不同高模量EME-14 瀝青混合料路用性能研究

徐德根 王小虎 張生軍

（江蘇創為交通科技發展有限公司）

0 引言

瀝青路面是我國最常見的路面形式之一，能有效滿足路用性能的需要，但隨著車流量的增加，尤其是重載車輛的數量和載荷也不斷增大，隨之出現的瀝青路面車轍、推移、坑槽、低溫開裂等病害問題越來越突出[1]。其中車轍病害約占瀝青路面早期病害70%[2]，車轍直接影響行車的舒適性和安全性，降低了路面的使用性能[3]。2018 年，交通運輸部發布了《公路水運品質工程評價標準（試行）》，提出將長壽命、耐久性作為路面建設考核評估的主要指標，以有效解決因超載重載、渠化交通等引起的車轍等路面病害問題，并使路面長壽命耐久逐漸成為道路建設的重要目標[4]。采用高模量瀝青混凝土提高路面的整體剛度，從而使瀝青路面的高溫抗車轍性能得到改善，成為被世界各國廣泛采用的解決路面車轍問題的方法。

高模量瀝青混合料EME（EnrobésàModule Elevé），起源于法國，并在法國大量工程中成功應用。EME 混合料采用低標號瀝青或摻加添加劑方法（聚烯烴高模量劑或天然瀝青），混合料級配為懸浮型密級配，同時瀝青用量高，一般為5.2%～6.2%。該混合料具有空隙率低、動態模量高的特點，同時兼具良好的抗疲勞性能、抗高溫性能[5]。目前，國內主要采用摻加高模量劑的方法來生產高模量瀝青混合料，而不同種類的高模量劑對瀝青混合料的性能影響較大。因此，本研究采用三種不同的高模量劑制備耐久性高模量EME-14 混合料，并對其路用性能進行對比分析，明確不同種類的高模量劑對EME-14 混合料性能的影響規律，這對耐久性高模量瀝青混合料的推廣應用具有重要意義。

1 原材料

1.1 瀝青

選用SK 70#基質瀝青，其技術指標滿足《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40-2004）[6]中的相應要求。

1.2 高模量劑

高模量劑為工程中實際應用的3 種，高模量劑編號、名稱、廠家推薦摻量、材料組成見表1、圖1。

表1 高模量劑類型、名稱、摻量、材料組成

1.3 集料

粗、細集料、礦粉：來自南京路橋拌合場。粗集料規格分別為：(10～15mm、5～10mm、3～5mm)；細集料規格為0～3mm。上述各項原材的技術指標均符合《公路瀝面施工技術規范》（JTG F40-2004）[6]中的相應要求。

2 EME- 14 瀝青混合料配合比

根據法國EME 配合比設計方法，采用法國標準篩和中國標準篩對比，利用旋轉壓實設備，進行EME-14 瀝青混合料配合比。旋轉壓實設備要求見表2，設計的EME-14 合成級配見表3、表4 以及圖2。設計的配合比結果見表5。從表5 可以看出：采用EME 高模量劑用油量最小，且空隙率最小，PR MOUDLE 高模量劑用油量最大，而空隙率也較大。

表5 設計的EME-14 配合比試驗結果匯總

表2 旋轉壓實設備要求

表3 各種礦料的合成級配通過率明細（法國標準篩分）

表4 合成級配通過率明細表（中國標準篩分）

3 EME- 14 混合料性能研究

3.1 高溫抗車轍性能

按照JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》[7]的要求成型車轍板，尺寸為300mm×300mm×50mm。采用全自動車轍試驗儀測試動穩定度。輪壓為0.7MPa，橡膠輪碾壓速度為（42±1）次/min，測試溫度為60℃、70℃、80℃，結果見表6。

從表6 可以看出，隨著溫度的升高，3 種高模量劑制備的混合料動穩定度都逐漸降低。從相同溫度下的動穩定數值看：在60℃時，三種高模量劑均具有優異的抗車轍性能，其動穩定度均已超過10000 次/mm；但在80℃時，B-PR 和C-CW 制備的EME-14 混合料的動穩定度為分別為3685 次/mm、4345 次/mm，仍然大于3000次/mm，是A-EME-14 混合料的1.6 倍和1.8 倍。C-CW 高模量瀝青混合料高溫抗車轍性能最好。

表6 不同EME-14 混合料車轍試驗動穩定度

3.2 動態模量

采用旋轉壓實儀成型不同高模量劑混合料D150mm×H180mm 圓柱體試件，并進行取芯切除二頭，取芯樣 D100×H150mm 的圓柱體作為實驗試件。采用UTM-30 型試驗機進行動態模量試驗，試驗溫度為15℃，頻率為10Hz，測試結果見圖3。從圖3 可看出，三種高模量劑制備的EME-14 混合料的動態模量均＞14000MPa，且相差不大，均能滿足法國高模量混凝土對動態模量的技術要求。說明采用這三種高模量劑都可以制備高模量瀝青混合料。從動態模量數值大小程度上看，C-CW＞A-EME＞B-PR。C-CW 瀝青混合料的動態模量最大，剛性最好，抗車轍性能最優。

3.3 低溫抗裂性能

按照JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》[7]，采用低溫彎曲試驗評價瀝青混合料的低溫抗裂性能。將輪碾成型的車轍板用切割機制成尺寸為250mm×30mm×35mm 的棱柱體，作為瀝青混合料小梁試件。試驗溫度為-10℃，加載速率為50mm/min。采用UTM-30 型試驗機進行低溫彎曲試驗。測試最大彎曲破壞應變和抗彎拉強度結果見圖4、圖5。從-10℃最大彎曲破壞應變上看：A-EME 混合料的最大彎曲破壞應變為1931με，小于2000με，不能滿足《道路用高模量抗疲勞瀝青混合料》GB/T 36143-2018[7]對低溫彎曲應變的要求；而B-PR 和C-CW 混合料最大彎曲破壞應變分別為2726με 和2683με，大于2500με，是A-EME 混合料的1.4 倍。從抗彎拉強度結果上看，B-PR 和C-CW的抗彎拉強度大于A-EME 混合料。因此，從低溫抗裂性能上看，B-PR 與C-CW 制備的EME-14 低溫抗裂性能相當，都優于A-EME 制備的混合料；A-EME 瀝青混合料的低溫抗裂性能最差。

3.4 水穩定性能

采用浸水馬歇爾試驗和浸水劈裂強度試驗評價瀝青混合料的水穩定性。測試結果見圖6。從圖6 中可看出：三種高模量劑制備的EME-14 瀝青混合料的凍融疲勞強度比均大于80%，浸水殘留穩定度比大于85%，都具有優異的抗水損害性能。這是由于EME-14 瀝青混合料的空隙率低（1.5%～3%），瀝青混合料內部空隙小，水難以進入瀝青混合料產生水損害。從水穩定性大小程度上看：A-EME＞C-CW＞B-PR，說明A-EME 瀝青混合料的抗水損性能略優。

3.5 抗疲勞性能

采用UTM-30 型試驗機，進行四點彎曲疲勞試驗，成型380mm×50mm×63.5mm 的小梁試件?！兜缆酚酶吣Ａ靠蛊跒r青混合料》GB/T 36143-2018[8]對高模量瀝青混合料疲勞壽命的技術要求是：15℃、10 Hz、230με應變條件下，疲勞壽命大于100 萬次。由于在230με、300με 下，三種高模量瀝青混合料的疲勞壽命均超過了100 萬次，因此，進行了400με、500με 下的疲勞試驗。疲勞試驗結果見表7。測試結果可看出：在400με 應變水平下，A-EME-14 混合料的疲勞壽命最小，為67130 次，C-CW 混合料疲勞壽命最大，達355201次，是A-EME-14 混合料的5.3 倍，是B-PR 混合料的1.18 倍。隨著應變水平的增加，疲勞壽命均出現大幅度的下降趨勢。在500με 下，A-EME 混合料疲勞壽命為4215 次，C-CW 疲勞壽命為12865 次，是A-EME 混合料的3.05 倍。因此，三種高模量劑瀝青混合料的抗疲勞性能程度為C-CW＞B-PR＞A-EME。

表7 不同EME-14 瀝青混合料疲勞壽命

4 結論

⑴從高溫抗車轍性能上看：三種高模量瀝青混合料均具有優異的抗車轍性能，60℃動穩定度都大于10000次/mm，溫度升高，動穩定度急劇下降。三種高模量瀝青混合料高溫抗車轍性能程度為C-CW＞B-PR＞A-EME。

⑵低溫抗裂性能上看：B-PR 和C-CW 高模量瀝青混合料低溫彎曲破壞應變均大于2500με，低溫抗裂性能優異，而A-EME 高模量瀝青混合料低溫彎曲破壞應變小于2000με，低溫抗裂性能相對較差。

⑶從水穩定性和動態模量上看：三種高模量瀝青混合料的抗水損性能優異，動態模量均大于14000MPa，都能滿足高模量瀝青混合料技術要求。

⑷從疲勞壽命上看：C-CW 高模量瀝青混合料的抗疲勞性能最好，A-EME 瀝青混合料抗疲勞性能最差。在400με 時是A-EME14 混合料的5.3 倍，是B-PR 混合料的1.18 倍。

⑸綜合路用性能上看：三種瀝青高模量瀝青混合料路用性能優良程度為C-CW＞B-PR＞A-EME。