抗车辙型高模量沥青路面技术研究

鞠林林

中国水利水电第七工程局有限公司  四川省成都市  610000

摘要：为提高夏季高温下沥青路面抗车辙能力，本文选择两种低标号硬质沥青和两种高模量剂改性沥青，在胶结料和混合料方面研究高模量技术在抗车辙能力的优势性。结论如下：70#+PR、70#+AF-1、30#、20#相比70#基质沥青针入度降低，软化点增大，延度降低，相关研究表明，高模量沥青的延度和混合料的低温抗裂性性能关联不大，还需要混合料试验验证，从软化点指标看，高模量沥青较基质沥青高温性能大幅度提升，提高沥青高温性能。高模量沥青的动稳定度远高于基质沥青，70#+AF-1混合料达到10620，70#+PR混合料也达到9200，有着优异的高温稳定性，提高路面夏季高温抗车辙能力，70#+PR、70#+AF-1、30#、20#沥青混合料的疲劳寿命为：113.5，123.5，102.3，112.5万次，均大于规范规定的100万次，同时大于基质沥青混合料96.23万次，提升了混合料疲劳性能，70#+PR、70#+AF-1、30#、20#沥青混合料的动态模量为：15245，16229，17580，20827Mpa均满足规范大于14000Mpa的指标，比基质沥青8950Mpa将近提升了一倍，力学性能大幅度提升。

关键词：道路工程；抗车辙；高模量沥青混合料；路用性能

0引言

随着全球变暖，我国夏季温度越来越高，南方夏季路面能达到60℃以上，如果遇到高温持续时间长，将使沥青路面在重交通条件下迅速变形破坏，产生车辙。当路面产生车辙后，路面的整体结构平整性遭到破坏，导致汽车行驶过程中的舒适性严重降低；同时伴随着车辙还有次生病害，例如坑槽、开裂、松散等等，这将导致沥青路面的破坏进一步加深。在美国由车辙病害导致的路面损害占比达到了40%，在日本更高达80%。我国高速公路的病害统计数据表明，在公路养护过程中，车辙病害治理大约占总养护工程的80%左右。针对日益严重的车辙问题，为了提高路面使用寿命以及行驶安全，国内外研究人员不断探索新的解决办法，法国所提出的高模量混合料得到了越来越多的关注。在1980年，法国率先使用高模量沥青混合料用于基层，使之能够承受道路上繁重的交通荷载，高模量沥青混凝土( high modulus asphalt con-crete，HMAC)动态模量高达14 GPa，表现出优秀的抗车辙、抗疲劳和耐久性，与采用基质沥青的常规沥青混合料相比，高模量沥青混合料的特征在于高刚度、高耐久性、优异的耐永久变形能力和较好的抵抗疲劳性能[1-3]。因此本文选择两种低标号硬质沥青和两种高模量剂改性沥青，在胶结料和混合料方面研究高模量技术的优势性。

1 实验部分

1.1 原材料

目前我国常用的制备高模量沥青的方式主要有两种，采用低标号硬质沥青和采用高模量改性剂沥青，本文选用的高模量剂改性用基质沥青为70#基质沥青。高模量剂选用法国PR高模量剂和国内山东AF-1高模量剂，低标号沥青采用20#和30#沥青。高模量剂指标见表1，集料采用成都本地石料。

表1高模量剂指标

项目	PR	AF-GM-1	技术要求
熔融指数(190℃.2.16kg)，g/10min	1.98	2.36	≥1.5
密度，g/m3	0.96	0.97
单颗粒质量，g	0.012	0.0152	≤0.03

1.2试验方案

低标号沥青可直接用于试验，高模量剂改性沥青需将高模量剂加入到70#基质沥青中，高模量剂掺量为沥青的5%，制备工艺：（1）将基质沥青加热到160℃；（2）加入高模量剂并用玻璃杯进行搅拌，使两者混合均匀；（3）采用高速剪切机对混合物在160℃条件下高速剪切60min，剪切速度为4000r/min，制备完成。

通过三大指标分析高模量沥青常规性能，重点通过高温、低温、疲劳及动态模量试验验证高模量沥青混合料的抗变形能力和路用性能。

2结果与讨论

2.1高模量沥青性能常规性能

70#+PR代表掺加5%的PR高模量剂到70#基质沥青中的高模量剂改性沥青，同样70#+AF-1代表掺加5%的AF-1高模量剂到70#基质沥青中的高模量剂改性沥青，本文设计共五种沥青，数据如图1.

（a）针入度                   （b）软化点                         （c）延度

图1高模量沥青性能常规性能

由图1可知，70#+PR、70#+AF-1、30#、20#相比70#基质沥青针入度降低26.1（0.1mm），29.8（0.1mm），40.4（0.1mm），46.1（0.1mm），软化点增大24.2%，31.7%，12.5%，25.2%，高模沥青的针入度和延度普遍低于基质沥青，低温性能有所降低，但相关研究表明，高模量沥青的延度和混合料的低温抗裂性性能关联不大，还需要混合料试验验证，高模量沥青较基质沥青高温性能大幅度提升，提高沥青高温性能。

2.2高模量沥青混合料性能研究

混合料级配采用HMAC-20，级配范围如表2，油石比为4.3%，同样是五种沥青混合料，高温稳定性、低温稳定性、疲劳力学性能的实验数据见图2，根据高模量沥青混合料规范，疲劳和动态模量重要指标，其中疲劳试验的条件是10℃，25Hz，控制应变水平为130×10-6，疲劳次数规范要求＞106，动态模量是15℃，10Hz，规定＞14000Mpa。

表2HMAC-20级配

筛孔尺寸(mm)	26.5	19	16	13.2	9.5	4.75	2.36	1.18	0.6	0.3	0.15	0.075
级配范围	100	90-100	78-92	62-80	50-72	26-56	16-44	13-33	8-24	5-17	4-13	3-7
目标级配	100	95	85	71	61	41	30	23	17.5	11.5	8.5	5

（a）高温稳定性          （b）低温稳定性

（c）疲劳寿命         （d）力学性能

图2高模量沥青混合料性能

由图2（a）（b）可知，高模量沥青的动稳定度远高于基质沥青，70#+AF-1混合料达到10620，达到1万以上，70#+PR混合料也达到9200，有着优异的高温稳定性，提高路面夏季高温抗车辙能力，低标号沥青高模量沥青混合料高温稳定性低于高模量剂改性沥青，但仍远大于基质沥青。低温性能差距不大，低标号沥青混合料低温性能略有降低。

由图2（c）（d）可知，70#+PR、70#+AF-1、30#、20#沥青混合料的疲劳寿命为：113.5，123.5，102.3，112.5万次，均大于规范规定的100万次，总体高模量剂改性沥青疲劳性能优于低标号沥青，动态模量是评价高模量沥青关键指标，70#+PR、70#+AF-1、30#、20#沥青混合料的动态模量为：15245，16229，17580，20827Mpa均满足规范大于14000Mpa的指标，比基质沥青8950Mpa将近提升了一倍，力学性能大幅度提升。两种高模量混合料技术方案中，低标号沥青方案较优。

3结论

本文选择两种低标号硬质沥青和两种高模量剂改性沥青，在胶结料和混合料方面研究高模量技术的优势性，主要结论如下：

（1）70#+PR、70#+AF-1、30#、20#相比70#基质沥青针入度降低，软化点增大，延度降低，相关研究表明，高模量沥青的延度和混合料的低温抗裂性性能关联不大，还需要混合料试验验证，从软化点指标看，高模量沥青较基质沥青高温性能大幅度提升，提高沥青高温性能。

（2）高模量沥青的动稳定度远高于基质沥青，70#+AF-1混合料达到10620，70#+PR混合料也达到9200，有着优异的高温稳定性，提高路面夏季高温抗车辙能力，70#+PR、70#+AF-1、30#、20#沥青混合料的疲劳寿命为：113.5，123.5，102.3，112.5万次，均大于规范规定的100万次，同时大于基质沥青混合料96.23万次，提升了混合料疲劳性能，70#+PR、70#+AF-1、30#、20#沥青混合料的动态模量为：15245，16229，17580，20827Mpa均满足规范大于14000Mpa的指标，比基质沥青8950Mpa将近提升了一倍，力学性能大幅度提升。

参考文献

[1]王瑞林,袁光权.高模量沥青的研发及其性能提升[J].材料科学与工程学报,2022,40(02):255-260+299.

[2]陆由付,李燕夺,陈谦.外掺剂高模量沥青混合料性能研究[J].内蒙古公路与运输,2022(01):11-14.DOI:10.19332/j.cnki.1005-0574.2022.01.003.

[3]张争奇,卢川,王素青,李乃强,李宏伟.高模量沥青性能及其界定标准研究[J].重庆交通大学学报(自然科学版),2021,40(09):109-116+144.