基于性能评估的高模量沥青抗车辙试验段研究

冯英涛

摘要：为研究高模量沥青混合料的抗车辙性能，文章采用石油沥青与添加剂以不同掺配比例制备高模量沥青混合料，通过法国标准车辙试验、模量试验、疲劳试验和抗水损害试验分析高模量沥青的使用性能，并以试验段验证高模量沥青混合料的路用性能。研究結果表明：道路石油沥青和添加剂掺配比例为7∶3时，各项指标均满足技术要求;高模量沥青混合料具有优异的高温性能、疲劳性能和抗水损害性能;试验段检测各项指标均满足技术要求，通车后无明显车辙。

关键词：高模量沥青;法国标准;旋转压实;抗车辙;高温性能;疲劳性能

0 引言

国省干线由于车流量大，重载比例较高，同时交叉口路段车辆频繁停车和启动，容易造成路面车辙类病害和水损害病害，影响路面行车安全和耐久性。传统的路面车辙病害处治方案多采用ECA填补或加铺罩面。研究表明，路面车辙病害发生层位多集中于中面层，因此，要求中面层材料具有较高的模量和优异的抗车辙性能。高模量沥青混合料一般为石油沥青加高模量添加剂，具有低空隙率和优良的高温稳定性和抗车辙性能，多用于重载交通和交叉口路段，以解决路面强度不足和车辙病害。

为研究高模量沥青混合料抗车辙性能，本文通过石油沥青与添加剂不同掺配比例制备高模量沥青混合料，并通过法国标准旋转压实成型试验验证空隙率，通过法国标准车辙试验、模量试验、疲劳试验和抗水损害试验分析高模量沥青使用性能，最后通过试验段验证高模量沥青混合料路用性能。

1 原材料试验

试验所用高模量沥青采用70#道路石油沥青与添加剂现场配制而成。为获得最佳掺配比例，根据工程经验[1]，分别采用不同掺配比例进行沥青关键指标试验，试验结果如下页表1所示。

由表1试验结果可知：当掺配比例为8∶2时，60 ℃动力黏度不满足技术要求;当掺配比例为6∶4时，针入度指标不满足要求;当掺配比例为7∶3时，各项指标较好，均满足技术要求。根据以往工程经验，选择石油沥青∶添加剂（7∶3）作为本次高模量沥青掺配比例。

选择本次试验所需各种矿料，分别进行矿料密度试验、沥青密度试验和沥青布洛克菲尔德黏度试验。试验结果如表2所示。同时根据技术要求，本次高模量沥青混合料拌和温度为170.4 ℃～175.0 ℃，压实温度为160.9 ℃～165.1 ℃。

2 旋转压实试验

混合料试件成型参照法国沥青混合料[2]旋转压实技术要求，采用旋转压实成型。试件采用法国标准进行100次标准旋转压实试验进行验证。试验结果如表3所示。

其中法国标准空隙率计算公式如式（1）所示：

VV法国=（1-hmin/hi）×100（1）

式中：VV法国——按法国标准计算出的空隙率（%）;

hmin——压实试件的最小高度（mm），对应的空隙率为0;

hi——旋转i次后试件的高度（mm）。

根据旋转压实成型试验结果，国标空隙率为1.4%，法国标准空隙率为2.8%。

3 性能试验分析

3.1 高温性能试验

混合料试件高温性能试验采用法国标准车辙试验[3]进行检测。其中试件长宽高尺寸为500 mm×180 mm×100 mm。试件加热到60 ℃，分别进行指定循环荷载（100～30 000次）后，停止加载，测试试件车辙深度。试验结果如表4所示。

由表4试验结果可知，高模量沥青混合料车辙试件经过3万次加载后，车辙率为4.73%，小于技术要求的7.5%，说明高模量沥青混合料高温性能较好。

3.2 模量性能试验

混合料模量性能试验采用法国规范 NF P 98 260-2两点梯形梁模量试验方法[4]进行检测。一组试验采用4个试件，试件空隙率为3%～6%。试验温度为15 ℃。试验结果如表5所示。

由表5模量性能试验结果可知，高模量沥青混合料试件复数模量为19 621 MPa，满足技术要求，且各组试件模量均满足技术要求，说明混合料具有较高的模量。

3.3 疲劳性能试验

疲劳性能试验采用法国规范NF P 98-261-1两点梯形梁疲劳试验方法进行测试[5]。试验温度为10 ℃，微应变为130 με。试件底部固定，在顶部施加荷载，试件产生变形。试验结果特征值为对应106作用次数时的应变振幅值（εσ）。试验结果如表6所示。

由表6疲劳性能试验结果可知，高模量沥青混合料试件循环作用次数为1.65×106次，大于技术要求的106次，具有优异的抗疲劳性能。

3.4 抗水损害性能试验

高模量沥青抗水损害性能分别采用法国多列士试验和国标冻融劈裂试验进行评价。

3.4.1 多列士试验

多列士抗水损害性能试验采用AASHTO T283试验进行测试[6]。试件分成2批，一批浸水后4个，一批浸水前4个。试验结果如表7所示。

由表7法国抗水损害试验结果可知，劈裂强度比为88.1%，大于规范要求，具有良好的抗水损害性能。

3.4.2 冻融劈裂试验

水稳定性能试验采用国标冻融劈裂试验进行检测。试验时双面击实各50次[7]，试验结果如表8所示。

由表8冻融劈裂试验结果可知，劈裂强度比为86.2%，大于规范要求，具有良好的抗水损害性能。

4 试验段性能观测

某国道车流量大，重载比例较高，尤其是交叉口路段，路面车辙病害严重，影响行车安全。针对车辙病害发生层位最严重的中面层[8]，选择8 cm高模量沥青EME-14混合料，上面层选择改性沥青4 cm AC-13混合料。针对试验段混合料和路用性能进行跟踪观测。

4.1 混合料試验结果

施工现场对拌和楼高模量沥青EME-14混合料进行了取样检测[9]，试验结果如表9～11所示。

由表9～11试验结果可知，高模量沥青EME-14混合料各项体积指标均满足技术要求。

对沥青混合料进行抽提试验，试验结果如表12所示。

从表12抽提结果看，混合料油石比满足控制范围要求，沥青混合料级配满足规定的范围要求。根据抽样试验结果，沥青混合料各项试验结果均满足技术要求，高模量EME-14能够满足试验段施工技术要求，可以用于试验段进行摊铺。

4.2 现场检测试验结果

试验段现场施工过程中，对试验段进行了观测。施工完成后对高模量沥青混合料试验段进行现场试验，试验结果如表13所示。

由表13试验结果可知，试验段平均厚度为8.1 cm，满足技术要求。试验段理论压实度和旋转成型压实度均满足技术要求。渗水试验结果均满足技术要求。试验段各项指标良好，均满足要求。经跟踪观测，试验段通车后无明显车辙，路面使用性能良好。

5 结语

（1）石油沥青和添加剂掺配比例为7∶3时，各项指标较好，均满足技术要求。

（2）根据性能试验结果，高模量沥青混合料具有较高的复数模量为19 621 MPa。试件经过3万次加载后，车辙率为4.73%，具有优异的高温性能。试件循环作用次数为1.65×106次，具有良好的抗疲劳性能。法国抗水损害试验和冻融劈裂试验均满足技术要求。

（3）试验段检测表明，高模量沥青混合料马歇尔和抽提试验结果均满足技术要求。试验段压实度和渗水试验均满足技术要求。经跟踪观测，试验段通车后无明显车辙，路面使用性能良好。

参考文献：

[1]李本春，陈 松，吴 旻.耐久性高模量混合料EME-14在干线公路车辙防治中的应用[J].上海公路，2019（2）：16-20，3.

[2]沈金安，李福普，陈 景.高速公路沥青路面早期损坏分析与防治对策[M].北京：人民交通出版社，2004.

[3]沈金安.沥青及沥青混合料路用性能[M].北京：人民交通出版社，2001.

[4]黄晓明，吴少鹏，赵永利.沥青与沥青混合料[M].南京：东南大学出版社，2002.

[5]Austroads Ltd. Carbon and asphalt： a review of environmental factors including emission calculators[R].Australia，2012.

[6]The Transport Authorities Greenhouse Group. Greenhouse gas assessment workbook for road projects[R].Australia，2011.

[7]AASHTO T283-07，Resistance of Compactds Hot Mix Asphalt（HMA） to Moisture-Indeced Damage[S].

[8]NAPA's QIP-126. Energy Conservation in Hot-Mix Asphalt Production[R]. National Asphalt Pavement Association，Maryland，2007.

[9]NAPA's IS-52. Fundamentals of the Operation and Maintenance of the Exhaust Gas System in a Hot Mix Asphalt Facility[R]. National Asphalt Pavement Association，Maryland，1987.