关键词：重载交通 | 沥青混合料 | 高模量剂
重载交通的出现，导致部分现役高速公路沥青路面使用性能下降，影响交通运输安全。为此，本文针对重载交通条件下的高模量沥青混合料路用性能进行研究，通过相关试验，确定沥青路面zui佳级配类型及高模量剂掺量，旨在保证道路使用性能。
试验原材料
改性沥青：沥青作为重要的胶结材料，能有效提升混合料的稳定性。本研究采用克拉玛依SBS改性沥青作为沥青面层材料，各项性能指标均符合标准要求。
集料：粗细集料均采用质地坚硬的玄武岩，表面洁净，粒径均匀，针片状含量及棱角性符合相关标准要求。
填料：填料作为沥青混合料重要组成部分，通过与沥青的结合，形成胶结材料，显著提升结构稳定性。本研究矿粉选用石灰岩磨细矿粉，相关性能指标完全符合标准要求。
高模量剂(PR)：高模量剂作为一种新型高分子聚合物，能有效增强沥青混合料黏聚力，提高高温性能。本研究选用的高模量剂各项性能指标完全符合标准要求。
试验方案设计
试验内容
本文选用 AC-13、SMA-13、Sup-13 三种级配类型配制沥青混合料，并依次掺加 0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8% 高模量剂，对不同高模量剂掺量下各种级配混合料路用性能进行研究。主要试验方法为：高温车辙、浸水马歇尔、冻融劈裂、低温小梁破坏及四点弯曲疲劳试验。
试验方法
根据 《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20—2011) 进行各项试验，具体试验要求如表1所示。
试验配合比设计
本文以高模量剂掺量 0、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%，分别成型 AC-13、SMA-13、Sup-13 沥青混合料，探究不同高模量剂掺量下三种混合料路用性能的变化情况。根据各种混合料基本特征及高模量剂掺量差异，共设计15组不同类型的沥青混合料，并对其路用性能进行检测，各种组合方案油石比如表2所示。
由表2可知：
①高模量剂掺量越大，油石比越小，主要是由于高模量剂内部含有黏弹性材料；
②与 SMA-13 相比，AC-13、Sup-13 油石比更低，其根本原因在于 SMA-13 为间断级配，内部粗集料、矿粉含量较大。因此，为保证集料间的黏结效果，沥青用量随之增大。
试验结果分析
高温稳定性
高温稳定性主要反映沥青混合料在高温及交通荷载联合作用下的抗变形能力。尤其对于重载交通路段，要求沥青路面上面层bi须具备良好的抗变形能力。本文通过高温车辙试验，动态模拟交通荷载作用下混合料动稳定度变化情况，具体结果见图 1。
由图1可知：
①当高模量剂掺量不断增大时，其动稳定度逐渐增大，但增幅越来越小，当其掺量超过0.6% 时，动稳定度增幅明显降低；
②当高模量剂掺量为0.6% 时，AC-13、SMA-13、Sup-13 动稳定度依次为3 784、4 321、4 027 次/mm，与未掺加高模量剂的混合料相比，其高温稳定性依次提升24.87%、34.26%和29.19%。
水稳定性
水损破坏主要指沥青混合料受到水体侵蚀后内部沥青与集料之间黏附能力降低，使得集料、沥青彼此分离，产生松散、开裂等现象。试验检测中常以残留稳定度、劈裂强度比对混合料抗水损能力进行评估。严格按照相关试验要求成型标准试件，对不同高模量剂掺量下的三种混合料水稳定性进行检测，其浸水残留稳定度、冻融劈裂强度比变化规律如图2、图3所示。
由图2、图3可知：
①高模量剂掺量越大，残留稳定度、劈裂强度比越大，但增幅较小；
②三种混合料中，AC-13水稳定性较好，主要由于其为密级配结构，内部集料分布较为均匀。同时，高模量剂有效增大了各集料之间的挤密作用，使混合料密实度进一步提升，有效阻止水分子渗透，因此其抗水损能力zui佳；而 SMA-13、Sup-13混合料内部孔隙相对较大，集料相互分离，从而造成混合料水稳定性明显下降。
低温抗裂性
为探究三种级配混合料的低温抗裂性能，严格按照相关标准要求制备低温小梁试件，利用液压式压力机在-10 ℃温度条件下进行压力破坏试验，根据低温破坏应变对混合料低温性能进行评价。低温性能试验结果如图4所示。
由图4可知：
①高模量剂掺量越大，破坏应变越大，充分表明其低温抗裂性显著增强；
②当高模量剂掺量由 0 增至 0.80% 时，AC-13、SMA-13、Sup-13 破坏应变依次增大14.31%、28.17% 和28.09%，充分表明高模量剂能有效增强混合料低温抗裂性能，且 SMA-13、Sup-13混合料低温性能更加突出；
③相较于 AC-13、Sup-13 混合料，SMA-13混合料的低温性能更加you秀，抗开裂能力zui佳。
抗疲劳性能
沥青路面在重载交通作用下极易出现疲劳破坏，严重影响路用性能。因此，为有效探究不同高模量剂掺量下三种级配混合料的抗疲劳性能，严格按照相关标准要求开展四点弯曲小梁试验，通过应变水平实施加载，应变水平采用650uε，其疲劳寿命变化曲线如图5所示。
由图5可知：
①高模量剂掺量越大，沥青混合料疲劳寿命越长，且 AC-13 抗疲劳性能增幅较大，SMA-13、Sup-13 抗疲劳性能增幅相对较小，充分证明高模量剂对AC-13抗疲劳性能影响较大；
②从整体来看，SMA-13、Sup-13 抗疲劳性能优于 AC-13，主要是由于SMA-13、Sup-13内部粗骨料嵌挤形成骨架密实结构，耐久性能更加突出；
③高模量剂掺量由0增至0.80%时，AC-13、SMA-13、Sup-13疲劳寿命依次增da45.06%、17.04%和34.97%，充分表明高模量剂能有效增强混合料抗疲劳性能。
工程应用
根据上述研究可知，高模量剂可增强 AC-13、SMA-13、Sup-13混合料的路用性能，且SMA-13混合料路用性能更加突出，用于重载交通路段效果更好。为有效验证试验结果的准确性，本文依托某高速公路项目施工实践，采用高模量剂掺量为 0.6%的SMA-13与Sup-13混合料进行施工，并与未掺加高模量剂的路段施工效果进行比较。待该项目施工完成后，对其平整度、构造深度、渗水系数等指标进行检测，详细数据如表3所示。
由表3可知：相较于Sup-13及未掺加高模量剂的沥青路面，高模量剂掺量为0.6%的SMA-13沥青路面平整度、构造深度及渗水系数有所提升，但构造深度相对较大，主要与 SMA-13 构造特征有关，SMA-13 为典型的骨架密实结构，透水能力也得到大幅提升。
结论
综上所述，本文通过室内试验，对高模量剂掺量 0、0.2%、0.4%、0.6%、0.8% 条件下，AC-13、SMA-13、Sup-13 沥青混合料路用性能进行检测分析，得出如下结论：
1）AC-13、SMA-13、Sup-13三种级配混合料中，SMA-13 抗疲劳及高、低温性能zui佳，AC-13水稳定性zui佳。
2）高模量剂内部含有黏弹性材料，能有效增大沥青混合料内部集料之间的黏聚性能，使混合料结构更加密实，总体来看，SMA-13 混合料路用性能更加突出，用于重载交通路段效果更好。
3）工程实践表明，相较于 Sup-13及未掺加高模量剂的沥青路面，高模量剂掺量为0.6%的SMA-13 沥青路面平整度、构造深度及渗水系数有所提升，说明其在重载交通条件下的路用性能更佳。
参考文献：
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原创作者：杨梦佳，陈欣，中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北 武汉
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棱柱体小梁四点弯曲试验是 2011 年交通部行业标准《公路工程沥青及沥青混合料规程》增加的评价沥青混合料疲劳性能和测量劲度模量的非常重要的试验方法。该方法可以在DTS多功能动态试验系统中进行，也可以使用单独式系统，搭配温控环境箱进行试验。尤其对于试验任务量比较大的单位，因为疲劳试验可能持续的时间比较长，几小时到几天、甚至几周，所以配备一套单独式的沥青混合料疲劳试验系统是非常有必要的。
意大利matest-澳大利亚Pavetest气动伺服四点弯曲疲劳试验机 (4PB) 是采用数字控制高性能伺服阀，提供高达60Hz的准确加载波形的气动伺服试验仪。四点弯曲疲劳试验机可加载半正弦波和正弦波，受控应变或受控正弦应力控制模式，测试多种尺寸沥青混合料小梁的弯曲劲度/模量。
适用规范
▍AASHTO T 321 热拌沥青混合料重复弯曲疲劳寿命
▍ASTM D7460 热拌沥青混合料重复弯曲疲劳损伤
▍AG:PT/T233 & ASTM 03 热拌沥青混合料重复弯曲疲劳寿命
▍EN 12697-24 Annex D- 棱柱体试件的四点弯曲试验
▍EN 12697-26 Annex B- 棱柱体试件的四点弯曲试验 (4PB-PR)
▍T0739-2011 沥青混合料四点弯曲疲劳寿命试验
产品特点
▍试样通过伺服电机驱动滚珠丝杠牢固夹紧，可始终维持预定的夹紧力，保证测试过程中试样在产生屈服变形时仍能被持续夹紧，夹紧力通过调节电机电流控制。
▍两个夹紧开关在仪器前方，用于试样梁的左右两侧和中间侧夹紧点的夹紧和放松。四个试样夹紧框可实现所有加载点和反力点的旋转和横向移动。
▍顶部夹紧块的标志线，可帮助操作者在夹紧前横向对中试样梁。
▍气动伺服系统使用底部气动加载作动器，配备高性 能气动伺服阀，PID 闭环控制，运行中的自适应控制，可始终维持测试所需的应力/应变。
▍薄型高性能不锈钢圆形荷载传感器，用于实时测量和控制荷载。主轴位移传感器可实现中间加载框架的准确定位。
▍试样表面位移传感器(On-specimen LVDT)可按设定进行控制并测量试样梁有效范围内的整体弯曲变形(而不是悬浮式的测量部分变形的方法)，符合相关标准的要求。
▍基于 Windows 的 TestLab 软件提供的用户界面，简单、效率高并符合有关国际标准。
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