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1、高模量沥青混凝土技术应用的探索高模量沥青混凝土技术应用的探索何新原 严建和江苏省交通科学研究院股份有限公司 摘要：摘要：高模量沥青混凝土是一种新型沥青混合料，针对其独特的材料组成、配合比设计及施工生产环节要点，详细说明高模量沥青混凝土的特点，施工工艺，质量要求等重点，以保证工程质量。关关键词键词： ：高模量 沥青混合料 配合比设计 施工工艺高模量沥青混凝土（英文简写 HMAC,法语简写 EME 或者 BBME）是一种由低标号硬质沥青（或者用较低标号沥青加高模量外加剂）、连续级配的集料组成的沥青混合料，其特点是模量高因而可以减少路面结构层厚度。高模量沥青混凝于上世纪80 年代末期开始在法国研究应
2、用，首先是应用于路面的局部缺陷补强，后来逐步发展到应用于新建公路路面基层；联结层和表面层。到目前高模量沥青混凝土已有 20年的发展历史经验。在法国，自 1990 年起，每年生产的低标号硬质沥青在 5 万吨以上、生产的成品高模量沥青混凝土在 100 万吨以上，我国 2006 年施工的江苏省沿江高速公路宁常段也使用了高模量沥青混凝土。在我国承接的最大海外工程项目，中国中信-中国铁建联合体（CITIC-CRCC）承接的阿尔及利亚东西高速公路中西标段共 528 公里长度的里程中，路面基层和路面联结层全部设计为高模量沥青混凝土。高模量沥青混合料在结构组成和技术要求等方面与普通热拌沥青混合料有区别，因此在
3、配合比设计及路面施工方面与普通的沥青混凝土路面也有所不同。阿尔及利亚东西高速公路全部采用现行欧洲规范设计，中西标段路面结构层设计为 7-9cm 的 EME2 0/14 底基层、9-11cm 的 EME2 0/14 基层、5.5cm 的BBME0/10 联结层、3.5cm 的 BBMA0/10 磨耗层，与普通的沥青路面相比，路面结构层厚度降低了 20-30cm。1、高模量、高模量沥沥青混凝土的原材料控制青混凝土的原材料控制1 1 粗集料粗集料高模量沥青混凝土路面能否达到预期的性能与矿料有很大的关系，连续的矿料级配是高模量沥青混凝土是否能符合要求的必要条件。粗集料在沥青混凝土中的作用是通过颗粒间的
4、嵌锁作用提供稳定性，通过其摩擦作用抵抗位移。其形状和表面纹理都影响沥青混凝土的稳定性，所以选择粗集料时，要严格按照粗集料的技术要求选择。粗集料必须是石质坚硬、清洁、不含风化颗粒、有较好的颗粒形状和棱角性的优质石料，粒径大于 2.0mm。应选用反击式破碎机轧制的碎石，严格限制集料的细长扁平颗粒含量。表 1 粗集料技术要求类别LA+MDELAMDEAPD553530152注：表中 LA 为洛杉矶磨耗率（%）；MDE 为微的瓦尔磨耗率（%）；A 为细长扁平率（%）；P 为表面洁净度（%）1 2 细细集料集料细集料采用采用坚硬、洁净、干燥、无风化、无杂质并有适当级配的的机制砂，石质为石灰岩，要求具体有
5、良好的棱角性并严格控制洁净度；其技术要求满足表 2的规定。表 2 细集料技术要求 技术指标技术要求胶浆与沥青软化点差值（注）10TBA 20砂当量60亚甲蓝值2注：本试验采用细集料中 0.125mm 筛下的粉料，胶浆采用 60%粉料，40%的 50/70 沥青。1.3 填料填料填料宜采用石灰岩碱性石料经磨细得到的矿粉。矿粉必须干燥、清洁，不得含有泥土和有机矿物质。填料的质量要求要满足 XP P 18-540 标准中规定的三类矿粉技术要求，见下表 4。表 3 填料的技术要求 通过率VBFIVR比表面积（M2/kg） 矿粉类型 2mmD0.1250.063上限上限TBA 上限F310085-998
6、070104010-2035使用含有一定生石灰含量的掺合填料时，在 EME2 总质量中生石灰的含量不应该超过 1%。1.4 沥沥青青结结合料合料沥青是沥青混凝土的主要组成材料之一，是决定沥青混合料质量和模量高低的主要因素。高模量沥青结合料必须具有高粘度，与集料有很好的粘附性，以便保证沥青混凝土有足够高的弹性模量以及高温稳定性和低温韧性。因此选择沥青时，除了要注意沥青自身品质的优劣以外，还要注意沥青标号对当地环境、气温的适应性。为了达到高模量沥青混凝土的设计高模量，可以直接选用 20/30 低标号硬质沥青，也可以选用 30/45 或者 35/50 号沥青加高模量添加剂作为沥青结合料。欧洲规范中各
7、类硬质沥青分类技术标准如下表：表 4 沥青原材料技术要求（NF EN12591）分级类别单位试验方法20/3030/4535/5040/6025 度针入度0.1mmEN 14262030304535504060软化点EN 14275563526050584856闪点，最小值EN22592240240240230溶解度，最小值%EN1259299.099.099.099.0EN 12606-12.22.22.22.2蜡含量，最大值%EN 12606-24.54.54.54.5旋转薄膜烘箱抗老化性能（EN12607-1）质量变化，最大EN12607-10.50.50.50.5残留针入度比，最小EN
8、12607-355535350老化后软化点，最小EN142757545249软化点的提高，最大值EN14278889因为阿尔及利亚东西高速公路项目新建里程长，工程量十分巨大，沥青耗用量大，如果直接使用 20/30 号沥青的话，沥青供应无法满足要求，所以我们采用了35/50 号沥青加高模量添加剂作为结合料的方法来达到高模量沥青混凝土的效果。1. 5 高模量添加高模量添加剂剂为了达到设计的高模量标准，在使用的沥青针入度高于 30 的情况下，必须使用高聚物及树脂组成的高模量添加剂来提高沥青混凝土的模量。阿尔及利亚东西高速公路中标段 169 公路使用了法国 PR PLAST 添加剂作为高模量沥青混凝土
9、添加剂；西标段 359 公里则使用了中国江苏宝利沥青股份有限公司的 ZQ-1 添加剂。2、高模量、高模量沥沥青混凝土配合比青混凝土配合比设计设计阿尔及利亚东西高速公路中标段的高模量沥青混合料配合比设计委托法国试验室完成，西标段则从英国 Cooper 公司购置了全套欧洲规范体系下的沥青配合比试验仪器，自主完成了高模量沥青混合料配合比设计工作。本文以西标段 EME2 0/14 配合比设计为例（EME2 0/14 表示设计的 EME 高模量沥青混凝土等级为 2 级，最大公称粒径为 14mm 的意思）。2.1 EME2 0/14 沥沥青混合料技青混合料技术标术标准准表 5 EME 混合料路用性能技术要
10、求 在EME0/14上进行试验等级1等级218多列士试验（EN12697-12）：浸水抗压强度r/干燥抗压强度R0.700.75下列试验项目的试件孔隙率要求（%）7-103-6车辙试验（EN12697-22）：10cm试件60；30000次 变形比7.5%7.5%复合模量试验（EN12697-26）：20；10Hz11000MPa14000 MPa疲劳试验（EN12697-24）：10；25Hz，106次，微应变100def130def2.2 配合比配合比设计设计程序程序欧洲（法国）规范中根据混合料所应用的路面结构层的功能和道路的重要程度，将混合料设计分为 4 个等级，如下表 6 所示。表 6
11、 不同等级试验所必须进行的混合料试验内容类别等级 1等级 2等级 3等级 4GSC 试验Duriez 试验轮辙试验复合模量试验疲劳试验4 个水平中部包含了旋转剪切压实和 Duriez 两个试验，即无论混合料用于路面磨耗层还是路面的联结层，也无论路面的等级高低都要进行这两个试验。在这几个不同的试验水平中，只有在水平 1 的试验结果合格后才能进行其他水平的实验内容。在本项目的路面结构设计中，EME2 底基层和基层主要承受疲劳拉应力，所以配合比试验也需要做到疲劳试验，即需要进行 4 级混合料试验。2.2.1 级级配配优优化化选择选择及及沥沥青、添加青、添加剂剂用量用量选择选择根据欧洲已有的工程经验，
12、在一定级配范围内选择 2 个以上级配曲线，根据级配分布确定各个级配方案的油石比，最低油石比采用如下方法确定。粘合剂含量=5.K加上：fsSG135123 . 225. 0100pr65. 2pr:集料合成表观密度（NF P98-559）G：合成级配中大于 6.3mm 的集料比例。S：合成级配中介于 6.3mm-0.315mm 的集料比例。s：合成级配中介于 0.315mm-0.08mm 的集料比例。f：合成级配中小于 0.08mm 的集料比例。K：沥青丰度系数。K 的取值是限制混合料的最小油石比，对于不同等级的混合料，K 值必须不小于表 7 中的取值。表 7 EME 混合料的最小丰度系数 K
13、混合料的等级EME1EME2 K2.53.4表 8 EME 混合料的设计孔隙率 混合料等级 设计旋转压实次数Nd（NF P98-252）： EME1 EME2对于EME 0/14，设计旋转压实次数100；106对不同的级配方案进行旋转压实试验（设计旋转压实次数及空隙率要求见表 8）。对成型后的试件进行体积指标的计算，根据经验选取合适的级配曲线。在级配选择确定后，根据实际情况，在原有的油石比基础上选 2 个以上的油石比再进行混合料的旋转压实成型，根据经验选用能够保证技术指标同时具有一定经济性的混合料方案，最终选定油石比为 5.5%，ZQ-1 添加剂用量为 0.6%。2.2.2 进进行抗水行抗水损
14、损害害试验试验采用 Duriez 试验方法进行抗水损害验证试验，混合料的抗水损害性能为浸水后强度 r 和无浸水强度 R 之间的强度比。在试验结果满足表 5 中的技术标准后进行下一阶段的试验内容，最终试验结果为 0.98。2.2.3 进进行行车辙试验车辙试验对于 EME2 0/14 混合料，车辙成型厚度为 10cm，得到的混合料的高温性能要满足表 6 中的要求，才能进行下一等级的试验。2.2.4 进进行模量行模量试验试验在欧洲规范中，复合模量试验有两种方法，一种是两点弯曲；另一种是直接拉伸。本项目采用两点弯曲试验方法进行复合模量试验，其试验条件是 15下 10Hz 时的模量，对于直接拉伸试验，其
15、等效条件 15、0.02s 时的模量，两种方法得到的结果均要不小于 14000MPa。2.2.5 进进行抗疲行抗疲劳试验劳试验疲劳试验的同组试件应选择空隙率相互差值在0.25%以内或密度在0.04g/cm3以内。据经验选取三组应变控制水平，最终对三组数据进行回归得到时 106的变形，该数值要满足表 5 中的要求，才能最终表明配合比设计成功。2.3 最最终设计试验结终设计试验结果（以其中一果（以其中一组组配合比配合比为为例）例）选定的级配如表 9： 表 9 EME2 0/14 级配表筛孔直径（MM）1614.0 12.5 10.0 8.0 6.3 4.0 2.0 1.0 0.3150.250.0
16、80.063通过率（%）10097.5 92.2 75.4 63.0 57.2 47.8 33.8 21.7 12.711.8 7.4 6.9粘结剂用量及各项性能试验指标如表 10：表 10 EME2 0/14 沥青混合料性能指标试验结果油石比（Naftal35/50沥青）： 5.5%ZQ-1添加剂： 0.6%试验项目（EME2 0/14）规范要求试验结果18多列士试验（EN12697-12）：浸水抗压强度r/干燥抗压强度R0.750.98下列试验项目的试件孔隙率要求（%）3-63.1车辙试验（EN12697-22）：7.5%2.110cm试件60；30000次 变形比复合模量试验（EN12697-26）：20；10Hz14000 MPa14243 MPa疲劳试验（EN12697-24）：10；25Hz，1
