高模量天然沥青 HMB-W 混合料路用性能研究

臧省伟

（中铁十五局集团第五工程有限公司，天津 300133）

0 引言

高模量沥青混合料一般是指模量较高的特种沥青混合料［1-3］，目前高模量沥青混合料主要是在混合料拌合过程中掺加高模量剂以达到提高沥青混合料模量的作用［4］。混合料模量的提高，可增强路面的抗车辙能力和抗疲劳能力，多用于重载交通、高温地区、长大纵坡路段以及机场道面，主要解决路面强度不足，沥青混合料高温性能不良造成的车辙等变形类病害［5，6］。天然沥青具有优异的耐老化、耐水损、耐高温性能［7-11］，在路面研究中受到普遍认可，如何利用好天然沥青，是近年来道路行业关注的热点［12-15］。

本文采用自制的高模量天然沥青 HMB-W 沥青，通过常规马歇尔试验确定 HMB-W 沥青最佳用量，并研究其高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性等路用性能，研究其在 AC-13 级配混合料中的适用性。

1 原材料和试验方法

1.1 原材料

1.1.1 HMB-W 沥青

研究所用 HMB-W 沥青为自行研发制备，沥青体系较均匀，技术指标如表1 所示。

表1 HMB-W 沥青技术指标试验结果

1.1.2 集料

集料来自项目部拌合站，粗集料规格为 10～20 mm、10～15 mm、5～10 mm、3～5 mm，细集料为 0～3 mm，填料为咸阳淳化矿粉。对集料筛分并检测其指标，如表2、表3 所示，检测指标均满足规范要求。

表2 集料、填料筛分试验结果

表3 集料、填料质量技术要求及试验结果

1.2 试验方法

1.2.1 配合比设计

根据规范级配范围，确定各种矿料的配合比，矿料组成设计为：10～20 m:10～15 mm:5～10 mm:3～5 mm:0～3 mm:矿粉=16:20:21:12:29:2，各种材料组成配合比组成设计计算如表4 所示，矿料合成级配曲线如图1 所示。

表4 各种材料组成设计

图1 矿料合成级配曲线图

本次配合比设计过程中沥青加热温度 180～ 185 ℃ 加热 4～6 h，经过多次搅拌后进行使用。在进行混合料拌合过程中，石料温度 170～180 ℃ 加热 6～8 h，搅拌时间（骨料干拌 90 s，加沥青搅拌 90 s，加矿粉 90 s），拌合温度设置 180 ℃，混合料成型温度设置 160～170 ℃，试件成型后养生 12 h 后进行检测。

1.2.2 路用性能

按照现行规范中高温车辙试验、低温弯曲试验、浸水马歇尔试验及冻融劈裂试验等评价高模量天然沥青 HMB-W 沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性及水稳定性。

2 试验结果与讨论

2.1 确定最佳油石比

按确定的矿料组成，确定油石比在 4.0 %～5.5 % 范围内，以不同的油石比间隔 0.5 %，两面各击 75 次的方法制作马歇尔试件。成型后的试件静置 12 h 脱模，测定其毛体积相对密度、空隙率、间隙率、饱和度等物理指标，再在 60 ℃ 水浴中浸泡 35 min 后测定其马歇尔稳定度及流值，不同油石比下马歇尔试件各物理—力学指标汇总如表5 所示。以油石比为横坐标，分别以空隙率、视密度、稳定度、流值、饱和度为纵坐标绘制关系图，如图2 所示。

表5 不同油石比马歇尔物理力学指标汇总

图2 AC-13 型高模量天然沥青 HMB-W 沥青混合料 Marshall 试验结果

通过画图法，得到 a1=5.5 %，a2=4.0 %，a3=5.3 %，a4=5.3 %，OAC1=（5.5 %+4.0 %+5.3 %+5.3 %）/4=5.0 %，OAC2=（5.6 %+5.0 %）/2=5.3 %，OAC=（5.0+5.3）/2=5.2 %。结合气候、交通情况及施工经验，确定最佳油石比为 5.2 %。最佳油石比下马歇尔物理—力学性能指标如表6 所示。

表6 最佳油石比试件试验结果

2.2 路用性能研究

2.2.1 高温稳定性

按照沥青混合料的试验规程制备车辙板，车辙板尺寸为 300 mm×300 mm×50 mm，分别在 60±0.5 ℃和 70±0.5 ℃ 空气浴中养生 6 h；在压强为 0 .7 MPa 的条件，进行车辙试验，试验结果如表7 所示。

表7 沥青混合料高温车辙试验结果

由表7 可以看出，高模量天然沥青 HMB-W 沥青混合料 60 ℃ 动稳定度可达到 10 891 次/mm，远超规范要求的 ＞ 2 800 次/mm，在 70 ℃ 温度下动稳定度也达到 7 000 次/mm 以上，说明高模量天然沥青 HMB-W 沥青混合料具有优异的高温抗车辙性能。

2.2.2 低温抗裂性

按照沥青混合料的规程方法制备车辙板，车辙板尺寸为 300 mm×300 mm×50 mm，用切割机将试件切成 30 mm×35 mm×250 mm 的小梁试件，在-10 ℃ 的空气浴中恒温 6 h，以 50 mm/min 的加载速率进行低温弯曲试验，计算出梁底的最大弯拉应变，结果如表8 所示。

由表8 可以看出，高模量天然沥青 HMB-W 沥青混合料最大弯曲应变也达到 2 500 以上，满足规范要求。相较其他类高模量沥青混合料难以兼顾低温抗裂性，本文高模量天然沥青 HMB-W 沥青混合料在低温抗裂性能方面优势更大。

表8 低温弯曲试验结果

2.2.3 水稳定性

按照沥青混合料试验规程制作马歇尔试件，进行浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验。浸水马歇尔试验结果如表9 所示，冻融劈裂试验结果如表10 所示。

表9 Marshall 残留稳定度试验结果

由表9、10 可以看出，高模量天然沥青 HMB-W 沥青混合料残留稳定度达到 96.3 %，冻融劈裂强度比也达到了 85.3 %，说明高模量天然沥青 HMB-W 沥青混合料水稳定性优异，能够有效抵抗水损害。

3 结论

高模量天然沥青 HMB-W 在 AC-13 中的最佳油石比为 5.2 %，比常规改性沥青 AC-13 混合料略高，混合料的高温稳定性尤为突出，水稳定性优异，低温抗裂性略差，但满足规范要求，可以在对高温性能要求较高的 AC-13 级配路面中应用。Q

表10 冻融劈裂试验结果