关键词：高模量沥青 | 添加剂 | 混合料 | 路用性能

随着我国交通运输事业的发展，高速公路使用率增加，由此而引发的道路病害问题也日益凸显，其中因沥青路面高温稳定性不足而造成的车辙病害在路面病害中的占比达到 70% 以上。国内外相关学者针对此问题也展开深入研究，并提出了高模量沥青混凝土的概念，该形式的沥青混合料具有较好的水稳性和高温稳定性，能增强路面抗车辙性能和表观耐久性。当前，国内对高模量沥青混合料的研究主要集中在其低温稳定性和抗疲劳性等方面，而对高模量添加剂的相关研究较少，更未对高模量添加剂的作用机理展开研究和分析[1]。作用机理不明确的情况下，便无法准确判断添加剂所起到的作用，造成添加剂选择不合理，往往仅侧重沥青混合料抗车辙性能的提升，难以兼顾低温抗裂性、高温稳定性。本文选取法国产 PR Module 和 PRSPLAST 功能型添加剂，进行高模量沥青混合料高低温稳定性、水稳性及抗疲劳性能等的试验研究，为高模量沥青混合料在我国高速公路中的推广应用提供借鉴参考。

工程概况

某新建高速公路全长49.593km，本标段为第2合同段，起讫桩号为K275+570—K285+847，线路长10.277km，共包括 1 处互通式立交、1 处分离式立交，1 座连体式隧道，该合同段挖填方总量分别为 100.9956×104m³和93.7241×104m³。该合同段路面层为 4cm 厚中粒式沥青抗滑表层、5cm厚中粒式沥青混凝土层、6cm厚粗粒式沥青混凝土层，基层为32cm厚水稳碎石基层，16cm厚低剂量水稳砂砾底基层。考虑到公路工程所在地夏季高温多雨，根据预测，待建路段交通量较大，重载车辆多，为预防公路建设完成投运后短时间内出现车辙等病害，决定使用高模量沥青混合料，以延长沥青路面使用寿命。

试验方案

试验材料

（1）粗细集料：根据高模量沥青混合料特性，应当按照增大模量的原则选择集料，粗集料选择棱角性和抗磨性较好的高强度石灰岩石料；细集料则选用干燥清洁、形状接近立方体、棱角分明的石灰岩，用于填充粗集料骨架间隙。粗细集料物理性能见表1，石料压碎值为 15.8%，洛杉矶磨耗损失为 13.7%，磨光值为48，针片状颗粒质量分数为 7.9%，水洗法下粒径小于0.075mm的颗粒质量分数为0.4%，冲击值为16%，均满足相关技术要求。

（2）沥青：结合试验结果，为保证高模量沥青具备较好的抗车辙性能及高温稳定性，bi须使用黏稠度较大的沥青材料。本研究选用 A 级 70#道路石油沥青，20℃针入度为 68 （0.1mm），10℃和 15℃延度分别大于20cm 和 100cm，软化点为 49℃，蒸馏法蜡质量分数为2.1%，溶解度为 99.8%，闪点为 277℃，15℃的密度为1.003g/cm³。薄膜加热试验后质量变化 0.1%，残留针入度比为 59%， 10℃和 15℃ 残留延度分别为 10cm 和18cm，均符合规范及设计要求。

（3）矿粉：通过与沥青材料拌和后形成沥青胶浆，并充分填充混合料空隙，影响并决定混合料强度及稳定性。考虑到石灰岩、玄武岩等碱性石料具有更强的黏附性能，可用于高模量沥青混合料矿粉的制备，本研究主要采用公路工程所在地石灰岩加工而成的表观密度为2.651g/cm³的矿粉。

（4）添加剂：结合《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011） 相关规定，在普通沥青中掺加添加剂制备高模量沥青混合料可显zhu改善沥青材料的温度敏感性、黏弹性，提升混合料模量[2]。本研究主要选取法国产 PR Module 和 PR SPLAST 功能型添加剂，按照0.35%的比例掺加，两种添加剂外观形态均为黑色圆柱体颗粒，PR Module添加剂尺寸为 5mm，熔点为 178℃，质量密度为 0.95~0.968g/cm³；PR SPLAST 添加剂尺寸 2~4mm， 熔点为143~153℃， 质量密度为0.90~0.958g/cm³。

试验方案

在沥青混合料中掺加不同类型的添加剂后，按照相同级配及沥青种类制备试件，进行高温稳定性、低温抗裂性、水稳性、疲劳性能等试验及对比分析。

（1）高温稳定性试验：在 60℃的试验温度下进行标准轴载试验，车辙板试件长30cm、宽30cm、厚10cm。动稳定度即为每产生 1mm 变形所对应的轴载行走次数，通常情况下动稳定度取值大小和观测时间、变形量、胶轮往返速度等有关。

（2）低温抗裂性试验：根据工程应用结果，高模量沥青混凝土抗车辙性能良好，高温稳定性能优异，故应当将试验重点放在其低温抗裂性能的研究方面。按照试验规程的要求，应根据低温弯曲破坏试验中试件破坏时的荷载及跨中挠度值所对应的混合料zui大弯拉应变确定其低温性能。

（3） 水稳性试验：对于积水沥青混凝土路面，车辆反复荷载作用会引发路面空隙中压强的变化，造成空隙中积水反复循环，沥青材料黏结力也持续下降，并持续出现沥青老化、强度降低、松散剥落等显zhu病害。根据 《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011），应在标准试验基础上，进行试件非冻融劈裂强度和冻融循环劈裂强度测量，并得出试件残留稳定度，进行混合料水稳性能表征。

（4）疲劳性能试验：在运营过程中，沥青路面长时间受到行车反复循环荷载作用后应力应变会发生改变，进而引发路面疲劳破坏。当前国内外检测和评价沥青混合料疲劳性能的方法较多，结合公路工程实际，本文主要采用能体现沥青路面实际应力状态的重复弯曲疲劳试验，分别在试验温度 15℃，试验频率 10Hz，应变分别为 300με、400με 和 500με 下进行普通 AC-20沥青混合料、PR Module 型高模量沥青混合料和 PRSPLAST型高模量沥青混合料疲劳性能试验。

试验结果及分析

高温稳定性

按照以上试验方案，进行高模量沥青混合料车辙试验，结果见表2。根据试验结果，普通AC-20沥青混合料动稳定度均值仅为1 456 次/mm，而按照设计配比掺加PR Module和PR SPLAST高模量添加剂后动稳定度实测均值均超出10 000次/mm，且PR SPLAST型高模量沥青混合料高温稳定性能zui优。

低温抗裂性

按照所提出的试验方案展开不同添加剂下高模量沥青混合料低温弯曲试验，根据试验所得混合料破坏应变进行其低温稳定性能的评价。试验结果见表3。由表 3 可知，普通 AC-20 沥青混合料破坏应变均值为2 013.7με，PR Module型及 PR SPLAST型高模量沥青混合料低温弯曲破坏应变均值与普通混合料十分接近；PR SPLAST型高模量沥青混合料劲度模量比普通沥青混合料高 310.86MPa，低温稳定性能有所降低。如果忽略试验操作方面的误差，则可以得出，PR Module 型及PR SPLAST型高模量沥青混合料均能在显zhu改善混合料高温稳定性能的基础上，保持稳定的低温性能。

水稳性

通过冻融劈裂试验进行普通沥青混合料和高模量沥青混合料水稳性能检验，通过冻融劈裂试验结果分析得知，普通 AC-20 沥青混合料与高模量沥青混合料均具有良好的水稳性能，而高模量混合料冻融劈裂强度zui高可达1.26MPa，远远高于普通AC-20沥青混合料0.512MPa 的冻融劈裂强度。通过分析原因不难看出，沥青材料和集料之间的黏结性能因高模量沥青的掺加而增大，沥青膜厚度也显zhu增加[3]。此外，PR Module型高模量沥青混合料和 PR SPLAST 型高模量沥青混合料冻融劈裂强度比分别为 85.6% 和 92.8%，比普通沥青混合料的82.1%高，这也说明高模量添加剂在普通AC-20 沥青混合料较好水稳性的基础上，使混合料水稳性进一步提高。

疲劳性能

结合试验方案，采用更符合该公路路面实际受力状况的重复弯曲疲劳试验进行沥青混合料疲劳性能测试，试验结果见表4。根据试验结果，与普通AC-20沥青混合料相比，高模量混合料疲劳寿命至少提升 2~3倍，疲劳性能明显提升；且根据线性拟合关系，沥青混合料试件疲劳寿命与小梁底面跨中应变存在较好的线性拟合关系[4]。

结语

综上所述，对于重交通高速公路而言，按照0.35%的质量比掺加高模量沥青添加剂能使沥青混合料性能明显改善，高模量沥青混合料的动稳定度可达到普通沥青混合料的 10 倍，并使混合料高温稳定性能显zhu提升；而高模量沥青混合料低温弯曲破坏应变与普通混合料较为接近，表明高模量添加剂的使用可在有效改善混合料高温稳定性的同时，保证其低温性能不被破坏；zui后，高模量沥青混合料疲劳寿命可比普通沥青混合料提升 2~3 倍以上。总之，PR Module 型和 PRSPLAST 型高模量添加剂 （尤其是后者） 在我国重交通道路建设中具有广阔的应用前景。

参考文献：

[1] 王瑞林、袁光权，高模量沥青的研发及其性能提升[J]. 材料科学与工程学报，2022，40（2）：255-260，299.

[2] 陆由付、李燕夺、陈谦，外掺剂高模量沥青混合料性能研究[J]. 内蒙古公路与运输，2022（1）：11-14.

[3] 梁波，高模量沥青混合料综合性能评价试验研究[J].山西建筑，2022，48（2）：108-111.

[4] 张晗、佟禹、贾劲松等，模量沥青胶结料性能试验研究[J]. 市政技术，2021，39（12）：114-117.

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