关键词: 抗车辙性能 | 高模量 | 沥青混合料 | 路用性能 | 施工工艺

车辙是zui常见的路面病害之一，车辙损坏的维修也十分耗资费力。因为车辙不仅发生在表面，还经常危及中下面层，高速公路上交通量大，而车辙维修常常需要铣刨重铺面层，不仅影响正常通行，同时费用很高 [1]。针对车辙问题，国内外的许多学者提出各种各样的解决方法，其中有一种方法就是通过提高沥青混合料的模量来提高路面的抗车辙能力 [2-3]。已有研究表明，混合料模量越高，车辙深度越低。由此认为，解决车辙问题可以采用提高混合料模量的做法 [4-5]。因此，通过使用高模量沥青混合料铺筑路面的做法得到了广泛应用。

我国公路建设在迅速发展，但车辙仍然是bi须面对和迫切需要解决的问题 [6]。为解决中下面层的车辙问题，相关研究人员也尝试采用了改性沥青、外加剂、低标号沥青等措施，以提高中下面层抗车辙性能，但由于缺乏系统的设计和研究，研究结论和成果推广应用价值也不明显 [7-8]。文章依托某高速公路建设工程，从混合料设计方法、路用性能及施工工艺三个方面对高模量沥青混合料进行应用研究。

高模量沥青混合料（HMAC）设计

文章选择橡胶沥青、湖沥青复合改性沥青、岩沥青复合改性沥青、SBS 改性沥青 +PR.M 和 SBS 改性沥青 + 聚酯纤维 5 种改性沥青，以及 SBS 改性沥青、50 号硬质沥青，进行高模量沥青混合料的配合比设计研究。

原材料

沥青

文章共使用 5 种沥青胶结料，分别为 SBS 改性沥青（66.6%）+ 湖沥青（33.4%）；SBS 改性沥青（85%）+ 岩沥青（15%）；橡胶沥青；SBS 改性沥青；50 号硬质沥青。按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）对这 5 种沥青的各项指标进行试验，试验结果均满足规范要求。

集料

橡胶沥青、湖沥青复合改性沥青、岩沥青复合改性沥青所用集料为青山泉石料厂产石灰岩；硬质沥青所用集料采用长江石业有限公司提供的石灰石集料；矿粉选用镇江高资香山建筑材料厂生产的石灰石矿粉。按照《公路工程集料试验规程》（JTG E42—2005）对所用集料的各项指标进行试验检测，试验结果均满足规范要求。

HMAC-20 混合料配合比设计

（1）断级配橡胶沥青 HMAC-20 混合料设计结果。橡胶沥青采用间断级配，采用马歇尔设计法确定橡胶沥青混合料的zui佳油石比为 6.5%，经马歇尔各项性能试验检测后的各项指标均满足相关规范要求。

（2）连续级配掺外加剂 HMAC-20 混合料设计结果。文章结合前期研究结果进行了 SBS 改性沥青AC-20 混合料设计，并在其基础之上进行了添加高模量添加剂（PR.M）和聚酯纤维的试验研究，试验结果如表 1 所示。

高模量沥青混合料性能研究

高温稳定性能

此研究对 7 种沥青混合料进行室内车辙试验，采用动稳定度指标评价沥青混合料的抗车辙性能，试验结果如图 1 所示。

由以上试验结果可得以下结论：

（1）湖沥青复合改性沥青、SBS 改性沥青 +PR.M混合料的高温稳定性zui优。

（2）PR.M、聚酯纤维的加入都能改善 SBS 改性沥青混合料的高温稳定性，PR.M 相较于聚酯纤维有更好的改善效果。

抗水损害性能

当前，随着高性能沥青路面技术的引进，AASHTO T283 试验也被引入我国。AASHTO T283 试验采用的成型试件的方法更符合路面实际碾压过程。文章将采用 AASHTO T283 试验和我国规范规定的浸水马歇尔试验作为沥青混合料抗水损害的评价方法。

浸水马歇尔试验结果表明，7 种沥青混合料的残留稳定度均满足相关规范要求（≥ 85%）。其中，岩沥青复合改性沥青、SBS 改性沥青 +PR.M、橡胶沥青3 种混合料的残留稳定度较高，分别达到了 89.5%、92.6%、92.8%。SBS 改 性 沥 青、SBS 改 性 沥 青 +PR.M混合料的残留稳定度分别为 86%、86.9% ；AASHTO T283 试验结果表明，7 种沥青混合料的冻融劈裂比（TSR）均满足规范要求（≥ 80%）。其中，橡胶沥青、岩沥青复合改性沥青两种混合料的 TSR 值zui高，分别为 89.4%、94.1%。

综合这两种沥青混合料水稳定性试验的试验结果，可以得出如下结论：

（1）SBS 改性沥青 AC-20+PR.M、岩沥青复合改性沥青与橡胶沥青 AC-20 混合料的抗水损坏性能zui优。

（2）PR.M 对 SBS 改性沥青 AC-20 混合料水稳定性的改善效果相较于聚酯纤维更好。

抗疲劳性能

文章采用四点梁疲劳试验评价沥青混合料的疲劳性能，试验结果如图 2 所示。

从试验结果可以得出以下结论：

（1）橡胶沥青 AC-20 混合料的抗疲劳性能是zui优的，几种高模量沥青混合料的抗疲劳性能排序为，橡胶沥青＞ SBS 改性沥青 + 聚酯纤维＞ SBS 改性沥青＞岩沥青复合改性沥青＞ SBS 改性沥青 +PR.M ＞湖沥青复合改性沥青＞硬质沥青。

（2）聚酯纤维能够明显改善 SBS 改性沥青 AC-20混合料的抗疲劳性能；而 PR.M 对 SBS 改性沥青混合料的抗疲劳性能有不利影响。 

高模量沥青路面施工工艺

某高速公路在 K29+400 ～ K29+950 处进行了主线试验路中面层施工。

生产工艺

HMAC-20 混合料生产过程较简单，现场使用成品橡胶沥青，搅拌时间相比普通混合料延长 5 ～ 10 s，沥青加热温度需要达到 180 ℃以上。

碾压工艺

橡胶沥青 HMAC-20 混合料的压实工艺与传统中面层混合料压路机压实工艺有所区别，与以往橡胶沥青上面层混合料不能采用胶轮碾压的方式也不同。橡胶沥青 HMAC-20 混合料压实主要依靠初压钢轮压路机，并通过胶轮压路机复压来封闭表面空隙，减少路面渗水系数。压路机碾压时遵循“高频、低幅、紧跟、慢压”的原则。

初压开始温度不低于 155 ℃，选用 2 台 12 t 钢轮压路机，碾压速度保持在 1.5 ～ 3 km/h，各压 1 遍；复压zui低温度不低于 130 ℃，选用 3 台 26 t 胶轮压路机，碾压速度为 3 ～ 4 km/h，各压 2 遍；终压温度不低于110 ℃，选用 1 台 12 t 钢轮压路机以 3 ～ 4 km/h 的速度碾压 1 遍。

试验路段检测

此次试验段按照规范规定的频率进行抽检，项目组对试铺段钻取了 10 个芯样进行相关试验检测。压实度检测数据表明，芯样厚度平均值为 58.7 mm，满足相关规范要求（≥ 56.0 mm）；按室内成型的马氏毛体积相对密度计算，马氏压实度平均值为 98%，满足相关规范要求（≥ 96%）；按zui大理论相对密度计算值计算，理论压实度平均值为 93.4%，均满足相关规范要求（92% ～ 96%）。

结论

文章系统地对高模量沥青混合料进行了研究，提出了高模量沥青混合料的设计方法，并验证了其路用性能，zui后明确了高模量沥青路面的施工工艺。研究结果对提升高速公路的建设水平和质量、延长沥青路面的使用寿命，具有重要的工程实践价值，得到的主要结论如下：

（1）SBS 改性沥青 AC-20 混合料掺外加剂试验结果表明：PR.M 和聚酯纤维都能提升 SBS 改性沥青混合料的高温稳定性、水稳定性，且 PR.M 相较于聚酯纤维有更好的改善效果；添加聚酯纤维能够明显改善 SBS改性沥青混合料的抗疲劳性能，而 PR.M 对 SBS 改性沥青混合料的抗疲劳性能有不利影响。

（2）综合各项沥青混合料路用性能试验结果，橡胶沥青混合料具有良好的高温稳定性、水稳定性和抗疲劳性。

（3）结合 HMAC-20 混合料特点，提出了对其拌和、碾压的技术要求，特别是shou次提出对于橡胶沥青HMAC-20 混合料可以采用胶轮压路机碾压。

参考文献：

[1]曹航.基于抗车辙功能的高模量沥青混凝土路面结构力学分析[D].石家庄: 石家庄铁道大学,2018.

[2]王森.双层高模量沥青混凝土路面结构受力特性分析[J].北方交通,2021(5):67-70.

[3]连城.水泥乳化沥青混凝土快修材料组成设计及抗滑处置技术研究[D].西安:长安大学,2017.

[4]冯英涛.基于性能评估的高模量沥青抗车辙试验段研究[J]. 西部交通科技,2021(11):21-24.

[5]孙雅珍,顾彬诚.高模量沥青混合料路用性能试验及AHP 综合性能评价[J].沈阳建筑大学学报(自然科学版),2019,35(4):684-691.

[6]关志娟,刘新海,李善强,等.高模量改性沥青胶结料和混合料的高温性能研究[J].广东公路交通,2020,46(4):1-6.

[7]王永斌,税欢,严红.高模量重载交通沥青混合料路用性能试验研究[J].路基工程,2021(1):74-78.

[8]郭寅川,张争明,邵东野,等.高模量天然沥青混合料设计及路用性能对比研究[J].硅酸盐通报,2021,40(8):2811-2821.

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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。

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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

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