沥青结合料性能与沥青混合料的高温、低温和水稳定性有密切的联系，是影响沥青路面路用性能的关键因素之一^[1]。福建省地处南方湿热地区，气候炎热，高温持续时间长，山地丘陵比例大，长大纵坡路段多。目前福建省高速公路沥青路面基本采用SBS改性沥青和70^#基质沥青，选择单一，一些路段由于没有合理选择沥青结合料而出现了高温车辙问题。因此很有必要结合福建省气候、交通特点对福建省高速公路沥青结合料的适应性进行分析，综合选择结合料类型和性能等级，特别是对于长大纵坡等特殊路段适当提高沥青结合料性能。当前，我国沥青路面施工技术规范是按照30 a高温、低温的气候分区来确定沥青结合料^[2]，此标准范围较宽，对基质沥青有指导意义，对SBS等改性沥青指导性不强。美国SHRP很早提出了沥青结合料PG性能标准，其根据交通量(20 a累计标准轴次)、车速(>70 km/h、20~70 km/h以及<20 km/h)和高温条件的结合料性能标准PG^[3-4]。当前SHRP模型在我国一些工程上得到应用^[5-7]。由于SHRP温度模型是理论推导的模型，与工程实际有偏差，因此美国已经很早停止，进而开发了LTTPbind2.1和LTTPbind 3.1新的模型。但是目前我国仍然简单采用SHRP模型^[8-12]，这可能会得出不正确的结果。为此，本研究收集了福建省8个地区的气候和交通荷载数据，采用SHRP、LTTPbind2.1和LTTPbind 3.1 3种沥青路面温度模型分别计算福建省沥青路面典型结构层间温度变化，对福建省高、低温以及交通荷载条件进行细化分析、分级，对不同模型计算结果进行比较和分析，最终提出福建省沥青结合料的选择原则和建议，供高速公路管理、设计部门参考使用。

为了分析福建省宏观温度情况，收集了长汀、福鼎、福州、南平、浦城、邵武、厦门、永安等8地区1973—2013年的日最高、最低气温历史数据。统计分析福建省各地区历年年平均7 d最高气温、日最高温度大于10 ℃年积温和年极端最低气温平均值，见表 1~表 3。

由于气温与路面温度并不一致，路面实际温度状况是影响沥青路面的真正因素，沥青路面的温度随着时间和层位不同，是不断变化的，因此一般需要采用温度场来描述沥青路面的温度分布情况。温度场可以通过现场实测，也可以通过数值方法来模拟。实测路面温度场数据可以真实地反映路面温度的变化，但是实际应用还是有很多局限性，如现场实测数据往往难以达到持续5 a及以上，时间跨度短；另外实测数据花费的人力物力较大，同时难以全面反映一个地区的宏观情况。为此往往利用气温，采用理论数值分析或统计方法来计算得到路面结构温度数据。SHRP模型是美国早期研究成果，之后基于LTTP数据开发了LTTPBind2.1模型。目前最新模型是2005年开发的LTTPBind3.1。这些模型均考虑一定可靠度，根据气温计算得到路面温度^[13-15]。

(1) SHRP模型：

沥青路面高温：

(1)

沥青路面低温：

(2)

式中，D为路面深度; T_d1为路面深度d₁处沥青混合料温度; T_a1为高温时，为多年连续7 d最高气温平均值; T_a2为低温时，为多年的年极端最低气温平均值; L_at为纬度；Z为标准正态分布的可靠系(98%可靠度时取2.055)；S_a1为高温时多年连续7 d最高气温的标准方差；S_a2为低温时为多年的年极端最低气温标准方差。

LTTP Bind 2.1模型

沥青路面高温：

(3)

(4)

式中，符号同式(1)、(2)。

LTTP bind 3.1模型

沥青路面高温：

(5)

沥青路面低温：

(6)

式中，T₁₀为日温度大于10 ℃年积温(4-9月份)的多年平均值；RD为路面车辙深度控制标准；其他符号同式(1)、(2)。

根据SHRP，LTTP和LTTPbind 3.1，需要将气温数据按照公式计算各层位的路面温度。计算原则是高温计算各层位上部20 mm处温度值；低温时计算各层位顶部温度值。按照福建省沥青层厚26 cm典型结构，温度计算用路面深度见表 4。

根据SHRP研究成果，沥青结合料性能等级PG的确定，需要综合考虑沥青路面温度、交通荷载和是否纵坡路段等因素，其中纵坡路段往往是按照行车车速来加以考虑^[16]。因此，在沥青结合料最终性能等级确定时，需要基于交通荷载、车速和高温下沥青结合料性能等效性，考虑交通荷载和车速的叠加，即在沥青路面路面温度基础上，增加交通荷载的等效温度和车速的等效温度，将此3个温度叠加即为确定沥青结合料的最终性能等级温度。对于高温等级，按照式(7)计算PG高温等级：

(7)

式中，T_d为根据模型计算的路面温度；PG_s为交通荷载、车速等效温度，等效温度按表 5或表 6确定。

由于低温反映沥青路面的开裂，而路面开裂主要受气温影响较大，一般不考虑交通荷载、车速因素影响，因此不进行修正。

3种模型下沥青路面高温和低温值计算值见表 7，沥青结合料性能等级确定结果见表 8~表 10。

从表 7可以看出，计算的沥青路面高温随层位越深温度越低，最大温度在表面层，最低在第2层上基层，3个模型的计算规律是相同的，这也与沥青路面现场温度差实测结果一致^[17]。3个模型计算沥青路面高温结果，SHRP最低，LTTP居中，LTTPBind 3.1最高；LTTP LTTPBind2.1与LTTPBind 3.1相差较为稳定，差值为3~6 ℃；而SHRP与LTTPBind 3.1计算结果差异较大，差值可达6~14 ℃；SHRP与LTTPbind 2.1计算结果差值一般在1~9 ℃。同时，对于计算的沥青路面低温值，随着层位越深，低温值越高；负温主要出现在表面层和中面层，上基层除了邵武和浦城两个地区外，其余为正温；不同模型计算结果差异不大，差值为1~2 ℃。

表 8~表 10为根据3种模型及交通荷载、车速等效计算得到福建省各地区中型交通荷载(累计标准轴次500万次-1 500万次)和重型交通荷载(累计标准轴次大于1 500万次)条件下沥青结合料性能等级结果。可以看出，不同模型确定的低温性能等级均相同，即PG-10。但是，高温性能等级差异较大，如LTTPBind 3.1模型确定的高温性能等级较SHRP模型确定的高温性能等级偏高1-2个等级；而LTTPBind 3.1模型确定的高温性能等级较LTTPBind 2.1模型确定的高温性能等级相当或偏高1个等级。

目前国内常见沥青结合料的PG等级见表 11。目前，福建省高速公路沥青路面中、上面层主要采用I-D SBS改性沥青，上基层采用70^#基质沥青，I-D SBS改性沥青相应的性能等级为PG76，而70^#基质沥青相应的性能等级为PG64。按照以往工程经验和高速公路沥青路面病害情况来看，对于中交通的一般路段，I-D SBS改性沥青中上面层和70^#基质沥青上基层是基本能够满足要求的，只是对于上基层70^#基质沥青略显高温性能不足。对于重交通或纵坡路段，目前这些路段局部出现了车辙问题，工程分析表明主要是中面层和上基层车辙占比较大，说明中面层和上基层沥青结合料高温性能存在不足。

按照表 8和表 11，根据SHRP计算模型确定的沥青结合料性能等级，一般路段可以选择70^#沥青、基层可以选择90^#沥青，由此可见SHRP模型得到计算结果中沥青结合料高温性能等级明显偏低，与工程实际偏差较大，可见其应用具有一定的工程风险。

按照表 9和表 11，LTTPBind 2.1计算模型确定的沥青结合料性能等级，一般路段中面层高温性能等级PG70可能偏低，因此LTTPBind 2.1计算模型与实际工程存在偏差。

按照表 10和表 11，LTTPBind 3.1计算模型确定的沥青结合料性能等级较为合理，与工程实际较为吻合。

结合福建省的工程实践，参考表 9、表 10计算结果，对于福建省沥青结合料选择建议如下：

(1) 目前福建省上基层采用70^#沥青，其高温性能普遍偏低，应将现有70^#沥青调整为50^#或30^#沥青。

(2) 中交通的一般路段：表面层、中面层采用I-D SBS改性沥青基本合理。

(3) 重交通的一般路段：表面层、中面层采用I-D SBS改性沥青基本合理；福州、南平、永安气候炎热，表面层建议适当提高I-D SBS沥青的掺量，或采用复合改性。

(4) 中交通的长大纵坡路段：表面层、中面层采用I-D SBS改性沥青基本合理；福州、南平、永安气候炎热，表面层建议适当提高I-D SBS高温性能，或采用复合改性。

(5) 重交通的长大纵坡路段：表面层宜采用复合改性，或高剂量SBS改性沥青；中面层采用I-D SBS改性沥青基本合理。

(1) 3个模型计算的低温性能等级基本一致，而高温性能等级差异较大，其中SHRP模型确定的沥青结合料等级明显偏低，LTTPBind 3.1模型计算结果与福建省工程实际较为吻合，建议结合LTTPBind3.1和已有工程经验综合确定沥青结合料性能等级。

(2) 目前福建省高速公路沥青路面沥青结合料的选择过于单一，应按照福建省各地区气候条件，针对中、重交通的一般路段和长大纵坡路段条件分别确定沥青结合料高低温性能等级，从而选择合理的沥青结合料类型。