高模量瀝青混合料路用性能試驗分析

摘要 為研究高模量劑對瀝青混合料路用性能的影響，該文采用室內試驗方法，對高模量瀝青混合料的高溫性能、低溫性能、水穩定性及疲勞性能進行分析。研究結果表明：摻加高模量劑后，瀝青混合料在高溫下的動穩定度顯著提升，低溫性能和水穩定性均有所改善，尤其是ECB、ZQ-2和PR的綜合性能最佳。該研究對優化高模量瀝青混合料的設計和施工提出了建議，具有提高道路使用性能和耐久性的實際意義。

關鍵詞 高模量劑；瀝青混合料；路用性能

中圖分類號 U414 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）04-0043-03

0 引言

隨著交通量的增加和重載交通的普及，道路工程對路面材料提出了更高的要求。高模量瀝青混合料作為一種新型路面材料，因其優越的剛度和抗變形能力，能夠有效應對重載交通下的車輛荷載，減少車轍病害的產生，已經成為道路建設中的重要材料[1]。20世紀80年代，高模量瀝青混合料在法國進行了首次應用，之后迅速推廣到全球，特別在重載交通路段和交叉口處得到了廣泛應用。

近年來，隨著我國物流行業和重工業的發展，道路運輸的負荷不斷增加，對路面的承載能力提出了更高的要求。傳統的70#瀝青和SBS改性瀝青在重載交通下容易出現車轍，難以滿足當前的使用需求，因此，高模量瀝青混合料技術的研究和應用成為必然趨勢[2]。該研究基于目前市面上常見的高模量劑，通過室內試驗，對高模量瀝青混合料的高低溫性能、水穩定性及疲勞性能等關鍵路用性能指標進行試驗和分析，提出優化設計和施工建議，進一步提高高模量瀝青混合料的應用效果。基于該文的研究成果，旨在為道路工程提供更優質、高效的路面材料，推動道路建設的可持續發展。

1 原材料與試驗方案設計

1.1 材料

（1）瀝青

該研究選用70#基質瀝青，各項技術指標均滿足規范要求。

（2）集料

選用石灰巖粗細集料，從現場取樣后，依據Superpave設計要求，對其物理力學性能進行檢測，結果均滿足要求。

（3）填料

選用石灰巖磨成的礦粉，其表觀相對密度2.720。

（4）高模量劑

通過對目前市場上幾種高模量劑進行調研，該研究選取了其中4種代表性的樣品，PR高模量劑如圖1所示，ZQ-2和ECB高模量劑如圖2所示，并根據其推薦摻量進行試驗，各高模量劑種類及摻量匯總如表1所示。

1.2 配合比設計

該研究采用SUP-20的級配設計，按照Superpave設計方法，初步擬定粗、中、細三種級配，并根據集料密度和吸水率計算初始油石比，并采用旋轉壓實的試驗方法制備試件，以4%的空隙率作為設計指標，測試混合料的瀝青用量和相應的體積參數。最終確定配合比為1#∶2#∶3#∶4#∶5#∶礦粉=26.0%∶20.0%∶16.0%∶12%∶23.5%∶2.5%，混合料體積參數測試結果如表2所示。

1.3 試驗方案

（1）高溫性能試驗

按照規范要求，采用車轍試驗評價高模量瀝青混合料的高溫性能。制備高模量瀝青混合料車轍板試件，將試樣放置在試驗機中，在60℃下進行車轍試驗，記錄動穩定度和豎向位移，分析不同高模量劑和不同瀝青的試驗結果。

（2）低溫性能試驗

依據規范要求，將冷卻后的高模量瀝青混合料車轍試件——長250 mm，寬30 mm，高35 mm的棱柱形小梁——放置在低溫箱中預冷至-10℃，使用小梁低溫彎曲試驗機進行加載，記錄最大彎拉應變值和抗彎拉強度。

（3）水穩定性試驗

采用旋轉壓實儀制備混合料試件，將試樣浸泡在60℃的水中24 h，測量并記錄試樣的標準穩定度和浸水后的穩定度，以殘留穩定度作為評價指標。此外，將試樣在-18℃環境下凍16 h，然后在60℃水中融24 h，測試前一起置于25℃水中保溫不少于2 h，以凍融劈裂強度比作為評價指標。

（4）疲勞性能試驗

將試樣在15℃環境下進行預處理，使用四點彎曲疲勞試驗機，在設定的應力水平下進行疲勞試驗，記錄試樣的疲勞壽命。

2 試驗結果分析

2.1 高溫性能

按照最佳摻量對不同高模量劑的瀝青混合料進行車轍試驗，并與基質瀝青、SBS改性瀝青進行對比，試驗結果如表3所示。

分析可知，無論是否摻添加劑，瀝青混合料的動穩定度試驗結果均滿足施工技術要求。相較于基質瀝青，摻加SBS或高模量劑后，瀝青混合料的動穩定度均顯著提升，其中，摻加PR高模量劑的混合料提升幅度最大，達到133.98%，其次是摻加ZQ-2和保利的高模量劑，而摻加ECB高模量劑的混合料提升幅度最小，甚至遠低于SBS改性瀝青，表明PR高模量劑對提高瀝青混合料的抗車轍性能效果最為顯著。

分析原因，由于聚乙烯材料的高強度和耐磨性，使得保利和PR兩種高模量劑在瀝青混合料動穩定度方面提升顯著。而多聚物可以增加瀝青的柔韌性和彈性，樹脂可以增強材料的硬度和耐久性，因此，ZQ-2這種高模量劑在多聚物和樹脂的協同作用下，大大提高了混合料的抗變形能力。乙烯共聚物可以改善瀝青的黏結性和耐高溫性能，但其增強效果相對其他高模量劑略差，可能因為乙烯共聚物與瀝青的兼容性略低[3]。

2.2 低溫性能

對不同種類的高模量瀝青混合料進行-10℃的低溫小梁彎曲試驗，試驗結果如表4所示。

分析可知，6種瀝青混合料的低溫性能均滿足破壞應變的技術要求，其中摻加ECB高模量劑的混合料破壞應變最大，遠高于技術要求，在低溫下表現出優異的延展性和抗裂性能。此外，其余幾種摻加高模量的瀝青混合料與SBS改性瀝青混合料的破壞應變相差很小，說明添加SBS和高模量劑后，對瀝青的低溫性能產生了一定負面影響。分析原因，主要是因為乙烯共聚物在低溫下具有良好的柔韌性和延展性，因此摻ECB高模量劑的混合料彎拉應變最大，而聚乙烯材料硬度較高，低溫條件下瀝青容易變硬變脆，導致破壞應變略低[4]。

2.3 水穩定性

對不同種類的高模量瀝青混合料進行浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗，計算殘留穩定度和凍融劈裂強度比，并將結果進行匯總，具體如表5、表6所示。

分析可知，各種瀝青混合料的浸水馬歇爾殘留穩定度均滿足技術要求，且相較于基質瀝青，添加高模量劑后瀝青混合料的殘留穩定度均有明顯提升，其中摻加ZQ-2高模量劑的混合料綜合表現最佳，無論是在浸水前后的穩定度還是在殘留穩定度方面均領先于其他高模量劑和對比瀝青，表現出更優異的抗水損性能。而摻加保利和PR高模量劑的混合料與SBS改性瀝青混合料的殘留穩定度幾乎相同，說明這兩種高模量劑在抗水損害方面的表現稍遜。

分析發現，高模量劑對瀝青混合料的水穩定性有顯著改善作用，其中摻加ZQ-2、ECB和PR高模量劑的混合料在浸水馬歇爾試驗中的殘留穩定度均高于基質瀝青和SBS改性瀝青，表明高模量劑能夠有效提高瀝青混合料的耐水侵蝕能力，減少水分對其結構和性能的影響。高模量劑主要通過改善瀝青混合料的分子結構和增強分子間的結合力，提升其整體性能，特別是在抗凍融和耐水性能方面的表現顯著。

2.4 疲勞性能

按照0.1、0.2、0.4及0.5四個不同的應力控制水平，開展應力控制模式下的高模量瀝青混合料疲勞試驗，試驗結果如表7所示。

由上表分析可知，所有摻加高模量劑的瀝青混合料在相同應力比條件下的疲勞壽命均高于基質瀝青，表明高模量瀝青混合料具有較好的抗疲勞性能，特別是在低應力比下，摻加ECB和ZQ-2高模量劑的混合料表現尤為突出。SBS改性瀝青和摻加PR高模量劑的瀝青在各種應力比下也表現出相對穩定的疲勞壽命。通過這些數據，可以為實際路面設計中選擇合適的高模量劑提供參考。

此外，通過對不同應力比下的疲勞壽命進行數據擬合，發現疲勞壽命與應力比呈指數關系，其相關系數均達到0.99以上，表明不同高模量劑瀝青混合料的疲勞壽命與應力比具有良好的指數關系。

3 結論

該文通過對比基質瀝青與SBS改性瀝青，分析不同高模量瀝青混合料的高低溫性能、水穩定性和疲勞性能，得出以下結論：

第一，摻加高模量劑后瀝青混合料的路用性能相較于基質瀝青均有顯著提升，其中PR的高溫性能最優，ECB在低溫下具有良好的延展性和抗裂性能，ZQ-2、ECB具有良好的水穩定性和低應力比下的抗疲勞性能。

第二，在實際應用中，根據公路設計要求和使用條件，選擇合適的高模量劑來提升道路使用性能和耐久性。

參考文獻

[1]聶倩.高模量瀝青混合料路用性能試驗研究[J].交通科技與管理， 2024（1）：107-109.

[2]劉曉峰.抗車轍劑對瀝青混合料路用性能的影響[J].山西建筑， 2020（19）：85-87.

[3]鮑居德.高模量瀝青路面施工技術研究[J].黑龍江交通科技， 2015（2）：36-37.

[4]康曉惠，包惠明.新型廢膠粉改性瀝青混合料的路用性能試驗研究[J].西部交通科技， 2008（3）：19-23.

收稿日期：2024-08-02

作者簡介：陳強（1987—），男，本科，工程師，研究方向：公路工程道路橋梁試驗檢測。