關(guān)鍵詞：高模量瀝青 | 添加劑 | 混合料 | 路用性能

隨著我國交通運輸事業(yè)的發(fā)展，高速公路使用率增加，由此而引發(fā)的道路病害問題也日益凸顯，其中因瀝青路面高溫穩(wěn)定性不足而造成的車轍病害在路面病害中的占比達(dá)到 70% 以上。國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者針對此問題也展開深入研究，并提出了高模量瀝青混凝土的概念，該形式的瀝青混合料具有較好的水穩(wěn)性和高溫穩(wěn)定性，能增強(qiáng)路面抗車轍性能和表觀耐久性。當(dāng)前，國內(nèi)對高模量瀝青混合料的研究主要集中在其低溫穩(wěn)定性和抗疲勞性等方面，而對高模量添加劑的相關(guān)研究較少，更未對高模量添加劑的作用機(jī)理展開研究和分析[1]。作用機(jī)理不明確的情況下，便無法準(zhǔn)確判斷添加劑所起到的作用，造成添加劑選擇不合理，往往僅側(cè)重瀝青混合料抗車轍性能的提升，難以兼顧低溫抗裂性、高溫穩(wěn)定性。本文選取法國產(chǎn) PR Module 和 PRSPLAST 功能型添加劑，進(jìn)行高模量瀝青混合料高低溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)性及抗疲勞性能等的試驗研究，為高模量瀝青混合料在我國高速公路中的推廣應(yīng)用提供借鑒參考。

工程概況

某新建高速公路全長49.593km，本標(biāo)段為第2合同段，起訖樁號為K275+570—K285+847，線路長10.277km，共包括 1 處互通式立交、1 處分離式立交，1 座連體式隧道，該合同段挖填方總量分別為 100.9956×104m3和93.7241×104m3。該合同段路面層為 4cm 厚中粒式瀝青抗滑表層、5cm厚中粒式瀝青混凝土層、6cm厚粗粒式瀝青混凝土層，基層為32cm厚水穩(wěn)碎石基層，16cm厚低劑量水穩(wěn)砂礫底基層。考慮到公路工程所在地夏季高溫多雨，根據(jù)預(yù)測，待建路段交通量較大，重載車輛多，為預(yù)防公路建設(shè)完成投運后短時間內(nèi)出現(xiàn)車轍等病害，決定使用高模量瀝青混合料，以延長瀝青路面使用壽命。

試驗方案

試驗材料

（1）粗細(xì)集料：根據(jù)高模量瀝青混合料特性，應(yīng)當(dāng)按照增大模量的原則選擇集料，粗集料選擇棱角性和抗磨性較好的高強(qiáng)度石灰?guī)r石料；細(xì)集料則選用干燥清潔、形狀接近立方體、棱角分明的石灰?guī)r，用于填充粗集料骨架間隙。粗細(xì)集料物理性能見表1，石料壓碎值為 15.8%，洛杉磯磨耗損失為 13.7%，磨光值為48，針片狀顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 7.9%，水洗法下粒徑小于0.075mm的顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%，沖擊值為16%，均滿足相關(guān)技術(shù)要求。

（2）瀝青：結(jié)合試驗結(jié)果，為保證高模量瀝青具備較好的抗車轍性能及高溫穩(wěn)定性，bi須使用黏稠度較大的瀝青材料。本研究選用 A 級 70#道路石油瀝青，20℃針入度為 68 （0.1mm），10℃和 15℃延度分別大于20cm 和 100cm，軟化點為 49℃，蒸餾法蠟質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.1%，溶解度為 99.8%，閃點為 277℃，15℃的密度為1.003g/cm3。薄膜加熱試驗后質(zhì)量變化 0.1%，殘留針入度比為 59%， 10℃和 15℃ 殘留延度分別為 10cm 和18cm，均符合規(guī)范及設(shè)計要求。

（3）礦粉：通過與瀝青材料拌和后形成瀝青膠漿，并充分填充混合料空隙，影響并決定混合料強(qiáng)度及穩(wěn)定性。考慮到石灰?guī)r、玄武巖等堿性石料具有更強(qiáng)的黏附性能，可用于高模量瀝青混合料礦粉的制備，本研究主要采用公路工程所在地石灰?guī)r加工而成的表觀密度為2.651g/cm3的礦粉。

（4）添加劑：結(jié)合《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20—2011） 相關(guān)規(guī)定，在普通瀝青中摻加添加劑制備高模量瀝青混合料可顯zhu改善瀝青材料的溫度敏感性、黏彈性，提升混合料模量[2]。本研究主要選取法國產(chǎn) PR Module 和 PR SPLAST 功能型添加劑，按照0.35%的比例摻加，兩種添加劑外觀形態(tài)均為黑色圓柱體顆粒，PR Module添加劑尺寸為 5mm，熔點為 178℃，質(zhì)量密度為 0.95~0.968g/cm3；PR SPLAST 添加劑尺寸 2~4mm， 熔點為143~153℃， 質(zhì)量密度為0.90~0.958g/cm3。

試驗方案

在瀝青混合料中摻加不同類型的添加劑后，按照相同級配及瀝青種類制備試件，進(jìn)行高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)性、疲勞性能等試驗及對比分析。

（1）高溫穩(wěn)定性試驗：在 60℃的試驗溫度下進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)軸載試驗，車轍板試件長30cm、寬30cm、厚10cm。動穩(wěn)定度即為每產(chǎn)生 1mm 變形所對應(yīng)的軸載行走次數(shù)，通常情況下動穩(wěn)定度取值大小和觀測時間、變形量、膠輪往返速度等有關(guān)。

（2）低溫抗裂性試驗：根據(jù)工程應(yīng)用結(jié)果，高模量瀝青混凝土抗車轍性能良好，高溫穩(wěn)定性能優(yōu)異，故應(yīng)當(dāng)將試驗重點放在其低溫抗裂性能的研究方面。按照試驗規(guī)程的要求，應(yīng)根據(jù)低溫彎曲破壞試驗中試件破壞時的荷載及跨中撓度值所對應(yīng)的混合料zui大彎拉應(yīng)變確定其低溫性能。

（3） 水穩(wěn)性試驗：對于積水瀝青混凝土路面，車輛反復(fù)荷載作用會引發(fā)路面空隙中壓強(qiáng)的變化，造成空隙中積水反復(fù)循環(huán)，瀝青材料黏結(jié)力也持續(xù)下降，并持續(xù)出現(xiàn)瀝青老化、強(qiáng)度降低、松散剝落等顯zhu病害。根據(jù) 《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20—2011），應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)試驗基礎(chǔ)上，進(jìn)行試件非凍融劈裂強(qiáng)度和凍融循環(huán)劈裂強(qiáng)度測量，并得出試件殘留穩(wěn)定度，進(jìn)行混合料水穩(wěn)性能表征。

（4）疲勞性能試驗：在運營過程中，瀝青路面長時間受到行車反復(fù)循環(huán)荷載作用后應(yīng)力應(yīng)變會發(fā)生改變，進(jìn)而引發(fā)路面疲勞破壞。當(dāng)前國內(nèi)外檢測和評價瀝青混合料疲勞性能的方法較多，結(jié)合公路工程實際，本文主要采用能體現(xiàn)瀝青路面實際應(yīng)力狀態(tài)的重復(fù)彎曲疲勞試驗，分別在試驗溫度 15℃，試驗頻率 10Hz，應(yīng)變分別為 300με、400με 和 500με 下進(jìn)行普通 AC-20瀝青混合料、PR Module 型高模量瀝青混合料和 PRSPLAST型高模量瀝青混合料疲勞性能試驗。

試驗結(jié)果及分析

高溫穩(wěn)定性

按照以上試驗方案，進(jìn)行高模量瀝青混合料車轍試驗，結(jié)果見表2。根據(jù)試驗結(jié)果，普通AC-20瀝青混合料動穩(wěn)定度均值僅為1 456 次/mm，而按照設(shè)計配比摻加PR Module和PR SPLAST高模量添加劑后動穩(wěn)定度實測均值均超出10 000次/mm，且PR SPLAST型高模量瀝青混合料高溫穩(wěn)定性能zui優(yōu)。

低溫抗裂性

按照所提出的試驗方案展開不同添加劑下高模量瀝青混合料低溫彎曲試驗，根據(jù)試驗所得混合料破壞應(yīng)變進(jìn)行其低溫穩(wěn)定性能的評價。試驗結(jié)果見表3。由表 3 可知，普通 AC-20 瀝青混合料破壞應(yīng)變均值為2 013.7με，PR Module型及 PR SPLAST型高模量瀝青混合料低溫彎曲破壞應(yīng)變均值與普通混合料十分接近；PR SPLAST型高模量瀝青混合料勁度模量比普通瀝青混合料高 310.86MPa，低溫穩(wěn)定性能有所降低。如果忽略試驗操作方面的誤差，則可以得出，PR Module 型及PR SPLAST型高模量瀝青混合料均能在顯zhu改善混合料高溫穩(wěn)定性能的基礎(chǔ)上，保持穩(wěn)定的低溫性能。

水穩(wěn)性

通過凍融劈裂試驗進(jìn)行普通瀝青混合料和高模量瀝青混合料水穩(wěn)性能檢驗，通過凍融劈裂試驗結(jié)果分析得知，普通 AC-20 瀝青混合料與高模量瀝青混合料均具有良好的水穩(wěn)性能，而高模量混合料凍融劈裂強(qiáng)度zui高可達(dá)1.26MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通AC-20瀝青混合料0.512MPa 的凍融劈裂強(qiáng)度。通過分析原因不難看出，瀝青材料和集料之間的黏結(jié)性能因高模量瀝青的摻加而增大，瀝青膜厚度也顯zhu增加[3]。此外，PR Module型高模量瀝青混合料和 PR SPLAST 型高模量瀝青混合料凍融劈裂強(qiáng)度比分別為 85.6% 和 92.8%，比普通瀝青混合料的82.1%高，這也說明高模量添加劑在普通AC-20 瀝青混合料較好水穩(wěn)性的基礎(chǔ)上，使混合料水穩(wěn)性進(jìn)一步提高。

疲勞性能

結(jié)合試驗方案，采用更符合該公路路面實際受力狀況的重復(fù)彎曲疲勞試驗進(jìn)行瀝青混合料疲勞性能測試，試驗結(jié)果見表4。根據(jù)試驗結(jié)果，與普通AC-20瀝青混合料相比，高模量混合料疲勞壽命至少提升 2~3倍，疲勞性能明顯提升；且根據(jù)線性擬合關(guān)系，瀝青混合料試件疲勞壽命與小梁底面跨中應(yīng)變存在較好的線性擬合關(guān)系[4]。

結(jié)語

綜上所述，對于重交通高速公路而言，按照0.35%的質(zhì)量比摻加高模量瀝青添加劑能使瀝青混合料性能明顯改善，高模量瀝青混合料的動穩(wěn)定度可達(dá)到普通瀝青混合料的 10 倍，并使混合料高溫穩(wěn)定性能顯zhu提升；而高模量瀝青混合料低溫彎曲破壞應(yīng)變與普通混合料較為接近，表明高模量添加劑的使用可在有效改善混合料高溫穩(wěn)定性的同時，保證其低溫性能不被破壞；zui后，高模量瀝青混合料疲勞壽命可比普通瀝青混合料提升 2~3 倍以上?？傊?，PR Module 型和 PRSPLAST 型高模量添加劑 （尤其是后者） 在我國重交通道路建設(shè)中具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王瑞林、袁光權(quán)，高模量瀝青的研發(fā)及其性能提升[J]. 材料科學(xué)與工程學(xué)報，2022，40（2）：255-260，299.

[2] 陸由付、李燕奪、陳謙，外摻劑高模量瀝青混合料性能研究[J]. 內(nèi)蒙古公路與運輸，2022（1）：11-14.

[3] 梁波，高模量瀝青混合料綜合性能評價試驗研究[J].山西建筑，2022，48（2）：108-111.

[4] 張晗、佟禹、賈勁松等，模量瀝青膠結(jié)料性能試驗研究[J]. 市政技術(shù)，2021，39（12）：114-117.

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