（1.甘肅路橋第三公路工程有限責(zé)任公司，蘭州 730030；2.西安眾力瀝青有限公司，西安 710000）

高模量瀝青混合料（High Modulus Asphalt Concrete 以下簡稱HMAC）將模量和疲勞壽命作為混合料的設(shè)計(jì)指標(biāo)，體現(xiàn)了路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與材料設(shè)計(jì)的一體化，是一種高品質(zhì)的筑路材料[1]。高模量瀝青混合料在法國有四十年的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，按照使用層位的不同又分為適用于上面層BBME和中下面層、上基層的EME。國內(nèi)的一些研究機(jī)構(gòu)如遼寧交通科學(xué)研究院[2、3]、長安大學(xué)[4、5]、江蘇省交通科學(xué)研究院[6]、河北交科院等都對該技術(shù)進(jìn)行了研究。該技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用筆者認(rèn)為還存在以下不足：第一、國內(nèi)早期引入的高模量瀝青混合料技術(shù)，只強(qiáng)調(diào)了混合料的高模量特性而忽視了疲勞性能，使該技術(shù)和抗車轍技術(shù)混為一談，未能體現(xiàn)其抗疲勞的優(yōu)異性。第二、國內(nèi)引入該技術(shù)時(shí)未采納法國的專用級配，大多直接沿用國內(nèi)慣用的AC 級配,難以充分發(fā)揮HMAC 的技術(shù)特性。法國的高模量瀝青混合料級配偏細(xì)，細(xì)料多，混合料空隙率小，能容納更多的瀝青用量，對于保證混合料的疲勞性能以及抗水損能力至關(guān)重要。第三、缺乏專用瀝青結(jié)合料，需使用高模量添加劑。河北交通科學(xué)研究院的研究認(rèn)為高模量劑難以兼顧混合料的模量和疲勞性能。第四、傳統(tǒng)HMAC 的低溫彎曲破壞應(yīng)變不足2 000 με 低溫抗裂性不足導(dǎo)致其難以在冬寒區(qū)使用。第五、國內(nèi)缺乏配套的混合料設(shè)計(jì)方法，不利于該技術(shù)的推廣。

本文以天然瀝青改性瀝青為結(jié)合料，采用法國的高模量瀝青混合料BBME 及EME 應(yīng)用于甘肅G309 板橋至小園子（甘寧界）段升級改造項(xiàng)目中的表面層及下面層。

1 項(xiàng)目概況

G309 線（青蘭公路）是東西走向的國家干線公路。G309 板小段由于沿線石油礦產(chǎn)開采，重型車輛的增多，瀝青路面損壞嚴(yán)重，2017年大修前路面PCI 不足50，路面坑槽、沉陷、壅包、粗顆粒裸露等病害嚴(yán)重，路面破損率在90%以上。2017年的升級改造項(xiàng)目中，在K21+400-K21+900 段采用天然瀝青高模量瀝青混合料4 cm BBME-13 上面層+5 cm EME-16 下面層結(jié)構(gòu)。以解決該路段解決重載交通以及長大縱坡路段的耐久性鋪裝難題。該路段為兩道連續(xù)的S 型轉(zhuǎn)彎，路面縱坡達(dá)到7%，設(shè)計(jì)時(shí)速80 km/h。

2 瀝青

瀝青結(jié)合料的選擇是影響高模量瀝青混合料性能的關(guān)鍵因素。在法國70%以上的高模量瀝青混合料采用滿足EN13924 要求的專用硬質(zhì)瀝青，僅有不到30%使用高模量劑。由于油源屬性和加工工藝的原因，國內(nèi)煉廠難以生產(chǎn)這種硬質(zhì)瀝青，但近年來隨著高模量瀝青混合料關(guān)注度越來越高，國內(nèi)也開始開展硬質(zhì)瀝青的相關(guān)研究。天然瀝青的低針入度、大分子量、黏度大的特性，是生產(chǎn)硬質(zhì)瀝青的理想材料。汪于凱等人對硬質(zhì)瀝青、烯烴類改性劑、天然瀝青三類高模量瀝青混合料的分析發(fā)現(xiàn)，在動(dòng)態(tài)模量對頻率和和溫度敏感性分析中，天然瀝青表現(xiàn)最佳[7]。

HMB 是西安眾力瀝青有限公司開發(fā)的工廠化穩(wěn)定型天然瀝青改性瀝青。通過減小天然瀝青中無機(jī)物平均粒徑至5 μm 以下，90%以上顆粒粒徑小于12μm，實(shí)現(xiàn)天然瀝青改性瀝青的成品化。HMB 的應(yīng)用提供了新的高模量瀝青混合料結(jié)合料選擇。本項(xiàng)目使用的HMB-W 檢測結(jié)果如表1所示。

表1 HMB-W 的檢測結(jié)果

由表1可知，HMB 為低針入度瀝青，黏度大，不離析。瀝青混合料的強(qiáng)度除來自礦料顆粒之間的摩擦力和嵌擠力外，還包括集料和瀝青之間的黏結(jié)力。瀝青黏度越高，混合料受剪切時(shí)的黏滯阻力就越大，因而黏結(jié)力越大。

HMB 的存儲穩(wěn)定性是決定其能否成品化應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，通過控制瀝青中無機(jī)物粒徑以及48 h 離析軟化點(diǎn)差，實(shí)現(xiàn)控制存儲穩(wěn)定性的目的。

3 級配

本文通過內(nèi)插法及經(jīng)驗(yàn)將法國高模量瀝青混合料的級配轉(zhuǎn)換為國內(nèi)篩孔尺寸下的級配范圍。表2所示為本項(xiàng)目采用的級配，由表2可知，高模量瀝青混合料的級配有兩個(gè)特點(diǎn)，第一是只控制關(guān)鍵篩孔0.075 mm、2.36 mm、4.75 mm、9.5 mm 的通過率。第二細(xì)料偏多，級配偏細(xì)。通過和我國慣用的AC 級配對比發(fā)現(xiàn)，BBME-13 的級配范圍在AC-13 級配范圍內(nèi)，EME-16 在AC-16 的級配范圍內(nèi)但都比同公稱最大粒徑下的AC 級配范圍更窄且4.75 mm 以下通過率更高。

高模量瀝青混合料的級配沖擊了傳統(tǒng)觀念中級配對混合料強(qiáng)度的影響。首先細(xì)級配，并不意味著混合料的高溫穩(wěn)定性就差，相反高模量瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度都在5 000 次/mm 以上；其次不要過分迷信骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)和大粒徑骨架才能抗車轍，相反高模量瀝青混合料偏懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)，公稱最大粒徑最大到26.5 mm，但其模量比改性瀝青混合料要高50%左右。同時(shí)，高模量瀝青混合料的細(xì)級配，瀝青用量高，混合料均勻性好，不易離析，有效保障了施工質(zhì)量。

4 最佳油石比

本項(xiàng)目采用馬歇爾試驗(yàn)方法[8,9]確定BBME和EME 的最佳油石比分別為5.6%和5.8%。

高模量瀝青混合料的構(gòu)成特點(diǎn)之一就是高油石比，瀝青飽和度不低于75%。裹附在集料表面的瀝青膜厚，混合料的耐久性及低溫抗裂性都能得到有效的保障。同時(shí)HMB 的低針入度也使其不會出現(xiàn)高溫泛油問題。高油石比和混合料的級配有關(guān)，這也是本文強(qiáng)調(diào)高模量瀝青混合料需要采用法標(biāo)級配而非AC 級配的原因，后者難以達(dá)到HMAC 要求的高的瀝青飽和度。我們建議HMAC 的油石比不應(yīng)低于5.2%。

由表3可知BBME 和EME 的空隙率均低于3%、低孔隙率有助于提高混合料的抗水損能力，同時(shí)使用的是低針入度瀝青HMB，因此不會出現(xiàn)由于混合料空隙率低于3%而路面泛油的問題。 混合料路用性能驗(yàn)證結(jié)果顯示，BBME 和EME 的動(dòng)穩(wěn)定度分別達(dá)到8 186 次/mm 和6 117 次/mm、-10 ℃低溫彎曲破壞應(yīng)變均超過2 500 με，實(shí)現(xiàn)了高低溫性能的均衡。由表3可知，高模量瀝青混合料的綜合性能超過傳統(tǒng)的改性瀝青混合料技術(shù)要求。

表2 BBME 和EME 的級配

表3 瀝青混合料性能檢測結(jié)果

5 施工及現(xiàn)場檢測

高模量瀝青混合料是高油石比，密集配的瀝青混合料，因此施工均勻性好，宜壓實(shí)。但瀝青結(jié)合料的針入度低，因此碾壓主要以膠輪揉搓為主，因此復(fù)壓階段采用膠輪碾壓4 ～6 遍。因此每臺攤鋪機(jī)后配備了兩臺雙鋼輪、兩臺膠輪。天然瀝青高模量瀝青混合料的施工工藝基本和改性瀝青混合料相當(dāng)，施工難度小。

施工完成后的現(xiàn)場檢測結(jié)果如表4所示，由于高模量瀝青混合料的低空隙率特性，因此路面滲水系數(shù)均僅50 mL / min。同時(shí)路面的構(gòu)造深度超過0.6 mm，因此BBME 可以作為理想的路表面層材料。

表4 現(xiàn)場檢測結(jié)果

項(xiàng)目于2017年10月開放交通，在運(yùn)行了兩年之后的2019年10月，項(xiàng)目組到現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)路面狀況良好，無車轍及裂縫等病害出現(xiàn)。

6 總結(jié)

高模量瀝青混合料是綜合性能優(yōu)異的高品質(zhì)筑路材料，其構(gòu)成特點(diǎn)可總結(jié)為低針入度結(jié)合料、高油石比、連續(xù)級配和低孔隙率。以高模量天然瀝青HMB 為結(jié)合料，在甘肅慶陽的G309板小項(xiàng)目中以BBME 和EME 分別做為路面的表面層和下面層。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，其路用性能遠(yuǎn)超原設(shè)計(jì)要求，尤其在保證混合料的動(dòng)穩(wěn)定度不低于5 000 次/mm 的情況下，低溫抗裂性不低于2 500 με，打破了高模量瀝青混合料不能在冬寒區(qū)應(yīng)用的限制，對甘肅地區(qū)的公路建設(shè)意義重大。且高模量瀝青混合料作為上面層抗滑性能和密水性均滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。證實(shí)了高模量瀝青混合料技術(shù)適用于瀝青層全結(jié)構(gòu)層使用。