高模量瀝青混合料設計指標體系

孔令旗

(同濟大學，上海 200092)

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，道路交通量迅速增長，高速公路超載超限現(xiàn)象屢見不鮮，同時全球變暖現(xiàn)象也越來越明顯，夏季高溫已經(jīng)是我國大部分地區(qū)的普遍現(xiàn)象了，在高溫與荷載作用下，瀝青路面早期車轍病害成為道路最主要的問題，在高速公路路面維修罩面的原因中，車轍的比率高達80%以上，大大影響了行車的舒適性與安全性。如何解決瀝青路面車轍問題是我們面臨的迫切問題。為了解決路面車轍問題，除采用較好的礦料級配外，在瀝青方面主要采用了以下兩個方法:一是降低瀝青用量以增加礦料的內(nèi)摩擦角，二是使用高模量的瀝青增加瀝青的粘度以達到提高瀝青混合料的抗變形能力。殼牌公司研究表明，評價瀝青混合料抗車轍的能力，必須分析材料在低模量，也就是在高溫和載荷作用時間較長情況下的力學反應，而在永久變形預測中采用的是混合料的模量概念。國外大量的研究和實踐表明，高模量瀝青混合料有著優(yōu)良的高溫性能，可以提高路面的抗車轍能力，延長路面的使用壽命并減薄路面厚度。

國外尤其是歐洲國家大面積應用高模量瀝青混合料，高模量瀝青混合料在英國、法國、南非應用較為成熟和廣泛，也較好地解決了瀝青路面永久變形。最早的高模量瀝青混合料是在20世紀70年代中期用煤瀝青和聚氯乙烯制成的。正式的高模量瀝青混合料出現(xiàn)于1980年，從那時開始，這種瀝青混合料得到了相當程度的發(fā)展，目前通常有三種方法可以得到高模量瀝青混合料:1)使用硬質(zhì)瀝青;2)使用天然瀝青;3)使用改性劑或添加劑。法國開發(fā)的高模量瀝青混合料稱為“EME”和“BBME”，這種混合料具有良好的抗疲勞、抗車轍、抗溫縮裂縫和抗老化等路用性能。1992年法國出版了該種瀝青混合料的設計規(guī)范(NF P 98-140和NF P 98-141)，提出了混合料設計方法。我國的荷載與環(huán)境與法國有較大差異，不能照搬照抄，高模量瀝青混合料性能評價體系主要以試驗研究為基礎，結(jié)合國內(nèi)研究成果，并借鑒JTG E20-2011公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程及JTG 050-2006公路瀝青路面設計規(guī)范的研究成果，從更好反映高模量瀝青混合料角度出發(fā)，提出適合我國高模量瀝青混合料的評價體系。

1 法國高模量瀝青混合料設計指標體系

法國高模量瀝青混合料包括兩種:一種是采用硬質(zhì)瀝青設計高模量瀝青混合料，另一種是在普通瀝青中添加天然的湖瀝青、巖瀝青、聚乙烯等改性劑提高混合料的模量性能。

當采用硬質(zhì)瀝青作為高模量瀝青混合料的膠結(jié)料時，其標準為25℃時針入度指標小于25 mm;所謂的硬質(zhì)瀝青又分為三檔:15/25，10/20和5/10。當采用硬質(zhì)瀝青進行混合料設計時，其設計理念是:采用硬質(zhì)瀝青、高瀝青含量(油石比大約為6%)。瀝青的硬度導致混合料具有很高的模量，減小傳給路基的應力，高瀝青含量易壓實且抗疲勞。這種混合料不太適合目前我國瀝青路面使用的國情。設計指標見表1，表2。

表1 EME下層高模量瀝青混合料性能技術(shù)指標

表2 BBME高模量連接和磨耗層性能指標要求

從表1和表2可以得出，高模量瀝青混合料的指標不僅僅是單一的模量指標，而且包含高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性和抗疲勞性能;必須從整體上把握高模量瀝青混合料性能。

2 高模量瀝青混合料設計體系

法國的高模量瀝青混合料采用在線彈性狀態(tài)下15℃的動態(tài)拉壓模量作為高模量混合料的設計標準，即混合料的模量大于14 000 MPa。法國高模量瀝青混合料的指標體系綜合考慮水損害、車轍、疲勞和模量性能的一個體系，不是單一的提高模量指標，這種思路值得借鑒。

2.1 高模量瀝青混合料路用性能評價指標

高模量瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性采用車轍試驗與單軸貫入試驗來評價，試驗溫度為60℃，其中車轍試驗的動穩(wěn)定度要求大于6 000次/mm(60℃，0.7 MPa)，單軸貫入試驗的抗剪強度要求為0.8 MPa～1.2 MPa(60℃)。

高模量瀝青混合料的低溫抗裂性采用低溫彎拉試驗來評價，試驗溫度為－10℃，加載速度為50 mm/min，測定高模量瀝青混合料的破壞強度、破壞應變及勁度模量，綜合評價瀝青混合料的低溫抗裂性能。依據(jù)高模量瀝青混合料的特點提出，高模量瀝青混合料的低溫抗裂性能要滿足普通瀝青混合料的技術(shù)指標。

高模量瀝青混合料的水穩(wěn)定性采用凍融劈裂強度試驗來評價，其技術(shù)指標和要求滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求。

推薦的高模量瀝青混合料路用性能評價體系如表3所示。

表3 高模量瀝青混合料路用性能評價指標

2.2 高模量瀝青混合料設計指標

研究高模量瀝青混合料的目的是為了提高中面層材料的抗車轍性能。車轍發(fā)生在高溫季節(jié)，為了提高路面的抗車轍能力，希望瀝青混合料高溫時的模量高。結(jié)合法國高模量混合料的定義，為和國外已有研究接軌，而且動態(tài)模量的加載方式等都與法國動態(tài)復數(shù)模量的相似，可以借鑒法國研究成果與國內(nèi)研究結(jié)果制定高模量混合料設計指標的技術(shù)要求，如表4所示。

表4 高模量瀝青混合料設計指標 MPa

3 高模量瀝青混合料路面適用條件分析

高模量瀝青混合料在國外道路上的應用十分靈活，由于其特殊的力學性能使得它既可以作為面層材料與水硬性穩(wěn)定材料組合，也可以作為基層材料與瀝青碎石、級配碎石等材料組合，形成了高模量瀝青混合料路面結(jié)構(gòu)形式多樣化的局面。高模量瀝青混合料在我國的應用還處于初級階段，在使用過程中應盡量與我國現(xiàn)有道路結(jié)構(gòu)形式相結(jié)合，既發(fā)揮高模量瀝青混合料的優(yōu)越性，又要盡量避免因為高模量瀝青混合料的使用對原有路面結(jié)構(gòu)造成不利影響。因此，在高模量瀝青混合料路用性能研究的基礎上，結(jié)合我國目前瀝青路面存在的一些問題，在我國傳統(tǒng)的路面結(jié)構(gòu)類型的基礎上，初步提出高模量瀝青混合料的適用條件。

1)適用于交通量大、重載交通條件下的路段;2)適用于面層厚度受限的路段;3)山區(qū)長大縱坡路段上的應用;4)在長壽命瀝青路面中的使用;5)應盡量在氣候溫暖地區(qū)和瀝青路面的中下面層中使用。

4 結(jié)語

通過對比分析，在借鑒法國高模量瀝青混合料基礎上，結(jié)合我國實際情況，建立了高模量瀝青混合料設計體系，提出了高模量瀝青混合料適用條件。

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