徐德根 王小虎 張生軍

（江蘇創(chuàng)為交通科技發(fā)展有限公司）

0 引言

瀝青路面是我國最常見的路面形式之一，能有效滿足路用性能的需要，但隨著車流量的增加，尤其是重載車輛的數(shù)量和載荷也不斷增大，隨之出現(xiàn)的瀝青路面車轍、推移、坑槽、低溫開裂等病害問題越來越突出[1]。其中車轍病害約占瀝青路面早期病害70%[2]，車轍直接影響行車的舒適性和安全性，降低了路面的使用性能[3]。2018 年，交通運(yùn)輸部發(fā)布了《公路水運(yùn)品質(zhì)工程評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（試行）》，提出將長壽命、耐久性作為路面建設(shè)考核評(píng)估的主要指標(biāo)，以有效解決因超載重載、渠化交通等引起的車轍等路面病害問題，并使路面長壽命耐久逐漸成為道路建設(shè)的重要目標(biāo)[4]。采用高模量瀝青混凝土提高路面的整體剛度，從而使瀝青路面的高溫抗車轍性能得到改善，成為被世界各國廣泛采用的解決路面車轍問題的方法。

高模量瀝青混合料EME（EnrobésàModule Elevé），起源于法國，并在法國大量工程中成功應(yīng)用。EME 混合料采用低標(biāo)號(hào)瀝青或摻加添加劑方法（聚烯烴高模量劑或天然瀝青），混合料級(jí)配為懸浮型密級(jí)配，同時(shí)瀝青用量高，一般為5.2%～6.2%。該混合料具有空隙率低、動(dòng)態(tài)模量高的特點(diǎn)，同時(shí)兼具良好的抗疲勞性能、抗高溫性能[5]。目前，國內(nèi)主要采用摻加高模量劑的方法來生產(chǎn)高模量瀝青混合料，而不同種類的高模量劑對(duì)瀝青混合料的性能影響較大。因此，本研究采用三種不同的高模量劑制備耐久性高模量EME-14 混合料，并對(duì)其路用性能進(jìn)行對(duì)比分析，明確不同種類的高模量劑對(duì)EME-14 混合料性能的影響規(guī)律，這對(duì)耐久性高模量瀝青混合料的推廣應(yīng)用具有重要意義。

1 原材料

1.1 瀝青

選用SK 70#基質(zhì)瀝青，其技術(shù)指標(biāo)滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）[6]中的相應(yīng)要求。

1.2 高模量劑

高模量劑為工程中實(shí)際應(yīng)用的3 種，高模量劑編號(hào)、名稱、廠家推薦摻量、材料組成見表1、圖1。

表1 高模量劑類型、名稱、摻量、材料組成

1.3 集料

粗、細(xì)集料、礦粉：來自南京路橋拌合場(chǎng)。粗集料規(guī)格分別為：(10～15mm、5～10mm、3～5mm)；細(xì)集料規(guī)格為0～3mm。上述各項(xiàng)原材的技術(shù)指標(biāo)均符合《公路瀝面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）[6]中的相應(yīng)要求。

2 EME- 14 瀝青混合料配合比

根據(jù)法國EME 配合比設(shè)計(jì)方法，采用法國標(biāo)準(zhǔn)篩和中國標(biāo)準(zhǔn)篩對(duì)比，利用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)設(shè)備，進(jìn)行EME-14 瀝青混合料配合比。旋轉(zhuǎn)壓實(shí)設(shè)備要求見表2，設(shè)計(jì)的EME-14 合成級(jí)配見表3、表4 以及圖2。設(shè)計(jì)的配合比結(jié)果見表5。從表5 可以看出：采用EME 高模量劑用油量最小，且空隙率最小，PR MOUDLE 高模量劑用油量最大，而空隙率也較大。

表5 設(shè)計(jì)的EME-14 配合比試驗(yàn)結(jié)果匯總

表2 旋轉(zhuǎn)壓實(shí)設(shè)備要求

表3 各種礦料的合成級(jí)配通過率明細(xì)（法國標(biāo)準(zhǔn)篩分）

表4 合成級(jí)配通過率明細(xì)表（中國標(biāo)準(zhǔn)篩分）

3 EME- 14 混合料性能研究

3.1 高溫抗車轍性能

按照J(rèn)TG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》[7]的要求成型車轍板，尺寸為300mm×300mm×50mm。采用全自動(dòng)車轍試驗(yàn)儀測(cè)試動(dòng)穩(wěn)定度。輪壓為0.7MPa，橡膠輪碾壓速度為（42±1）次/min，測(cè)試溫度為60℃、70℃、80℃，結(jié)果見表6。

從表6 可以看出，隨著溫度的升高，3 種高模量劑制備的混合料動(dòng)穩(wěn)定度都逐漸降低。從相同溫度下的動(dòng)穩(wěn)定數(shù)值看：在60℃時(shí)，三種高模量劑均具有優(yōu)異的抗車轍性能，其動(dòng)穩(wěn)定度均已超過10000 次/mm；但在80℃時(shí)，B-PR 和C-CW 制備的EME-14 混合料的動(dòng)穩(wěn)定度為分別為3685 次/mm、4345 次/mm，仍然大于3000次/mm，是A-EME-14 混合料的1.6 倍和1.8 倍。C-CW 高模量瀝青混合料高溫抗車轍性能最好。

表6 不同EME-14 混合料車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度

3.2 動(dòng)態(tài)模量

采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀成型不同高模量劑混合料D150mm×H180mm 圓柱體試件，并進(jìn)行取芯切除二頭，取芯樣 D100×H150mm 的圓柱體作為實(shí)驗(yàn)試件。采用UTM-30 型試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度為15℃，頻率為10Hz，測(cè)試結(jié)果見圖3。從圖3 可看出，三種高模量劑制備的EME-14 混合料的動(dòng)態(tài)模量均＞14000MPa，且相差不大，均能滿足法國高模量混凝土對(duì)動(dòng)態(tài)模量的技術(shù)要求。說明采用這三種高模量劑都可以制備高模量瀝青混合料。從動(dòng)態(tài)模量數(shù)值大小程度上看，C-CW＞A-EME＞B-PR。C-CW 瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量最大，剛性最好，抗車轍性能最優(yōu)。

3.3 低溫抗裂性能

按照J(rèn)TG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》[7]，采用低溫彎曲試驗(yàn)評(píng)價(jià)瀝青混合料的低溫抗裂性能。將輪碾成型的車轍板用切割機(jī)制成尺寸為250mm×30mm×35mm 的棱柱體，作為瀝青混合料小梁試件。試驗(yàn)溫度為-10℃，加載速率為50mm/min。采用UTM-30 型試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行低溫彎曲試驗(yàn)。測(cè)試最大彎曲破壞應(yīng)變和抗彎拉強(qiáng)度結(jié)果見圖4、圖5。從-10℃最大彎曲破壞應(yīng)變上看：A-EME 混合料的最大彎曲破壞應(yīng)變?yōu)?931με，小于2000με，不能滿足《道路用高模量抗疲勞瀝青混合料》GB/T 36143-2018[7]對(duì)低溫彎曲應(yīng)變的要求；而B-PR 和C-CW 混合料最大彎曲破壞應(yīng)變分別為2726με 和2683με，大于2500με，是A-EME 混合料的1.4 倍。從抗彎拉強(qiáng)度結(jié)果上看，B-PR 和C-CW的抗彎拉強(qiáng)度大于A-EME 混合料。因此，從低溫抗裂性能上看，B-PR 與C-CW 制備的EME-14 低溫抗裂性能相當(dāng)，都優(yōu)于A-EME 制備的混合料；A-EME 瀝青混合料的低溫抗裂性能最差。

3.4 水穩(wěn)定性能

采用浸水馬歇爾試驗(yàn)和浸水劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)評(píng)價(jià)瀝青混合料的水穩(wěn)定性。測(cè)試結(jié)果見圖6。從圖6 中可看出：三種高模量劑制備的EME-14 瀝青混合料的凍融疲勞強(qiáng)度比均大于80%，浸水殘留穩(wěn)定度比大于85%，都具有優(yōu)異的抗水損害性能。這是由于EME-14 瀝青混合料的空隙率低（1.5%～3%），瀝青混合料內(nèi)部空隙小，水難以進(jìn)入瀝青混合料產(chǎn)生水損害。從水穩(wěn)定性大小程度上看：A-EME＞C-CW＞B-PR，說明A-EME 瀝青混合料的抗水損性能略優(yōu)。

3.5 抗疲勞性能

采用UTM-30 型試驗(yàn)機(jī)，進(jìn)行四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)，成型380mm×50mm×63.5mm 的小梁試件?！兜缆酚酶吣Ａ靠蛊跒r青混合料》GB/T 36143-2018[8]對(duì)高模量瀝青混合料疲勞壽命的技術(shù)要求是：15℃、10 Hz、230με應(yīng)變條件下，疲勞壽命大于100 萬次。由于在230με、300με 下，三種高模量瀝青混合料的疲勞壽命均超過了100 萬次，因此，進(jìn)行了400με、500με 下的疲勞試驗(yàn)。疲勞試驗(yàn)結(jié)果見表7。測(cè)試結(jié)果可看出：在400με 應(yīng)變水平下，A-EME-14 混合料的疲勞壽命最小，為67130 次，C-CW 混合料疲勞壽命最大，達(dá)355201次，是A-EME-14 混合料的5.3 倍，是B-PR 混合料的1.18 倍。隨著應(yīng)變水平的增加，疲勞壽命均出現(xiàn)大幅度的下降趨勢(shì)。在500με 下，A-EME 混合料疲勞壽命為4215 次，C-CW 疲勞壽命為12865 次，是A-EME 混合料的3.05 倍。因此，三種高模量劑瀝青混合料的抗疲勞性能程度為C-CW＞B-PR＞A-EME。

表7 不同EME-14 瀝青混合料疲勞壽命

4 結(jié)論

⑴從高溫抗車轍性能上看：三種高模量瀝青混合料均具有優(yōu)異的抗車轍性能，60℃動(dòng)穩(wěn)定度都大于10000次/mm，溫度升高，動(dòng)穩(wěn)定度急劇下降。三種高模量瀝青混合料高溫抗車轍性能程度為C-CW＞B-PR＞A-EME。

⑵低溫抗裂性能上看：B-PR 和C-CW 高模量瀝青混合料低溫彎曲破壞應(yīng)變均大于2500με，低溫抗裂性能優(yōu)異，而A-EME 高模量瀝青混合料低溫彎曲破壞應(yīng)變小于2000με，低溫抗裂性能相對(duì)較差。

⑶從水穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)模量上看：三種高模量瀝青混合料的抗水損性能優(yōu)異，動(dòng)態(tài)模量均大于14000MPa，都能滿足高模量瀝青混合料技術(shù)要求。

⑷從疲勞壽命上看：C-CW 高模量瀝青混合料的抗疲勞性能最好，A-EME 瀝青混合料抗疲勞性能最差。在400με 時(shí)是A-EME14 混合料的5.3 倍，是B-PR 混合料的1.18 倍。

⑸綜合路用性能上看：三種瀝青高模量瀝青混合料路用性能優(yōu)良程度為C-CW＞B-PR＞A-EME。