孔令旗

(同濟(jì)大學(xué)，上海 200092)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，道路交通量迅速增長(zhǎng)，高速公路超載超限現(xiàn)象屢見(jiàn)不鮮，同時(shí)全球變暖現(xiàn)象也越來(lái)越明顯，夏季高溫已經(jīng)是我國(guó)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(chē)轍病害成為道路最主要的問(wèn)題，在高速公路路面維修罩面的原因中，車(chē)轍的比率高達(dá)80%以上，大大影響了行車(chē)的舒適性與安全性。如何解決瀝青路面車(chē)轍問(wèn)題是我們面臨的迫切問(wèn)題。為了解決路面車(chē)轍問(wèn)題，除采用較好的礦料級(jí)配外，在瀝青方面主要采用了以下兩個(gè)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(dá)到提高瀝青混合料的抗變形能力。殼牌公司研究表明，評(píng)價(jià)瀝青混合料抗車(chē)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(shí)間較長(zhǎng)情況下的力學(xué)反應(yīng)，而在永久變形預(yù)測(cè)中采用的是混合料的模量概念。國(guó)外大量的研究和實(shí)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(chē)轍能力，延長(zhǎng)路面的使用壽命并減薄路面厚度。

國(guó)外尤其是歐洲國(guó)家大面積應(yīng)用高模量瀝青混合料，高模量瀝青混合料在英國(guó)、法國(guó)、南非應(yīng)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(jì)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(shí)開(kāi)始，這種瀝青混合料得到了相當(dāng)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(guó)開(kāi)發(fā)的高模量瀝青混合料稱(chēng)為“EME”和“BBME”，這種混合料具有良好的抗疲勞、抗車(chē)轍、抗溫縮裂縫和抗老化等路用性能。1992年法國(guó)出版了該種瀝青混合料的設(shè)計(jì)規(guī)范(NF P 98-140和NF P 98-141)，提出了混合料設(shè)計(jì)方法。我國(guó)的荷載與環(huán)境與法國(guó)有較大差異，不能照搬照抄，高模量瀝青混合料性能評(píng)價(jià)體系主要以試驗(yàn)研究為基礎(chǔ)，結(jié)合國(guó)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(yàn)規(guī)程及JTG 050-2006公路瀝青路面設(shè)計(jì)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(guó)高模量瀝青混合料的評(píng)價(jià)體系。

1 法國(guó)高模量瀝青混合料設(shè)計(jì)指標(biāo)體系

法國(guó)高模量瀝青混合料包括兩種:一種是采用硬質(zhì)瀝青設(shè)計(jì)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(dāng)采用硬質(zhì)瀝青作為高模量瀝青混合料的膠結(jié)料時(shí)，其標(biāo)準(zhǔn)為25℃時(shí)針入度指標(biāo)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(dāng)采用硬質(zhì)瀝青進(jìn)行混合料設(shè)計(jì)時(shí)，其設(shè)計(jì)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(dǎo)致混合料具有很高的模量，減小傳給路基的應(yīng)力，高瀝青含量易壓實(shí)且抗疲勞。這種混合料不太適合目前我國(guó)瀝青路面使用的國(guó)情。設(shè)計(jì)指標(biāo)見(jiàn)表1，表2。

表1 EME下層高模量瀝青混合料性能技術(shù)指標(biāo)

表2 BBME高模量連接和磨耗層性能指標(biāo)要求

從表1和表2可以得出，高模量瀝青混合料的指標(biāo)不僅僅是單一的模量指標(biāo)，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(shè)計(jì)體系

法國(guó)的高模量瀝青混合料采用在線(xiàn)彈性狀態(tài)下15℃的動(dòng)態(tài)拉壓模量作為高模量混合料的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，即混合料的模量大于14 000 MPa。法國(guó)高模量瀝青混合料的指標(biāo)體系綜合考慮水損害、車(chē)轍、疲勞和模量性能的一個(gè)體系，不是單一的提高模量指標(biāo)，這種思路值得借鑒。

2.1 高模量瀝青混合料路用性能評(píng)價(jià)指標(biāo)

高模量瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性采用車(chē)轍試驗(yàn)與單軸貫入試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)，試驗(yàn)溫度為60℃，其中車(chē)轍試驗(yàn)的動(dòng)穩(wěn)定度要求大于6 000次/mm(60℃，0.7 MPa)，單軸貫入試驗(yàn)的抗剪強(qiáng)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(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)，試驗(yàn)溫度為－10℃，加載速度為50 mm/min，測(cè)定高模量瀝青混合料的破壞強(qiáng)度、破壞應(yīng)變及勁度模量，綜合評(píng)價(jià)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(diǎn)提出，高模量瀝青混合料的低溫抗裂性能要滿(mǎn)足普通瀝青混合料的技術(shù)指標(biāo)。

高模量瀝青混合料的水穩(wěn)定性采用凍融劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)，其技術(shù)指標(biāo)和要求滿(mǎn)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(píng)價(jià)體系如表3所示。

表3 高模量瀝青混合料路用性能評(píng)價(jià)指標(biāo)

2.2 高模量瀝青混合料設(shè)計(jì)指標(biāo)

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(chē)轍性能。車(chē)轍發(fā)生在高溫季節(jié)，為了提高路面的抗車(chē)轍能力，希望瀝青混合料高溫時(shí)的模量高。結(jié)合法國(guó)高模量混合料的定義，為和國(guó)外已有研究接軌，而且動(dòng)態(tài)模量的加載方式等都與法國(guó)動(dòng)態(tài)復(fù)數(shù)模量的相似，可以借鑒法國(guó)研究成果與國(guó)內(nèi)研究結(jié)果制定高模量混合料設(shè)計(jì)指標(biāo)的技術(shù)要求，如表4所示。

表4 高模量瀝青混合料設(shè)計(jì)指標(biāo) 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(guó)外道路上的應(yīng)用十分靈活，由于其特殊的力學(xué)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(jí)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(guó)的應(yīng)用還處于初級(jí)階段，在使用過(guò)程中應(yīng)盡量與我國(guó)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?yàn)楦吣Ａ繛r青混合料的使用對(duì)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(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)目前瀝青路面存在的一些問(wèn)題，在我國(guó)傳統(tǒng)的路面結(jié)構(gòu)類(lèi)型的基礎(chǔ)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(zhǎng)大縱坡路段上的應(yīng)用;4)在長(zhǎng)壽命瀝青路面中的使用;5)應(yīng)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(yǔ)

通過(guò)對(duì)比分析，在借鑒法國(guó)高模量瀝青混合料基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況，建立了高模量瀝青混合料設(shè)計(jì)體系，提出了高模量瀝青混合料適用條件。

[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.高模量瀝青混凝土路面新結(jié)構(gòu)及應(yīng)用研究[D].重慶:重慶交通大學(xué)，2008.

[3] 鄭健龍.重交通條件下高模量瀝青混凝土路面材料設(shè)計(jì)與施工技術(shù)研究[D].長(zhǎng)沙:長(zhǎng)沙理工大學(xué)，2008.