高模量瀝青混凝土介紹

1、一.背景公路橋面鋪裝層為路面最薄弱環(huán)節(jié)之一。一方面與普通瀝青路面相比橋面鋪裝氣候、行車條件更為嚴(yán)酷，破壞現(xiàn)象出現(xiàn)更早，破壞更嚴(yán)重。另一方面，橋面瀝青鋪裝層對橋面瀝青混凝土層起著保護層的作用，既要封水，減少降水對橋面水泥混凝土層的侵蝕，又要緩和行車荷載對橋面水泥混凝土層的沖擊作用。由于橋面水泥混凝土層與瀝青層的模量相差很大，作用界面上應(yīng)力相對集中，行車荷載作用時，橋面瀝青混凝土層的受力作用比普通瀝青混凝土路面要大得多。這種作用力主要是兩種作用形式，一是行車荷載產(chǎn)生的剪應(yīng)力，二是橋面形變產(chǎn)生的剪應(yīng)力。正是這些作用條件，要求橋面瀝青鋪裝層與水泥混凝土層面具有良好的連接界面和較高強度的瀝青路面鋪裝層。

2、由于水的存在，要求粘結(jié)材料必須具有良好的水穩(wěn)定性。為提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，減小車轍和層間破壞，該項目調(diào)查了國內(nèi)外近年來在瀝青橋面鋪裝技術(shù)方面的研究成果，通過大量的室內(nèi)對比實驗研究，在初步研究的基礎(chǔ)上提出，采用高模量瀝青混凝土是一種有效的方法。高模量瀝青混凝土（High Modulus Asphalt Concrete）的理念最初由法國提出，在高模量瀝青混凝土技術(shù)應(yīng)用上旨在提高解決瀝青路面在使用過程中出現(xiàn)的面層抗車轍能力不足及基層剛度不夠的問題，并在法國成功使用已超過20年的時間。依據(jù)法國鋪設(shè)之經(jīng)驗顯示：與AC相比較而言，使用的是高粘性瀝青，設(shè)計出的混合料是具有高含量的膠結(jié)料和低的空隙率，

3、因此，能夠有較好的抗疲勞能力；比較傳統(tǒng)的軟瀝青，高粘瀝青具有較低的愈合能力?；旌狭暇哂械母吣Ａ靠梢詼p少傳遞到底基層的應(yīng)力，在與AC相同的厚度層的情況下；瀝青含量大約在6%（油石比），HMAC的密實度、耐久性、抗車轍能力及抗疲勞能力均明顯比傳統(tǒng)密級配瀝青混合料要好，是一種高模量高質(zhì)量的瀝青混凝土。高模量混凝土應(yīng)用于橋面鋪裝，可通過提高瀝青混凝土的模量，降低了與水泥混凝土板的模量差異，降低車輛荷載作用下瀝青混凝土產(chǎn)生的變形，減少瀝青混凝土的不可恢復(fù)的殘余變形，提高路面抗高溫變形能力，延緩車轍的產(chǎn)生，降低車轍深度，改善路面的疲勞性能，延長路面使用壽命。采用高模量瀝青混凝土材料，不僅可以減少橋面鋪裝本

4、身的車轍，而且增加了鋪裝層對荷載的分布能力，有助于減小行車荷載產(chǎn)生的剪應(yīng)力和橋面變形產(chǎn)生的剪應(yīng)力，同時，由于空隙率下，其防水效果有了大幅度的提高，對增強橋面鋪裝的整體防水能力非常有利。二、國內(nèi)外研究概況高模量瀝青混凝土最早使用的是在法國，隨著交通荷載對道路性能要求的不斷提高，越來越多的國家和地區(qū)開始重視高模量瀝青混凝土的生產(chǎn)，并著手研究此種路面材料的設(shè)計方法和施工工藝等，例如英國、意大利、葡萄牙和美國等。（1）法國按照法國高模量瀝青混凝土標(biāo)準(zhǔn)NF P98-140中定義，復(fù)數(shù)模量（15，10Hz）14000MPa的瀝青混凝土才能成為高模量混凝土。1980年，以GBTHP（法文名稱）命名的高模量瀝

5、青混凝土問世，主要應(yīng)用于路面補強和路面部分開挖重建工程中，主要是針對城市道路因受到地下管道、路緣石等障礙的約束，開挖深度受到限制，而首次使用此高模量瀝青混凝土，發(fā)揮其高模量和更高的抗疲勞能力而降低鋪筑層厚度，同時保證其在路面設(shè)計壽命內(nèi)，提供相同的服務(wù)能力的同時，不會出現(xiàn)早期的結(jié)構(gòu)破壞情況。80年代末期，新建高速公路基層、粘結(jié)層大量鋪筑薄層高模量瀝青混凝土BBTM。從2004年起，有LCPC組織對高模量瀝青混凝土展開系統(tǒng)研究。目前在法國國內(nèi)采用高模量瀝青混凝土，主要通過兩條途徑：一是采用低標(biāo)號瀝青，即30#以下的瀝青，主要采用的是20#瀝青，另一種是采用高模量添加劑。（2）英國英國的瀝青研究部門

6、Tarmac和Nynas于2002年啟動了一項針對高模量瀝青混凝土的專項研究，目的在于制訂出一套新的適用于英國的關(guān)于高性能瀝青混凝土的規(guī)范。該項目取得了較為顯著的成果，大量的試驗數(shù)據(jù)顯示高模量瀝青混凝土EME2是一種強度和耐久性都令人滿意的路面材料，已經(jīng)被交通部門推薦給公路代理商和養(yǎng)護部門。由于EME2混合料是集料和瀝青膠結(jié)料經(jīng)過特殊的配合比組合來滿足特定的性能要求，因此要發(fā)展EME2，關(guān)鍵是要形成一套專門的混合料配合比設(shè)計方法。在2003年底，整個項目的研究成果總結(jié)為TRL636報告，由瀝青生產(chǎn)商、公路代理商和施工單位等起草出第一套EME2規(guī)范，其中包括EME2設(shè)計、生產(chǎn)和鋪筑要求，該規(guī)范目

7、前已經(jīng)投入使用。（3）意大利A Montepara 和G Tebaldi等人曾對高模量瀝青混凝土和三種改性瀝青混合料基層展開調(diào)查研究，目的是分析高模量瀝青混凝土的路用性能以及提高基層承載力的實際效果，他們還提出了正確使用高模量瀝青混凝土基層的要點。（4）葡萄牙（5）美國Virginia Transportation Research Council在2004年發(fā)起了對高模量瀝青混凝土作為長效性瀝青路面中、下面層的研究，并著重對高模量瀝青混凝土的設(shè)計方法和費用展開研究，該項目計劃歷時兩年完成，目前還在研究進程中。三、高模量瀝青混合料膠結(jié)料設(shè)計高模量瀝青混凝土具有硬膠結(jié)料、高膠結(jié)料用量、連續(xù)級配、

8、低空隙率的特點，膠結(jié)料的硬度通過使用低標(biāo)號硬質(zhì)瀝青或摻配工藝來實現(xiàn)，高粘硬質(zhì)瀝青，在法國已有20多年的發(fā)展歷史，為緩解瀝青路面車轍和剛性瀝青基層的施工技術(shù)難題，提供了解決方法。通過現(xiàn)場性能，沒有出現(xiàn)低溫或者溫度疲勞裂縫的跡象。硬質(zhì)瀝青的力學(xué)特征主要依賴于瀝青的生產(chǎn)過程，因為這直接影響了瀝青的組分分布和分子膠體結(jié)構(gòu)。對于在25具有相同PG的瀝青而言，流變試驗結(jié)果顯示很大的差異特別是模量和相位角。這將導(dǎo)致其在低溫時表現(xiàn)的很不同的性能。盡管如此，仍然需要進行大量的試驗，以來更好的評估瀝青表現(xiàn)出差的性能與組分間主要的關(guān)聯(lián)因素。為了更好的發(fā)揮硬質(zhì)瀝青的優(yōu)點，有必要優(yōu)化混合料的設(shè)計。這不是說簡單的只是改變

9、瀝青膠結(jié)料的種類。值得強調(diào)的一點是：總結(jié)起來，當(dāng)高模量瀝青混合料用于基層和底基層時，主要有以下三種途徑：使用低標(biāo)號的硬質(zhì)瀝青結(jié)合料主要特性為：25 針入度10 20（0.1mm）；軟化點65 80 ；160 粘度400 600 MPa·s。添加高熔點天然瀝青高熔點天然瀝青是一種天然的固體碳氫化合物樹脂；不僅可以混合在瀝青里形成一種預(yù)先制備的結(jié)合料，而且還可以以粉末狀添加劑直接加入到拌和機里。不管采取何種制備方法，得到的結(jié)合料應(yīng)具有：25 針入度：8 18（0.1 mm）；軟化點：65 80 。添加聚烯烴類物質(zhì)選用的聚烯烴類物質(zhì)（實質(zhì)上是聚乙烯類）直接加入到熱拌混合料中。在第一階段，它

10、們分散并熔化在熱集料中。然后注入瀝青，部分溶解聚烯烴。得到的混合物被裹有一層復(fù)合結(jié)合劑，在其中聚烯烴提供了一個很高的力學(xué)性能，而瀝青作為塑化劑、填充劑和粘合劑。在混合料中加入廢舊PE的方法也可提高混合料模量，但要達到高模量低標(biāo)號瀝青混凝土的模量，除廢舊PE外，都比較昂貴，摻加廢舊PE的方法所得到的混合料抗車轍性能是最好的，但費用比低標(biāo)號瀝青略高。當(dāng)高模量瀝青混合料用作磨耗層時，由于直接承受重交通的增長和破壞性軸重的作用，同時對環(huán)境變化的敏感性及相應(yīng)的變化幅度更大，熱應(yīng)變的問題更加突出，因此，要求表層混合料除具有很高的硬度外，還需要具有良好的抗疲勞能力和低溫抗裂能力，因此在磨耗層使用非常硬的瀝青（針入度1020（0.1mm）很可能導(dǎo)致低溫開裂，因此采用以下技術(shù)來生產(chǎn)面層用的高模量瀝青混凝土（HMAC）：添加高熔點天然瀝青形成的結(jié)合劑的特性為：(a)25 針入度12 35（0