以某新建高速公路工程为依托，针对该公路所在地区特殊的环境条件及重载交通运行量大等客观实际，选取法国产PRModule和PRSPLAST功能型高模量添加剂进行了沥青混合料试件制备，并开展高模量沥青混合料高温稳定性、低温抗裂性、水稳性、抗疲劳性能等的试验，以研究不同类型添加剂对沥青混合料路用性能的影响。结果表明，高模量添加剂可在不影响普通沥青混合料低温性能的基础上提升其高温稳定性、抗水损性和抗疲劳性能，且PRSPLAST功能型高模量添加剂的改善效果较为显著。
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PRModule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。
1、工程概况
某新建高速公路全长49.km，本标段为第2合同段，起讫桩号为K+—K+，线路长10.km，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.×m3和93.×m3。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。
2试验方案
2.1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.mm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，必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cm，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℃，15℃的密度为1.g/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.g/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》（JTGE20—）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著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PRModule和PRSPLAST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，PRModule添加剂尺寸为5mm，熔点为℃，质量密度为0.95~0.g/cm3；PRSPLAST加剂尺寸2~4mm，熔点为~℃，质量密度为0.90~0.g/cm3。
2.2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最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、松散剥落等显著病害。根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTGE20—），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με、με和με下进行普通AC-20沥青混合料、PRModule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。
3、试验结果及分析
3.1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次/mm，而按照设计配比掺加PRModule和PRSPLAST高模量添加剂后动稳定度实测均值均超出00次/mm，且PRSPLAST型高模量沥青混合料高温稳定性能最优。
3.2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.7με，PRModule型及PRSPLAST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；PRSPLAST型高模量沥青混合料劲度模量比普通沥青混合料高.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，PRModule型及PRSPLAST型高模量沥青混合料均能在显著改善混合料高温稳定性能的基础上，保持稳定的低温性能。
3.3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最高可达1.26MPa，远远高于普通AC-20沥青混合料0.MPa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，沥青膜厚度也显著增加[3]。此外，PRModule型高模量沥青混合料和PRSPLAST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。
3.4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]。
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著提升；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；最后，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，PRModule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，，40（2）：-，.
[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，（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，，48（2）：-.
[4]张晗、佟禹、贾劲松等，高模量沥青胶结料性能试验研究[J].市政技术，，39（12）：-.
文章转载于沥青新视界