高模量沥青混合料设计指标体系

孔令旗

(同济大学，上海 200092)

随着我国经济的发展，道路交通量迅速增长，高速公路超载超限现象屡见不鲜，同时全球变暖现象也越来越明显，夏季高温已经是我国大部分地区的普遍现象了，在高温与荷载作用下，沥青路面早期车辙病害成为道路最主要的问题，在高速公路路面维修罩面的原因中，车辙的比率高达80%以上，大大影响了行车的舒适性与安全性。如何解决沥青路面车辙问题是我们面临的迫切问题。为了解决路面车辙问题，除采用较好的矿料级配外，在沥青方面主要采用了以下两个方法:一是降低沥青用量以增加矿料的内摩擦角，二是使用高模量的沥青增加沥青的粘度以达到提高沥青混合料的抗变形能力。壳牌公司研究表明，评价沥青混合料抗车辙的能力，必须分析材料在低模量，也就是在高温和载荷作用时间较长情况下的力学反应，而在永久变形预测中采用的是混合料的模量概念。国外大量的研究和实践表明，高模量沥青混合料有着优良的高温性能，可以提高路面的抗车辙能力，延长路面的使用寿命并减薄路面厚度。

国外尤其是欧洲国家大面积应用高模量沥青混合料，高模量沥青混合料在英国、法国、南非应用较为成熟和广泛，也较好地解决了沥青路面永久变形。最早的高模量沥青混合料是在20世纪70年代中期用煤沥青和聚氯乙烯制成的。正式的高模量沥青混合料出现于1980年，从那时开始，这种沥青混合料得到了相当程度的发展，目前通常有三种方法可以得到高模量沥青混合料:1)使用硬质沥青;2)使用天然沥青;3)使用改性剂或添加剂。法国开发的高模量沥青混合料称为“EME”和“BBME”，这种混合料具有良好的抗疲劳、抗车辙、抗温缩裂缝和抗老化等路用性能。1992年法国出版了该种沥青混合料的设计规范(NF P 98-140和NF P 98-141)，提出了混合料设计方法。我国的荷载与环境与法国有较大差异，不能照搬照抄，高模量沥青混合料性能评价体系主要以试验研究为基础，结合国内研究成果，并借鉴JTG E20-2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程及JTG 050-2006公路沥青路面设计规范的研究成果，从更好反映高模量沥青混合料角度出发，提出适合我国高模量沥青混合料的评价体系。

1 法国高模量沥青混合料设计指标体系

法国高模量沥青混合料包括两种:一种是采用硬质沥青设计高模量沥青混合料，另一种是在普通沥青中添加天然的湖沥青、岩沥青、聚乙烯等改性剂提高混合料的模量性能。

当采用硬质沥青作为高模量沥青混合料的胶结料时，其标准为25℃时针入度指标小于25 mm;所谓的硬质沥青又分为三档:15/25，10/20和5/10。当采用硬质沥青进行混合料设计时，其设计理念是:采用硬质沥青、高沥青含量(油石比大约为6%)。沥青的硬度导致混合料具有很高的模量，减小传给路基的应力，高沥青含量易压实且抗疲劳。这种混合料不太适合目前我国沥青路面使用的国情。设计指标见表1，表2。

表1 EME下层高模量沥青混合料性能技术指标

表2 BBME高模量连接和磨耗层性能指标要求

从表1和表2可以得出，高模量沥青混合料的指标不仅仅是单一的模量指标，而且包含高温稳定性、水稳定性和抗疲劳性能;必须从整体上把握高模量沥青混合料性能。

2 高模量沥青混合料设计体系

法国的高模量沥青混合料采用在线弹性状态下15℃的动态拉压模量作为高模量混合料的设计标准，即混合料的模量大于14 000 MPa。法国高模量沥青混合料的指标体系综合考虑水损害、车辙、疲劳和模量性能的一个体系，不是单一的提高模量指标，这种思路值得借鉴。

2.1 高模量沥青混合料路用性能评价指标

高模量沥青混合料的高温稳定性采用车辙试验与单轴贯入试验来评价，试验温度为60℃，其中车辙试验的动稳定度要求大于6 000次/mm(60℃，0.7 MPa)，单轴贯入试验的抗剪强度要求为0.8 MPa～1.2 MPa(60℃)。

高模量沥青混合料的低温抗裂性采用低温弯拉试验来评价，试验温度为－10℃，加载速度为50 mm/min，测定高模量沥青混合料的破坏强度、破坏应变及劲度模量，综合评价沥青混合料的低温抗裂性能。依据高模量沥青混合料的特点提出，高模量沥青混合料的低温抗裂性能要满足普通沥青混合料的技术指标。

高模量沥青混合料的水稳定性采用冻融劈裂强度试验来评价，其技术指标和要求满足现行规范的要求。

推荐的高模量沥青混合料路用性能评价体系如表3所示。

表3 高模量沥青混合料路用性能评价指标

2.2 高模量沥青混合料设计指标

研究高模量沥青混合料的目的是为了提高中面层材料的抗车辙性能。车辙发生在高温季节，为了提高路面的抗车辙能力，希望沥青混合料高温时的模量高。结合法国高模量混合料的定义，为和国外已有研究接轨，而且动态模量的加载方式等都与法国动态复数模量的相似，可以借鉴法国研究成果与国内研究结果制定高模量混合料设计指标的技术要求，如表4所示。

表4 高模量沥青混合料设计指标 MPa

3 高模量沥青混合料路面适用条件分析

高模量沥青混合料在国外道路上的应用十分灵活，由于其特殊的力学性能使得它既可以作为面层材料与水硬性稳定材料组合，也可以作为基层材料与沥青碎石、级配碎石等材料组合，形成了高模量沥青混合料路面结构形式多样化的局面。高模量沥青混合料在我国的应用还处于初级阶段，在使用过程中应尽量与我国现有道路结构形式相结合，既发挥高模量沥青混合料的优越性，又要尽量避免因为高模量沥青混合料的使用对原有路面结构造成不利影响。因此，在高模量沥青混合料路用性能研究的基础上，结合我国目前沥青路面存在的一些问题，在我国传统的路面结构类型的基础上，初步提出高模量沥青混合料的适用条件。

1)适用于交通量大、重载交通条件下的路段;2)适用于面层厚度受限的路段;3)山区长大纵坡路段上的应用;4)在长寿命沥青路面中的使用;5)应尽量在气候温暖地区和沥青路面的中下面层中使用。

4 结语

通过对比分析，在借鉴法国高模量沥青混合料基础上，结合我国实际情况，建立了高模量沥青混合料设计体系，提出了高模量沥青混合料适用条件。

[1] LudomirUzarowski，Golder Associates Ltd，Michel Paradis，Ministerc des Transports du Quebec，Quebec Paul Lum，Lafarge Canada Inc.Accelerated Performance Testing Of Canadian Asphalt Mixes Using Three Different Wheel Rut Testers[R].Quebec City，Quebec，2004:3-5.

[2] 何兆益.高模量沥青混凝土路面新结构及应用研究[D].重庆:重庆交通大学，2008.

[3] 郑健龙.重交通条件下高模量沥青混凝土路面材料设计与施工技术研究[D].长沙:长沙理工大学，2008.