覃 勉，苑紅凱

（1.南京道潤交通科技有限公司，江蘇南京210019；2.天津市市政工程設(shè)計研究院，天津市300051）

1 概述

硬質(zhì)瀝青也就是通常所講的低標(biāo)號瀝青，如50號瀝青、30號瀝青。硬質(zhì)瀝青的特點是高溫抗變形能力優(yōu)越。硬質(zhì)瀝青在國外道路中的應(yīng)用已有很多先例，其中歐洲在這方面完成了大量的研究工作。英國改建一些重交通道路時，由于受到橋梁凈空和排水標(biāo)高的限制，要求既要改進路面性能還不能增加結(jié)構(gòu)層厚度，這使得材料的性能必須有所提高。他們在改良路面基層材料時就用50號瀝青取代了100號，基層類型為密級配瀝青碎石基層。經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)使用50號的瀝青可以使得瀝青碎石的勁度增加3倍。芬蘭采用硬質(zhì)瀝青用于上面層，提高瀝青路面抵抗永久變形的能力（車轍）。Helsinki技術(shù)大學(xué)將硬質(zhì)瀝青或硬瀝青、改性瀝青分別用于同一道路上，進行了對比應(yīng)用研究，試驗結(jié)果表明，硬質(zhì)瀝青相對于其他兩種瀝青，具有良好的路用性能。鑒于硬質(zhì)瀝青良好的抗變形性能，在芬蘭高等級公路建設(shè)中，得到越來越廣泛的應(yīng)用。在荷蘭Delft大學(xué)進行的Lintrack加速加載試驗，對幾種基層和面層形式的抗車轍性能作出評價，其中包括普通瀝青密級配混凝土、硬質(zhì)瀝青密級配混凝土、SMA和改性瀝青密級配瀝青混凝土等。在特定的溫度和模擬交通量條件下，通過Lintrack設(shè)備對環(huán)道加載，并實時記錄車轍的發(fā)展情況，加載完畢后鉆取芯樣，在室內(nèi)完成三軸試驗。車轍試驗的結(jié)果顯示，硬質(zhì)瀝青混凝土的車轍深度與SMA的基本相當(dāng)，并明顯優(yōu)于普通瀝青混凝土；而三軸試驗的結(jié)果顯示，硬質(zhì)瀝青混凝土具備良好的抵抗變形的能力。兩項試驗都證實了硬質(zhì)瀝青混凝土在道路使用方面的優(yōu)越性能。

針對我國的國情，對于夏季氣溫較高地區(qū)，在瀝青路面中下面層采用硬質(zhì)瀝青代替?zhèn)鹘y(tǒng)70#瀝青，既能大幅度提高瀝青路面的高溫抗變性能力，又不需要特殊的施工工藝，工程造價也無需提高，具有良好的社會經(jīng)濟效益。

2 硬質(zhì)瀝青的高溫性能試驗

2.1 軟化點試驗

軟化點是反映道路瀝青高溫性能的最基本的一項性質(zhì)指標(biāo)，也是我國道路瀝青最常用的三大指標(biāo)之一，與路面抵抗高溫永久變形有良好的相關(guān)性。

本次試驗中采用的三種瀝青軟化點測試結(jié)果如表1所示。

表1 不同瀝青膠結(jié)料的軟化點

由表1試驗結(jié)果分析可知，原樣瀝青和RTFOT老化后的瀝青按軟化點由大到小排列為：改性瀝青＞硬質(zhì)瀝青＞普通瀝青，普通瀝青、硬質(zhì)瀝青老化后軟化點明顯高于原樣瀝青，而改性瀝青老化前后軟化點相當(dāng)。

2.2 動態(tài)剪切流變儀DSR試驗

SHRP在瀝青混合料路用性能規(guī)范中提出的評價瀝青混合料高溫性能的指標(biāo)是采用動態(tài)剪切流變儀（DSR），對原樣瀝青及RTFOT后殘留瀝青試樣分別進行兩次動態(tài)剪切試驗。Superpave用DSR試驗來測定結(jié)合料的復(fù)合剪切模量G*及相位角δ，δ用來反映結(jié)合料的粘彈性組成，δ=0°表明結(jié)合料為完全彈性的，而δ=90°表明結(jié)合料為完全粘性，G*/sinδ指標(biāo)被用來評價結(jié)合料的抗車轍能力。G*/sinδ越大，即高溫時的流動變形越小，抗車轍能力越強。

該研究采用動態(tài)剪切流變儀DSR分別對原樣瀝青和旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱（RTFOT）老化后的瀝青進行車轍因子G*/sinδ的測試，測試結(jié)果如表2所示。

表2 動態(tài)剪切流變試驗測試結(jié)果匯總

試驗結(jié)果可以看出，普通瀝青、硬質(zhì)瀝青和改性瀝青的PG分級分別為PG64、PG70和PG76。隨著溫度的上升，無論原樣還是RTFOT老化后的瀝青材料，瀝青車轍因子G*/sinδ均隨溫度的升高而降低，表明伴隨著瀝青材料溫度的升高，瀝青材料的抗變形性能減弱。原樣普通瀝青PG分級與RTFOT老化的分級都為PG64，而硬質(zhì)瀝青和改性瀝青老化后的PG等級都比原樣瀝青下降一個等級，表明短期老化導(dǎo)致兩種瀝青的高溫等級出現(xiàn)下降。硬質(zhì)瀝青RTFOT后的G*/Sinδ反而比原樣瀝青高，在稍低溫度情況下甚至高于改性瀝青，這表明老化后的硬質(zhì)瀝青抗高溫車轍能力沒有減弱，可以推斷其長期的高溫性能良好。

通過DSR試驗對三種瀝青膠結(jié)料的高溫性能所做的測試分析，得出的結(jié)論是，硬質(zhì)瀝青高溫性能優(yōu)于普通瀝青但不如改性瀝青。

2.3 重復(fù)蠕變試驗

美國NCHRP459報告提出了一種新的評價膠結(jié)料抵抗車轍性能的試驗方法，即“重復(fù)蠕變試驗”，可以很好地反映永久變形的發(fā)展情況。我們通過與混合料試驗結(jié)果的對比，發(fā)現(xiàn)重復(fù)蠕變試驗中的累積應(yīng)變指標(biāo)評價瀝青高溫性能具有良好的適宜性和相關(guān)性。該研究采用重復(fù)蠕變試驗中的指標(biāo)——累積應(yīng)變，評價不同瀝青的高溫性能。重復(fù)蠕變試驗采用應(yīng)力控制的模式，應(yīng)力水平為60 kPa，試驗溫度采用60℃。每個蠕變周期加載1 s，卸載29 s，重復(fù)次數(shù)為64次。試驗結(jié)果如表3、圖 1、圖 2 所示。

長期以來中小河流的治理資金主要靠地方政府，特別是“兩工”群眾投工投勞，在“兩工”取消后，中央和地方的資金未能安排，資金缺位造成治理停滯，目前治理任務(wù)艱巨。

表3 原樣、RTFOT后瀝青的重復(fù)蠕變試驗結(jié)果匯總

由表3、圖1及圖2試驗結(jié)果可知，按累計變形由大到小依次排列為：普通瀝青（原樣）、普通瀝青（老化后）、硬質(zhì)瀝青（原樣）、硬質(zhì)瀝青（老化后）、改性瀝青（老化后）、改性瀝青（原樣），其中改性瀝青（老化前后）累計變形近似于零，老化后改性瀝青累計變形略大于原樣。普通瀝青、硬質(zhì)瀝青老化后，蠕變試驗累計變形，均高于原樣瀝青累計變形，可見瀝青材料在經(jīng)過老化后自身抵抗變形的能力得到一定程度的提高，而改性瀝青抵抗變形的能力變化不大。硬質(zhì)瀝青材料累計變形明顯低于普通瀝青，老化前后變形分別為普通瀝青變形的33.8%、36.1%。

2.4 粘度試驗

本課題采用Brookfield粘度儀測試各瀝青材料的60℃和135℃粘度，試驗結(jié)果見表4。

表4 不同瀝青膠結(jié)料的60℃、135℃粘度

由表4試驗結(jié)果可看出，60℃、135℃條件下，改性瀝青粘度明顯高于硬質(zhì)瀝青、普通瀝青，而硬質(zhì)瀝青60℃粘度高于普通瀝青兩倍，而135℃條件下兩者粘度接近，具有相近的和易性能。根據(jù)粘度與瀝青路面高溫穩(wěn)定性的經(jīng)驗關(guān)系，從粘度指標(biāo)來看，各瀝青按預(yù)期高溫穩(wěn)定性由高到低依次為：改性瀝青、硬質(zhì)瀝青、普通瀝青。

3 硬質(zhì)瀝青混合料的高溫性能

該研究采用取之現(xiàn)場的集料及瀝青拌制進行各種瀝青混合料的車轍試驗，同時結(jié)合試驗路的鋪筑從現(xiàn)場取得各種材料，進行了重塑混合料的車轍試驗，試驗結(jié)果如表5所示。

表5 動穩(wěn)定度試驗結(jié)果 （單位：/mm）

由表5試驗結(jié)果可以看出，對于AC-20以及AC-25混合料，無論是在未重塑條件還是重塑條件下，硬質(zhì)瀝青動穩(wěn)定度，均明顯高于普通瀝青混合料。對于AC-20混合料，無論在未重塑條件還是重塑條件下，兩者動穩(wěn)定度均相近。分析采用不同瀝青混合料車轍變形可以發(fā)現(xiàn)，硬質(zhì)瀝青混合料變形間于改性瀝青與普通瀝青之間。硬質(zhì)瀝青混合料高溫穩(wěn)定性明顯高于普通瀝青混合料（AH-70），性能接近于改性瀝青混合料，整體上講硬質(zhì)瀝青混合料在抵抗變形方面略低于改性瀝青。

4 試驗路鋪筑及檢測

4.1 試驗路方案

為更好了解硬質(zhì)瀝青在中、下面層對路面使用性能的影響，在某高速公路上鋪筑了試驗路，共1052 m，具體方案如圖3所示。試驗路路面共分為3種方案：方案一試驗路長度為143 m，中下面層所采用瀝青均為普通70號瀝青；方案二試驗路長度為231 m，中面層采用50號瀝青、下面層采用70號瀝青；方案三試驗路長度為678 m，中下面層均采用50號瀝青；正常路段中面層采用改性瀝青，上面層均為改性瀝青AK-13混合料。

4.2 試驗路檢測

為了進一步了解硬質(zhì)瀝青試驗路的使用狀況，課題組于通車一年后對該試驗路進行車轍情況的全面檢測結(jié)果見表6、圖4。

表6 不同路段車轍深度調(diào)查

正常路段與方案二路段在結(jié)構(gòu)上只在中面層有所區(qū)別，分別采用改性瀝青和硬質(zhì)瀝青。由檢測結(jié)果可以看出，這兩種路段的車轍深度均值相同，說明硬質(zhì)瀝青與改性瀝青的抗車轍能力相當(dāng)。從三段試驗路檢測結(jié)果來看，采用硬質(zhì)瀝青中下面層比只用于硬質(zhì)瀝青下面層的車轍深度要小，而兩種采用硬質(zhì)瀝青的路段車轍深度都較采用普通瀝青小。通過車轍深度調(diào)查結(jié)果反映的一個現(xiàn)象就是：在實際使用過程中，硬質(zhì)瀝青的抗車轍變形能力明顯強于普通瀝青，其效果相當(dāng)于使用改性瀝青。

5 結(jié)語

通過室內(nèi)試驗與試驗路工程檢測，得出以下幾點結(jié)論：

（1）從軟化點、DSR試驗的G*/Sinδ指標(biāo)、重復(fù)蠕變試驗的累計變形指標(biāo)以及粘度試驗結(jié)果綜合評價得出的不同瀝青材料高溫穩(wěn)定性能排序為：改性瀝青＞硬質(zhì)瀝青＞普通瀝青。

（2）從混合料的車轍試驗結(jié)果來看，同種級配類型的瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能排序為：改性瀝青混合料＞硬質(zhì)瀝青混合料＞普通瀝青混合料。

（3）試驗路現(xiàn)場檢測結(jié)果與室內(nèi)試驗結(jié)果相吻合，證明硬質(zhì)瀝青用于路面的中下面層確實在一定程度上可以提高瀝青路面的抗車轍能力。