泥对混合料性能影响程度大小的定量研究。
沥青
由于层厚较薄，薄层罩面承受的层间剪力大，要求其抗反射裂缝性能好，除满足规范的要求，沥青应尽可能采用改性沥青。
纽约第一大街的试验段采用聚合物改性沥青PG76-28和高性能高掺量的改性沥青(聚合物掺量达7.5%)，通过验证均表现良好的路用性能，无渗水、车辙、推移和反射裂缝现象。
在我国运用最多的则为SBS改性沥青，也有学者采用低标号沥青或改性沥青对薄层罩面进行研究，其中陕西长大博源公路养护科技有限公司的研究较为完善，提供了高黏薄层沥青混合料改性剂制备及应用方法，并申请了专利。专利中的示例表明该改性剂能提高混合料的高温稳定性和构造深度，同时其他指标均能满足要求。此外，我国仍有较多改性沥青运用方面的研究，如：采用Superfleｘ改性沥青，黏度高、抗疲劳性能好，抵抗下承层的反射裂缝效果良好；鉴于罩面温度下降快，为拓宽薄层罩面的可压实温度，掺入温拌剂；应用高弹改性沥青应力吸收层(SAWI)的水泥混凝土加铺薄沥青层技术，可较好地抵抗反射裂缝；采用硬质沥青，有效改善混合料高温性能、抗滑性能(保证构造深度的耐久性)，同时也能满足低温收缩性能。
总的来说我国对改性沥青用于薄层罩面有所研究，但是目前尚缺少高性能改性沥青的研究，以提高混合料的高温性能和减少反射裂缝。
配合比设计
配合比设计主要包括矿料配合比设计和沥青用量的确定两个阶段。
矿料配合比设计
我国对AC-5矿料级配范围有了明确规定，但并未规定其粗细集料的分界筛孔。粗集料应该定义为在混合料中起骨架支撑作用的集料，矿料的配合比设计首先应确定粗、细集料的分界筛孔。我国规定NMAS≥20mm矿质集料的关键筛孔采用4.75mm，NMAS≤16mm的采用2.36mm，而对于NMAS=4.75mm是否采用2.36mm作为关键筛孔未做规定。国内外采用了贝雷法、集料CBR和SMA-5形成石－石骨架结构等方法对其确定，目前以1.18mm作为分界筛孔，得到大多数学者的公认。在配合比设计中，要考虑薄层罩面施工易出现离析的特点，矿料级配尽量呈平坦的S型曲线，粗细集料比例可用贝雷法初步检验。汇总了中国、美国ASTM和澳大利亚NMAS=4.75mm的沥青混合料矿料级配范围。
可以看出，我国AC-5矿料级配与澳大利亚、Sup-5的矿料级配较接近，其中2.36mm筛孔通过率与澳大利亚相等，略高于Sup-5；1.18mm筛孔通过率处于澳大利亚和SUP-5之间；4类级配的0.mm通过率相差不大，均值都在8%左右。总体而言，ASTM级配与其他3者相差较大，级配最细，Sup级配最粗。
早在年我国就有学者根据法国的设计，采用多碎石断级配密实型沥青混合料，试验路竣工时、一年后的平均构造深度分别为0.53mm、0.55mm，变化不大，构造深度耐久性好。受此启发，可以考虑将我国的薄层罩面AC-5级配设计为断级配密实型沥青混合料。
最佳油石比的确定
油石比直接影响沥青的填隙率和混合料中沥青膜的厚度，进而影响沥青混合料的空隙率、耐久性、抗车辙性能和抗滑性能等。由于AC-5的粒径较小，比表面积较大，达到同样的空隙率，普通AC类混合料油石比大概在4.0%~5.0%之间，而AC-5可达到6%以上。对于沥青膜厚，大粒径(NMAS≥10mm)的膜厚范围一般为6~10μｍ；而NMAS=4.75mm的混合料，比表面积大，其沥青膜厚仅为5μｍ时，也不会导致混合料干涉等不良性能。
对于NMAS=5mm的密实型沥青混合料，美国ASTM、德国、西班牙规定油石比范围分别为6%~12%、6.8%~8.0%、4.75%~5.5%。我国未明确规定油石比范围，规定采用马歇尔设计方法确定最佳油石比。对于沥青膜厚，我国推荐厚度为6~10μｍ，而NCAT的工作者对Sup-5的试验显示膜厚为5μｍ亦可，并且路用性能优良。
体积参数
体积参数包括沥青混合料的密度、设计空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度，对沥青混合料的性能有着重要意义。影响体积参数的因素主要为：集料特性、级配类型、0.mm筛孔通过率、沥青含量，且集料级配类型对体积参数的影响比沥青含量的影响大，在混合料设计时应首先选取合适的矿料级配，再确定沥青用量。可以看出，我国的沥青饱和度偏大，空隙率偏小。这两个指标，使得我国AC-5设计的油石比比Sup-5偏大。
设计空隙率(VV)
设计空隙率是从沥青路面稳定、耐久、防渗水、防车辙的要求提出的，在沥青混合料配合比设计中，最重要的指标莫过于空隙率。
大多数国家对空隙率取值都为一个范围，一般为3%~5%或3%~6%。在Sup-5标准的研究阶段，同样选取4%~6%的空隙率进行试验，结果表明4%~6%均满足路用要求。但是作为标准，NCAT的工作者认为应遵从标准一致的原则，故在规范中给予一个固定值4%，但建议进行足尺试验，研究采取固定值是否更适合。我国AC-5设计空隙率为2%~6%，重交通取上限，轻交通取下限，允许按配合比设计要求适当调整。我国规定的空隙率下限最小，导致设计的油石比整体偏高。AC-5路面稍偏大的空隙率不会影响路面的抗渗水性。根据公路沥青玛蹄脂碎石路面技术指南，沥青路面实际空隙率处于8%~15%时，沥青混合料容易产生水损害。而根据文献，NMAS=9.5mm的沥青混合料，即使在空隙率处于8%~10%也具有良好的抗渗性，NMAS=4.75mm的沥青混合料则可以在更高的空隙率保持良好的抗渗性。假设当设计空隙率为6%、压实度为96%时，路面实际空隙率为9.76%，AC-5仍能保持良好的抗渗性。
矿料间隙率(VMA)
沥青混合料配合比设计的基本思想是设计一个由全部矿料组成的无沥青填充的骨架，使其具有一定的间隙率，保证混合料有矿料间隙供沥青填充，以形成合适的沥青膜厚。取决于集料的特性和级配组成。
纽约和AASHTOM仅规定VMA的最小值为16%。我国VMA标准值主要是在美国沥青协会MS-2标准的基础上对VMA进行了调整，采用最大公称粒径和设计空隙率两个指标来规定，规定AC-5矿料间隙率下限取15%~19%，对应的空隙率为2%~6%，当设计空隙率不是整数时用内插值确定。仅规定VMA的下限，对上限未做规定，可能导致运用粗级配集料时VMA过大，进而引起沥青含量过多，且粗型级配比表面积小，会导致自由沥青含量增多，进而引起混合料的高温稳定性不足。
NCAT对Sup-5采用交通量来确定VMA，当累计标准轴载作用次数(ESALS)3×次(标准轴载为80kN，下同)时规定VMA≥16%，当ESALS≥3×次时，规定16%≤VMA≤18%，以避免沥青含量过多导致高温稳定性不足。按照Westrack成果的推荐，混合料的最大VMA与最小VMA的差不要超过2%，因此限定VMA的最大值是适宜的。
沥青饱和度(VFA)
虽然VFA、VMA和VV是相互关联的，只有其中两个值就可以计算出另一个，但设置VFA的目的为限制VMA的高限，进而限制沥青含量的上限，以保证沥青膜的合理厚度。
我国对VFA采用最大公称粒径控制，不区分交通量等级，对AC-5的VFA规定为70%~85%。根据VMA=VV+Vb(Vb为有效沥青体积)，算得AC-5沥青用量的范围为10.5%~16.15%。该范围为有效沥青的含量范围，实际沥青含量会稍大于该范围。显然该范围太大，VFA的设定也就失去了意义。
纽约规定VFA的范围为70%~78%，比我国范围小；而AASHTO对VFA的规定则考虑交通量的影响，范围也比我国稍小；美国乔治亚州规定VFA的范围最大。NCAT规定Sup-5的VFA范围为75%~78%，与我国相比无论在数值或区间范围上均较小，也采用交通量控制，当ESALS3×次时，VFA取75%~80%；当ESALS≥3×次时，VFA取75%~78%，重交通相对于轻交通VFA稍减小。鉴于重交通主要考虑车辙，宜减小沥青用量，避免车辙过早形成，轻交通产生车辙的潜力较小，主要考虑耐久性，宜增加沥青用量，延缓路面的老化、疲劳开裂等病害，则有必要考虑交通量对VFA的影响。
结合以上分析可知，我国未明确规定沥青用量的范围。对于AC-5的体积参数，仅设置VMA下限，且VFA范围较大，可能导致运用粗型级配混合料时VMA过大，进而引起沥青含量过多，且粗型级配比表面积小，导致自由沥青含量增多，会引起混合料的高温稳定性不足。
结语
通过调研国内外AC-5的应用技术，总结了我国新建和维修应用薄层罩面AC-5沥青混合料的成果及尚需解决的技术问题。
(1)薄层罩面用于新建路面主要用于轻交通道路；用于中等交通和重交通的道路中，主要起到恢复路表性能及养护等功能型罩面的作用，也适用于水泥混凝土及沥青混凝土道路的预防性养护。与其他类薄层沥青混合料相比，AC-5经济性突出，性价比高，国内对其施工相应较成熟。同AC-13和AC-10相比，AC-5更经济，密水性好，噪声小，施工快捷，容易达到规定的压实度。
(2)在我国，AC-5沥青混合料一般被用于采用拌和法的防水黏结层、半刚性基层沥青路面的应力吸收层以及人行道等，而作为旧路维修及新建道路的路用材料，尚缺乏大规模的应用实践。
(3)我国AC-5矿料级配与澳大利亚、Sup-5的矿料级配较接近，其中2.36mm筛孔通过率与澳大利亚相等，略高于Sup-5；1.18mm筛孔通过率处于澳大利亚和Sup-5之间；0.mm通过率在4类级配中相差不大，均值都在8%左右。总体而言，ASTM级配与其他3者相差较大，级配最细，Sup级配最粗。从提高薄罩面AC-5抗滑性能考虑，可以把我国的AC-5设计成断级配密实型沥青混合料。
(4)相比美国等州AC-5混合料，我国规范规定的AC-5的沥青饱和度偏大，空隙率偏小。这两个指标，使得我国AC-5设计的油石比比其他国家的AC-5油石比偏大。我国AC-5体积参数需要调整。
(5)我国未明确规定沥青用量的范围。对于AC-5的体积参数，仅设置VMA下限，且VFA范围较大，可能导致运用粗型级配混合料时ＶＭＡ过大，进而引起沥青含量过多，且粗型级配比表面积小，导致自由沥青含量增多，会引起混合料的高温稳定性不足。
李闯民赞赏
