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1、一.背景公路桥面铺装层为路面最薄弱环节之一。一方面与普通沥青路面相比桥面铺装气候、行车条件更为严酷，破坏现象出现更早，破坏更严重。另一方面，桥面沥青铺装层对桥面沥青混凝土层起着保护层的作用，既要封水，减少降水对桥面水泥混凝土层的侵蚀，又要缓和行车荷载对桥面水泥混凝土层的冲击作用。由于桥面水泥混凝土层与沥青层的模量相差很大，作用界面上应力相对集中，行车荷载作用时，桥面沥青混凝土层的受力作用比普通沥青混凝土路面要大得多。这种作用力主要是两种作用形式，一是行车荷载产生的剪应力，二是桥面形变产生的剪应力。正是这些作用条件，要求桥面沥青铺装层与水泥混凝土层面具有良好的连接界面和较高强度的沥青路面铺装层。
2、由于水的存在，要求粘结材料必须具有良好的水稳定性。为提高沥青混合料的高温稳定性，减小车辙和层间破坏，该项目调查了国内外近年来在沥青桥面铺装技术方面的研究成果，通过大量的室内对比实验研究，在初步研究的基础上提出，采用高模量沥青混凝土是一种有效的方法。高模量沥青混凝土（High Modulus Asphalt Concrete）的理念最初由法国提出，在高模量沥青混凝土技术应用上旨在提高解决沥青路面在使用过程中出现的面层抗车辙能力不足及基层刚度不够的问题，并在法国成功使用已超过 20 年的时间。依据法国铺设之经验显示：与 AC 相比较而言， 使用的是高粘性沥青，设计出的混合料是具有高含量的胶结料和低
3、的空隙率，因此，能够有较好的抗疲劳能力；比较传统的软沥青，高粘沥青具有较低的愈合能力。混合料具有的高模量可以减少传递到底基层的应力，在与 AC 相同的厚度层的情况下；沥青含量大约在 6%（油石比） ，HMAC 的密实度、耐久性、抗车辙能力及抗疲劳能力均明显比传统密级配沥青混合料要好，是一种高模量高质量的沥青混凝土。高模量混凝土应用于桥面铺装，可通过提高沥青混凝土的模量，降低了与水泥混凝土板的模量差异，降低车辆荷载作用下沥青混凝土产生的变形，减少沥青混凝土的不可恢复的残余变形，提高路面抗高温变形能力，延缓车辙的产生，降低车辙深度，改善路面的疲劳性能，延长路面使用寿命。采用高模量沥青混凝土材料，不
4、仅可以减少桥面铺装本身的车辙，而且增加了铺装层对荷载的分布能力，有助于减小行车荷载产生的剪应力和桥面变形产生的剪应力，同时，由于空隙率下，其防水效果有了大幅度的提高，对增强桥面铺装的整体防水能力非常有利。二、国内外研究概况高模量沥青混凝土最早使用的是在法国，随着交通荷载对道路性能要求的不断提高，越来越多的国家和地区开始重视高模量沥青混凝土的生产，并着手研究此种路面材料的设计方法和施工工艺等，例如英国、意大利、葡萄牙和美国等。（1）法国按照法国高模量沥青混凝土标准 NF P98-140 中定义，复数模量（15，10Hz）14000MPa 的沥青混凝土才能成为高模量混凝土。1980 年，以 GBT
5、HP（法文名称）命名的高模量沥青混凝土问世，主要应用于路面补强和路面部分开挖重建工程中，主要是针对城市道路因受到地下管道、路缘石等障碍的约束，开挖深度受到限制，而首次使用此高模量沥青混凝土，发挥其高模量和更高的抗疲劳能力而降低铺筑层厚度，同时保证其在路面设计寿命内，提供相同的服务能力的同时，不会出现早期的结构破坏情况。80 年代末期，新建高速公路基层、粘结层大量铺筑薄层高模量沥青混凝土BBTM。从 2004 年起，有 LCPC 组织对高模量沥青混凝土展开系统研究。目前在法国国内采用高模量沥青混凝土，主要通过两条途径：一是采用低标号沥青，即30#以下的沥青，主要采用的是 20#沥青，另一种是采用
6、高模量添加剂。（2）英国英国的沥青研究部门 Tarmac 和 Nynas 于 2002 年启动了一项针对高模量沥青混凝土的专项研究，目的在于制订出一套新的适用于英国的关于高性能沥青混凝土的规范。该项目取得了较为显著的成果，大量的试验数据显示高模量沥青混凝土 EME2 是一种强度和耐久性都令人满意的路面材料，已经被交通部门推荐给公路代理商和养护部门。由于 EME2 混合料是集料和沥青胶结料经过特殊的配合比组合来满足特定的性能要求，因此要发展 EME2，关键是要形成一套专门的混合料配合比设计方法。在 2003 年底，整个项目的研究成果总结为 TRL636 报告，由沥青生产商、公路代理商和施工单位等
7、起草出第一套 EME2 规范，其中包括 EME2 设计、生产和铺筑要求，该规范目前已经投入使用。（3）意大利A Montepara 和 G Tebaldi 等人曾对高模量沥青混凝土和三种改性沥青混合料基层展开调查研究，目的是分析高模量沥青混凝土的路用性能以及提高基层承载力的实际效果，他们还提出了正确使用高模量沥青混凝土基层的要点。（4）葡萄牙J.Transp.Engrg 等人针对葡萄牙的炎热气候，展开了对高模量沥青混凝土抵抗车辙能力的研究，通过对 16km 试验路的跟踪测试，总结了高模量沥青沪宁图的永久变形参数，从而为准确地预估车辙量提供依据。（5）美国Virginia Transportat
8、ion Research Council 在 2004 年发起了对高模量沥青混凝土作为长效性沥青路面中、下面层的研究，并着重对高模量沥青混凝土的设计方法和费用展开研究，该项目计划历时两年完成，目前还在研究进程中。三、高模量沥青混合料胶结料设计高模量沥青混凝土具有硬胶结料、高胶结料用量、连续级配、低空隙率的特点，胶结料的硬度通过使用低标号硬质沥青或掺配工艺来实现，高粘硬质沥青，在法国已有 20 多年的发展历史，为缓解沥青路面车辙和刚性沥青基层的施工技术难题，提供了解决方法。通过现场性能，没有出现低温或者温度疲劳裂缝的迹象。硬质沥青的力学特征主要依赖于沥青的生产过程，因为这直接影响了沥青的组分分布
9、和分子胶体结构。对于在 25具有相同 PG 的沥青而言，流变试验结果显示很大的差异特别是模量和相位角。这将导致其在低温时表现的很不同的性能。尽管如此，仍然需要进行大量的试验，以来更好的评估沥青表现出差的性能与组分间主要的关联因素。为了更好的发挥硬质沥青的优点，有必要优化混合料的设计。这不是说简单的只是改变沥青胶结料的种类。值得强调的一点是：总结起来，当高模量沥青混合料用于基层和底基层时，主要有以下三种途径：使用低标号的硬质沥青结合料主要特性为：25 针入度 10 20（0.1mm） ；软化点 65 80 ；160 粘度 400 600 MPas。添加高熔点天然沥青高熔点天然沥青是一种天然的固体
10、碳氢化合物树脂；不仅可以混合在沥青里形成一种预先制备的结合料，而且还可以以粉末状添加剂直接加入到拌和机里。不管采取何种制备方法，得到的结合料应具有：25 针入度：8 18（0.1 mm） ；软化点：65 80 。添加聚烯烃类物质选用的聚烯烃类物质（实质上是聚乙烯类）直接加入到热拌混合料中。在第一阶段，它们分散并熔化在热集料中。然后注入沥青，部分溶解聚烯烃。得到的混合物被裹有一层复合结合剂，在其中聚烯烃提供了一个很高的力学性能，而沥青作为塑化剂、填充剂和粘合剂。在混合料中加入废旧 PE 的方法也可提高混合料模量，但要达到高模量低标号沥青混凝土的模量，除废旧 PE 外，都比较昂贵，掺加废旧 PE
11、的方法所得到的混合料抗车辙性能是最好的，但费用比低标号沥青略高。当高模量沥青混合料用作磨耗层时，由于直接承受重交通的增长和破坏性轴重的作用，同时对环境变化的敏感性及相应的变化幅度更大，热应变的问题更加突出，因此，要求表层混合料除具有很高的硬度外，还需要具有良好的抗疲劳能力和低温抗裂能力，因此在磨耗层使用非常硬的沥青（针入度1020（0.1mm）很可能导致低温开裂，因此采用以下技术来生产面层用的高模量沥青混凝土（HMAC）：添加高熔点天然沥青形成的结合剂的特性为：(a)25 针入度 12 35（0.1 mm） ；(b)软化点 60 75 。添加聚烯烃使用聚合物改性沥青聚合物改性沥青主要指在基质沥青中掺加 SBS、EVA、SBR 等改性剂加工而成的沥青，在这里特别介绍高粘度合成橡胶改性沥青，这种合成橡胶是一种SBS 热塑橡胶（苯乙烯丁二烯苯乙烯嵌段共聚物） 。这种类型的混合料具有较高的模量、较强的抗车辙能力和很好的抗疲劳性能。
