基于模量试验的高模量沥青指标体系研究

杨中才 王根宝 陈继红

(云南省建设投资控股集团有限公司,云南 昆明 650501)

0 引言

高模量沥青混合料(HMAC)在早期采用硬质沥青和提高胶结料含量，随着研究深入，逐渐采用添加外掺剂，以获得高模量、疲劳性能及高温稳定性综合性能优异的混合料。评价沥青混合料模量指标常用的有我国抗压回弹模量，欧洲劲度模量，美国AASHTO动态模量等，如何评价沥青混合料的模量性能是否能满足高模量沥青的要求是亟待解决的问题。本文考虑到目前研究的试验条件、模量指标的通用性与可替代性等因素，选择常用的橡胶沥青、岩沥青、湖沥青和SBS改性沥青，混合料类型采用AC-20，采用抗压回弹模量、动态模量和劲度模量研究几种备选的高模量沥青混合料的模量性能，根据不同性能指标的测试结果，提出了高模量沥青混合料评价体系。

1 试验方案

1)单轴抗压回弹模量试验。

回弹模量试验利用旋转压实设备制作直径10 cm，高度10 cm试件若干。压实次数以空隙率4%控制[1]。

2)动态模量试验。

动态模量测试基于AASHTO的TP-62要求，通过旋转压实180 mm×150 mm的试样获得150 mm×100 mm的试件[2]。

3)劲度模量试验。

采用旋转压实仪设备制作直径15 cm，高度10 cm试件若干[3]。一组测试应包含3个～6个测试件，测试件应在成型后的同一天进行测试，否则应进行数据校正[4]。加载方式采用横向水平变形控制模式，控制试件水平最大变形为5 μm±2 μm[5]。

2 单轴抗压回弹模量试验研究

各种沥青混合料的试验结果如表1所示。

表1 不同混合料无侧限抗压强度及回弹模量测试结果 MPa

从表1中可以看出，混合料抗压强度与温度相关。在15 ℃时岩沥青复合改性沥青混合料无侧限抗压强度最高，其次为复合改性湖沥青和橡胶沥青，而在20 ℃时湖沥青复合改性沥青混合料无侧限抗压强度最高，其次为岩沥青和橡胶沥青混合料，且均高于SBS改性沥青。不同温度条件下复合改性岩沥青混合料回弹模量均最高，其次为复合改性湖沥青和橡胶沥青混合料。

3 动态模量试验研究

动态模量试验在3个温度下进行，分别为4 ℃,15 ℃,40 ℃，在每一个温度下，分别在不同频率下测定动态模量。不同沥青混合料动态模量试验结果如图1，图2所示。

根据上述试验数据分析，沥青混合料的动态模量随温度的升高而逐渐降低，并随着频率的增加而逐渐增加。40 ℃条件下，岩沥青复合改性混合料动态模量指标优异，略高于湖沥青和橡胶沥青混合料，而SBS改性沥青性能相对较差。

4 劲度模量试验研究

沥青混合料劲度模量结果如图3所示。

各种高模量沥青混合料的劲度模量随着温度的增加而降低，各种混合料的感温特性不同造成劲度模量的下降速率不同。在40 ℃时，复合改性湖沥青和橡胶沥青混合料具有较高的劲度模量，其次是复合改性岩沥青，SBS改性沥青在40 ℃时试验结果失效。

5 模量性能评价体系

法国高模量沥青混合料指标综合考虑水损害、车辙、疲劳性能和模量体系[6-8]。高模量沥青设计指标依据15 ℃动态模量大于14 000 MPa。在欧洲，当定义高模量沥青混合物时，仅使用20 ℃的劲度模量指数。在一般温度条件下，降低下面层和基层应力起到一定作用，但对高温条件对抗车辙性能要求较高的路段是失效的[9,10]。选择高模量沥青混合料主要是应用于高温抗车辙路段，因此沥青混合料高模量性能是主要考虑因素。

参考法国动态模量研究指标，并结合国内外高模量研究成果，根据本文试验结果，提出高模量沥青混合料(HMAC)指标体系要求，见表2。

表2 高模量混合料指标体系

结合试验结果，通过各项指标评价本文几种备选沥青混合料性能，见表3。

根据高模量混合料技术指标要求，SBS改性掺纤维混合料不符合高模量技术标准。而其余三种AC-20混合料各项指标均满足高模量沥青技术要求。橡胶沥青AC-20混合料疲劳寿命最优，岩沥青AC-20混合料高温性能最优。

6 结语

1)不同温度条件下复合改性岩沥青混合料回弹模量均最高，其次为复合改性湖沥青和橡胶沥青混合料。沥青混合料的动态模量随温度的升高而逐渐降低，并随着频率的增加而逐渐增加。40 ℃条件下，岩沥青复合改性混合料动态模量指标优异，略高于湖沥青和橡胶沥青混合料，而SBS改性沥青性能相对较差。2)在40 ℃时，复合改性湖沥青和橡胶沥青混合料的劲度模量最高，其次是复合改性岩沥青混合料，而SBS改性沥青在40 ℃时劲度模量试验失效。3)橡胶沥青、复合改性湖沥青和岩沥青AC-20混合料各项指标均满足高模量沥青技术要求。橡胶沥青AC-20混合料疲劳寿命最优，岩沥青AC-20混合料高温性能最优。SBS改性掺纤维混合料不符合高模量技术标准。