郭 娜

(中海瀝青股份有限公司，山東 濱州 256600)

長(zhǎng)期以來(lái)，瀝青路面由于具有行車(chē)舒適性、便于施工、維護(hù)路段開(kāi)放速度快等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在高速公路等路面的施工。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)高質(zhì)量路面的需求越來(lái)越大，但瀝青路面在高荷載、高溫、雨水沖刷等條件下，會(huì)出現(xiàn)車(chē)轍凹陷等問(wèn)題，使路面嚴(yán)重變形，影響行車(chē)安全。因此，人們開(kāi)始關(guān)注各種能夠提高路面穩(wěn)定性，延長(zhǎng)路面使用壽命的新型材料。高模量瀝青混合料(High Modulus Asphalt Concrete,HMAC)的設(shè)計(jì)理念開(kāi)始進(jìn)入人們視野，高模量瀝青混合料產(chǎn)生于法國(guó)，一般是指基質(zhì)瀝青中加入高模量改性劑來(lái)提升瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量，從而提高瀝青混合料的抗車(chē)轍能力。根據(jù)《道路用高模量抗疲勞瀝青混合料》GB/T36143-2018指標(biāo)要求，生產(chǎn)高模量瀝青混合料用瀝青動(dòng)態(tài)模量(45℃±0.5,10HZ±0.1)/MPa應(yīng)大于4000。道路用高模量抗疲勞瀝青混合料性能要求見(jiàn)表1[1]。

表1 道路用高模量抗疲勞瀝青混合料性能要求

注：a在45℃±0.5℃溫度、10HZ±0.1HZ頻率條件下；b在15℃±0.5℃溫度、10HZ±0.1HZ，230με條件下；c在-10℃±0.5℃溫度條件下。

1 高模量混合料生產(chǎn)技術(shù)

目前，生產(chǎn)高模量瀝青混合料的方法主要有三種，一種是利用低標(biāo)號(hào)的硬質(zhì)基質(zhì)瀝青，例如20號(hào)、30號(hào)基質(zhì)瀝青；第二種是添加高模量添加劑，例如法國(guó)PRNDUSTRIE有限公司生產(chǎn)的PRPL.AST.M(簡(jiǎn)稱(chēng)PR.M)改性劑、EME改性劑，我國(guó)自主研發(fā)的改性劑、復(fù)合改性劑等；第三種是添加天然巖瀝青，例如布頓巖瀝青(BRA)，伊朗巖瀝青等。

1.1 低標(biāo)號(hào)的硬質(zhì)瀝青

高模量瀝青混合料的理念源于法國(guó)，早在19世紀(jì)，法國(guó)開(kāi)始使用針入度(0.1 mm，25℃)分別為為60/70、20/30、15的硬質(zhì)瀝青生產(chǎn)高模量瀝青混合料，結(jié)果證明，與SBS改性瀝青相比，使用硬質(zhì)瀝青制備的瀝青混合料的抗永久性變形能力更佳[2]。

孟會(huì)林[3]等提出20號(hào)瀝青針入度小、軟化點(diǎn)及動(dòng)力粘度高、且耐老化性?xún)?yōu)良 ，采用20號(hào)瀝青混合料具有優(yōu)良的水穩(wěn)定性和抗車(chē)轍變形能力。趙磊[4]等利用溶劑脫30#瀝青和氧化30#瀝青進(jìn)行高模量混合料耐久性能評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)證明，兩種低標(biāo)號(hào)的硬質(zhì)瀝青生產(chǎn)的耐久性高模量混合料各項(xiàng)性能均滿足規(guī)范要求，且氧化30#瀝青制得的高模量瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性?xún)?yōu)于溶劑脫30#瀝青。

1.2 高模量瀝青改性劑

目前，生產(chǎn)高模量瀝青混合料改性劑主要有法國(guó)的 PRPL.AST.M(簡(jiǎn)稱(chēng)PR.M)，EME改性劑，以及我國(guó)自主研發(fā)的改性劑。

PRPL.AST.M(簡(jiǎn)稱(chēng)PR.M)是由法國(guó)PRNDUSTRIE有限公司研制的瀝青混合料高模量添加劑，屬于熱塑性樹(shù)脂類(lèi)，其主要成分是改性的PE材料。

趙辰[5]等研究發(fā)現(xiàn)添加法國(guó)生產(chǎn)的PR.M改性劑能夠明顯提升基質(zhì)瀝青的高溫穩(wěn)定性。與70#普通瀝青混合料相比，添加PR.M改性劑的瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度明顯提高，說(shuō)明PR.M添加劑能夠提高瀝青混合料的路用性能。周彥鋆[6]探討了隨著溫度的升高，PR.M改性瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量的變化趨勢(shì)，指出當(dāng)溫度在60℃時(shí)PR.M的動(dòng)態(tài)模量明顯高于硬質(zhì)改性瀝青混合料。

EME2改性劑同樣產(chǎn)自法國(guó)，也是一種性能優(yōu)異的高模量瀝青混合料，能夠明顯提升瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量和高溫穩(wěn)定性，從而提高瀝青路面的抗車(chē)轍的能力。

熊子佳[7]等利用EME改性劑生產(chǎn)高模量瀝青混合料，發(fā)現(xiàn)混合料具有動(dòng)態(tài)模量高、抗車(chē)轍性能好的特點(diǎn)，尤其是疲勞壽命達(dá)到86099次，具有較好的耐久性。夏全平[8]等通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明EME瀝青混合料水穩(wěn)定性好、能夠抗高溫車(chē)轍，同時(shí)滿足低溫指標(biāo)，并且指出EME瀝青混合料高模量能力主要來(lái)自于瀝青膠結(jié)料。

1.3 天然巖瀝青添加劑

天然巖瀝青是一種以天然形態(tài)存在的石油瀝青，由于長(zhǎng)期與自然環(huán)境共存，性質(zhì)穩(wěn)定，具有較強(qiáng)的抗氧化性能，將天然瀝青加入到基質(zhì)瀝青中，能夠提升路面的穩(wěn)定性。

楊琳[9]選擇了布頓巖瀝青(BRA)，將其加入到70#基質(zhì)瀝青中，發(fā)現(xiàn)隨著B(niǎo)RA摻量的增加，高模量瀝青的勁度模量增大，并且當(dāng)BRA摻量為30%～40%時(shí)高模量瀝青混合料的抗疲勞性能最佳。王忠鋒[10]等自主研發(fā)了PRS高模量改性劑，主要成分有高分子聚合物、橡膠粉、巖瀝青等，PRS改性劑主要成分組成見(jiàn)表2。將PRS高模量改性劑在混合料拌和過(guò)程中加入，能夠提高瀝青路面的強(qiáng)度，并且不會(huì)影響瀝青混合料的低溫性能。

表2 PRS改性劑成分

1.4 復(fù)合改性劑生產(chǎn)高模量瀝青混合料

余志剛[11]將SBR與高模量改性劑復(fù)配添加到瀝青混合料中，通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)合改性瀝青可大幅改善瀝青混合料的勁度模量和路用性能，且復(fù)合改性劑生產(chǎn)的混合料抗疲勞耐久性?xún)?yōu)于SBS改性瀝青混合料，推薦最佳復(fù)配比例2.5%SBR+0.6%PR.M。

岳秀梅[12]利用橡膠粉和高模量劑摻量復(fù)配生產(chǎn)瀝青混合料，得出將橡膠粉與高模量劑復(fù)配可以提升混合料綜合路用性能，性能優(yōu)于SBS改性瀝青混合料，推薦最佳復(fù)配比例22%橡膠粉+0.6%高模量改性劑。

以上對(duì)高模量瀝青混合料的生產(chǎn)方法進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，筆者通過(guò)調(diào)研文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)在我國(guó)生產(chǎn)高模量瀝青混合料的手段主要有利用低標(biāo)號(hào)的硬質(zhì)瀝青、外摻高模量瀝青改性劑等，但是生產(chǎn)低標(biāo)號(hào)的硬質(zhì)瀝青對(duì)裝置要求苛刻，成本很高，因此，使用基質(zhì)瀝青與高模量瀝青改性劑組合的方式是生產(chǎn)高模量瀝青混合料的最佳方式。

2 高模量瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)方法

目前，高模量瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)方法主要有馬歇爾法、Superpave設(shè)計(jì)法、以及法國(guó)高模量設(shè)計(jì)法。馬歇爾法是在一定溫度下，以一定的擊實(shí)功(雙面擊實(shí)75次)制成標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，使瀝青飽和度、孔隙率、礦料間隙率等體積指標(biāo)滿足要求。Superpave設(shè)計(jì)法是利用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀(SGC)搓揉成型的試驗(yàn)方法。法國(guó)高模量設(shè)計(jì)法采用PCG3型旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀進(jìn)行，水敏感試驗(yàn)、車(chē)轍測(cè)試、模量測(cè)試等部分組成。

李文橋[13]分別對(duì)馬歇爾法、Superpave設(shè)計(jì)法、以及法國(guó)高模量設(shè)計(jì)法差異進(jìn)行了比較，通過(guò)選擇瀝青混合料級(jí)配、確定瀝青用量、

驗(yàn)證性能試驗(yàn)三方面，得出馬歇爾法應(yīng)用時(shí)間最早、應(yīng)用廣泛、設(shè)備價(jià)格便宜且易于攜帶，但是其不能很好模擬路面實(shí)況，致使路面較早出現(xiàn)病害。Superpave設(shè)計(jì)法將壓實(shí)條件和交通量建起了密切的關(guān)系，能夠很好的模擬路面實(shí)況，抑制早期路面病害。法國(guó)高模量設(shè)計(jì)法是一套完整先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，基于控制關(guān)鍵篩孔的級(jí)配設(shè)計(jì)理念、利用豐度系數(shù)求最小油石比，具有獨(dú)創(chuàng)性和先進(jìn)性。

李小燕[14]等分別采用法國(guó)研制的LCPC旋轉(zhuǎn)壓實(shí)設(shè)備與美國(guó)Superpave混合料美國(guó)旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀制備混合料設(shè)計(jì)成型，指出法國(guó)研制的LCPC旋轉(zhuǎn)壓實(shí)法是一套完善的設(shè)計(jì)方法，更加適合高模量瀝青混合料設(shè)計(jì)。

常嶸[15]等優(yōu)化了高模量瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)參數(shù)意見(jiàn)，提出了改性劑與集料的干拌時(shí)間、拌和溫度、瀝青與集料的拌和時(shí)間、擊實(shí)溫度等參數(shù)。崔和利[16]結(jié)合阿爾及利亞?wèn)|西高速公路具體實(shí)例，詳細(xì)介紹了法國(guó)高模量混合料目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)，試驗(yàn)證明，法國(guó)的高模量瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)方法與國(guó)內(nèi)馬歇爾配合比設(shè)計(jì)方法相比，更具有針對(duì)性。

綜上所述，高模量瀝青混合料起源于法國(guó)，法國(guó)高模量混合料配合比設(shè)計(jì)法自成體系，用馬歇爾法、Superpave設(shè)計(jì)法替代高模量混合料配合比設(shè)計(jì)還需進(jìn)一步的探討。

3 高模量瀝青混合料評(píng)價(jià)方法

高模量瀝青混合料評(píng)價(jià)方法主要有：剛性性能、高溫抗車(chē)轍性能、低溫抗裂性能。其中， 剛性性能一般是指瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量和靜態(tài)模量；高溫抗車(chē)轍性能通過(guò)實(shí)驗(yàn)室模擬車(chē)輛荷載長(zhǎng)期作用下產(chǎn)生的不可恢復(fù)的塑性可變，獲得瀝青路面的高溫穩(wěn)定性能；低溫抗裂性能利用瀝青混合料小梁低溫彎曲試驗(yàn)等來(lái)評(píng)價(jià)混合料的低溫抗裂性能，另外還有水穩(wěn)定性、抗疲勞性能等重要因素。

3.1 剛性性能

剛性性能一般是指瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量和靜態(tài)模量，相對(duì)于靜態(tài)模量，動(dòng)態(tài)模量更能夠?qū)嶋H的反映出路面性能，國(guó)外大多使用動(dòng)態(tài)模量，并且動(dòng)態(tài)模量的數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范中采用的設(shè)計(jì)模量。楊朋[2]通過(guò)試驗(yàn)證明，在15℃下，法國(guó)PE高模量瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量超過(guò)了14000 MPa。

3.2 高溫抗車(chē)轍性能

車(chē)轍試驗(yàn)可以直觀明了的模擬真實(shí)道路情況，與實(shí)際瀝青路面相關(guān)性極佳。車(chē)轍試驗(yàn)以動(dòng)穩(wěn)定度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)其高溫穩(wěn)定性能進(jìn)行全面的評(píng)價(jià)。高模量瀝青混合料要求動(dòng)穩(wěn)定度(60℃，0.7 MPa)不小于4000次/mm，周朝暉[17]通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)30#硬質(zhì)瀝青混合料進(jìn)行動(dòng)穩(wěn)定度進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其動(dòng)態(tài)模量為7678次/mm，具有良好的高溫抗永久變形能力，大幅度降低車(chē)轍現(xiàn)象。黃新顏[18]等發(fā)現(xiàn)在不同溫度下(45℃、60℃、75℃)開(kāi)展混合料車(chē)轍試驗(yàn)，70#瀝青與PR.M高模量改性劑的車(chē)轍變形量很小，說(shuō)明高模量瀝青具有較好的高溫穩(wěn)定性。

3.3 低溫抗裂性

瀝青混合料在低溫下，柔性降低，脆性增大，變形能力降低，容易產(chǎn)生開(kāi)裂現(xiàn)象。一般采用瀝青混合料小梁低溫彎曲試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)混合料的低溫抗裂性能。添加高模量改性劑或者天然巖瀝青后，瀝青混合料的高溫性能顯著提升，這也給研究人員一個(gè)錯(cuò)誤的信號(hào)，以為高模量瀝青的低溫性能一定會(huì)不好，但是通過(guò)大量的試驗(yàn)和工程證明，高模量瀝青同樣有很好的低溫抗裂性[19]。

4 高模量瀝青混合料的應(yīng)用

我國(guó)從2001年開(kāi)始引進(jìn)法國(guó)高模量瀝青混合料添加劑，先后在很多路段進(jìn)行了鋪筑，包括北京市政道路交義口、撫順一南雜木高速公路、靖邊-安塞(榆林段)等路段，并進(jìn)行了長(zhǎng)期跟蹤觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)高模量瀝青混合料路段的抗車(chē)轍性能有明顯的提升。

我國(guó)燎原廣闊，南北氣候具有顯著的差異，這對(duì)我國(guó)瀝青路面提出了更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于高模量瀝青混合料也應(yīng)按照氣候采取不同的生產(chǎn)方式和混合料設(shè)計(jì)方法。黃新顏[18]等，分析了不同類(lèi)型高模量瀝青混合料的適用場(chǎng)合，試驗(yàn)結(jié)果表明：低標(biāo)號(hào)硬質(zhì)瀝青混合料適合夏熱、冬冷地區(qū)，添加PRM高模量改性劑的混合料適合冬季氣溫較高的地區(qū)和重載、長(zhǎng)達(dá)上坡等特殊路段。

使用高模量瀝青混合料鋪筑的路段會(huì)明顯提升路面的抗車(chē)轍能力和抗永久變形的能力，路面使用狀況良好，延長(zhǎng)了道路的使用壽命，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益顯著。

5 結(jié)論

(1)利用低標(biāo)號(hào)的硬質(zhì)基質(zhì)瀝青或者AH-70瀝青中添加天然巖瀝青、高模量添加劑可以生產(chǎn)出高模量瀝青混合料。

(2)法國(guó)高模量設(shè)計(jì)法具有獨(dú)創(chuàng)性和先進(jìn)性，是一套完整先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，在高模量混合料設(shè)計(jì)中占有優(yōu)勢(shì)。

(3)高模量瀝青混合料路用性能的評(píng)價(jià)可以使用普通瀝青混合料路用性能的研究方法，包括高溫抗車(chē)轍性能、低溫抗裂性能等。

(4)高模量瀝青混合料具有很高的抗車(chē)轍性，顯著延長(zhǎng)路面使用壽命，具有良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益，可以廣泛推廣。