1、高模量沥青混凝土技术应用的探索何新原 严建和江苏省交通科学研究院股份有限公司 摘要：高模量沥青混凝土是一种新型沥青混合料，针对其独特的材料组成、配合比设计及施工生产环节要点， 详细说明高模量沥青混凝土的特点，施工工艺， 质量要求等重点，以保证工程质 量。关键词：高模量 沥青混合料 配合比设计 施工工艺高模量沥青混凝土（英文简写 HMAC,法语简写 EME 或者 BBME）是一种由低标号硬质沥青（或者用较低标号沥青加高模量外加剂）、连续级配的集料组成的沥青混合料，其特点是模量高因而可以减少路面结构层厚度。高模量沥青混凝于上世纪80 年代末期开始在法国研究应用，首先是应用于路面的局部缺陷补强，后来
2、逐步发展到应用于新建公路路面基层；联结层和表面层。到目前高模量沥青混凝土已有 20年的发展历史经验。在法国，自 1990 年起，每年生产的低标号硬质沥青在 5 万吨以上、生产 的成品高模量沥青混凝土在 100 万吨以上，我国 2006 年施工的江苏省沿江高速公路宁常段也使用了高模量沥青混凝土。在我国承接的最大海外工程项目，中国中信- 中国铁 建联合体（CITIC-CRCC ）承接的阿尔 及利亚东西高速公路中西标段共 528 公里长度的里程中，路面基层和路面联结层全部设计为高模量沥青混凝土。高模量沥青混合料在结构组成和技术要求等方面与普通热拌沥青混合料有区别，因此在配合比设计及路面施工方面与普通
3、的沥青混凝土路面也有所不同。阿尔及利亚东西高速公路全部采用现行欧洲规范设计，中西标段路面结构层设计为 7-9cm 的 EME2 0/14 底基层、9-11cm 的 EME2 0/14 基层、5.5cm 的BBME0/10 联结层 、3.5cm 的 BBMA0/10 磨耗层，与普通的沥青路面相比，路面结构层厚度降低了 20-30cm。1、高模量沥青混凝土的原材料控制11 粗集料高模量沥青混凝土路面能否达到预期的性能与矿料有很大的关系，连续的矿料级配是高模量沥青混凝土是否能符合要求的必要条件。粗集料在沥青混凝土中的作用是通过颗粒间的嵌锁作用提供稳定性，通过其摩擦作用抵抗位移。其形状和表面纹理都影响
4、沥青混凝土的稳定性，所以选择粗集料时，要严格按照粗集料的技术要求选择。粗集料必须是石质坚硬、清洁、不含 风化颗粒、有较 好的颗粒形状和棱角性的优质石料，粒径大于 2.0mm。应选用反击式破碎机 轧制的碎石， 严格限制集料的细长扁平颗粒含量。表 1 粗集料技术要求类别 LA+MDE LA MDE A PD 55 35 30 15 2注：表中 LA 为洛杉矶磨耗率（%）；MDE 为微的瓦尔 磨耗率（%）；A 为细长扁平率（%）； P 为表面洁净度（%）12 细集料细集料采用采用坚硬、洁净、干燥、无风化、无 杂质并有适当级配的的机制砂，石质为石灰岩，要求具体有良好的棱角性并严格控制洁净度；其技术要求
5、满足表 2的规定。表 2 细集料技术要求 技术指标 技术要求胶浆与沥青软化点差值（注） 10TBA 20砂当量 60亚甲蓝值 2注：本试验采用细集料中 0.125mm 筛下的粉料，胶浆采用 60%粉料，40%的 50/70 沥青。1.3 填料填料宜采用石灰岩碱性石料经磨细得到的矿粉。矿粉必须干燥、清洁，不得含有泥土和有机矿物质。填料的 质量要求要满足 XP P 18-540 标准中规定的三类矿粉技术要求， 见下表 4。表 3 填料的技术要求 通过率 VBF IVR 比表面积（M 2/kg）矿粉类型2mm D 0.125 0.063 上限 上限TBA上限F3 100 85-99 80 70 10
6、 40 10-20 35使用含有一定生石灰含量的掺合填料时，在 EME2 总质量中生石灰的含量不应该超过 1%。1.4 沥青结合料沥青是沥青混凝土的主要组成材料之一，是决定沥青混合料质量和模量高低的主要因素。高模量沥青结合料必须具有高粘度，与集料有很好的粘附性，以便保 证沥青混凝土有足够高的弹性模量以及高温稳定性和低温韧性。因此选择沥青时，除了要注意沥青自身品质的优劣以外，还要注意沥青标号对当地环境、气温的适应性。为了达到高模量沥青混凝土的设计高模量，可以直接选用 20/30 低标号硬质沥青，也可以选用 30/45 或者 35/50 号沥青加高模量添加剂作为沥青结合料。欧洲规范中各类硬质沥青分
7、类技术标准如下表：表 4 沥青原材料技术要求（NF EN12591）分级类别 单位 试验方法20/30 30/45 35/50 40/6025 度针入度 0.1mm EN 1426 2030 3045 3550 4060软化点 EN 1427 5563 5260 5058 4856闪点，最小值 EN22592 240 240 240 230溶解度，最小值 % EN12592 99.0 99.0 99.0 99.0EN 12606-1 2.2 2.2 2.2 2.2蜡含量，最大值 %EN 12606-2 4.5 4.5 4.5 4.5旋转薄膜烘箱抗老化性能（EN12607-1）质量变化，最大 E
8、N12607-1 0.5 0.5 0.5 0.5残留针入度比，最小 EN12607-3 55 53 53 50老化后软化点，最小 EN1427 57 54 52 49软 化点的提高，最大值 EN1427 8 8 8 9因为阿尔及利亚东西高速公路项目新建里程长，工程量十分巨大，沥青耗用量大，如果直接使用 20/30 号 沥青的话， 沥青供应无法满足要求，所以我们采用了35/50 号沥青加高模量添加剂作为结合料的方法来达到高模量 沥青混凝土的效果。1. 5 高模量添加剂为了达到设计的高模量标准，在使用的沥青针入度高于 30 的情况下，必须使用高聚物及树脂组成的高模量添加剂来提高沥青混凝土的模量。阿
9、尔及利亚东西高速公路中标段 169 公路使用了法国 PR PLAST 添加剂作为高模量沥青混凝土添加剂；西标段 359 公里则使用了中国江苏宝利沥青股份有限公司的 ZQ-1 添加剂。2、高模量沥青混凝土配合比设计阿尔及利亚东西高速公路中标段的高模量沥青混合料配合比设计委托法国试验室完成，西标段则从英国 Cooper 公司购置了全套欧洲 规范体系下的沥青配合比试验仪器，自主完成了高模量 沥青混合料配合比设计工作。本文以西标段 EME2 0/14 配合比设计为例（EME2 0/14 表示设计的 EME 高模量沥青混凝土等级为 2 级，最大公称粒径为 14mm 的意思）。2.1 EME2 0/14
10、沥青混合料技术标准表 5 EME 混合料路用性能技术要求 在EME0/14上进行试验 等级1 等级218多列士 试验 （EN12697-12）：浸水抗压强度r/干燥抗压强度R0.70 0.75下列试验项目的试件孔隙率要求（%） 7-10 3-6车辙试验（EN12697-22）：10cm试件60；30000次 变形比7.5% 7.5%复合模量试验（EN12697-26）：20；10Hz11000MPa 14000 MPa疲劳试验（EN12697-24）：10；25Hz，106次，微应变100def 130def2.2 配合比设计程序欧洲（法国）规范中根据混合料所应用的路面结构层的功能和道路的重要
11、程度，将混合料设计分为 4 个等级，如下表 6 所示。表 6 不同等级试验所必须进行的混合料试验内容类别 等 级 1 等级 2 等 级 3 等 级 4GSC 试验Duriez 试验 轮辙试验 复合模量试验 疲劳试验 4 个水平中部包含了旋转剪切压实和 Duriez 两个试验，即无论混合料用于路面磨耗层还是路面的联结层，也无论路面的等级高低都要进行这两个试验。在这几个不同的试验水平中，只有在水平 1 的试验结果合格后才能进行其他水平的实验内容。在本项目的路面结构设计中，EME2 底基层和基层主要承受疲劳拉应力，所以配合比试验也需要做到疲劳试验，即需要进行 4 级混合料试验。2.2.1 级配优化选
12、择及沥青、添加剂用量选择根据欧洲已有的工程经验，在一定级配范围内选择 2 个以上级配曲线，根据级配分布确定各个级配方案的油石比，最低油石比采用如下方法确定。粘合剂含量= 5.K加上： fsSG1352201pr6.pr:集料合成表观密度（NF P98-559）G：合成级配中大于 6.3mm 的集料比例。S：合成级配中介于 6.3mm-0.315mm 的集料比例。s：合成级配中介于 0.315mm-0.08mm 的集料比例。f：合成级配中小于 0.08mm 的集料比例。K：沥青丰度系数。K 的取值是限制混合料的最小油石比，对于不同等级的混合料，K 值必须不小于表 7 中的取值。表 7 EME 混
13、合料的最小丰度系数 K 混合料的等级 EME1 EME2 K 2.5 3.4表 8 EME 混合料的设计孔隙率 混合料等级设计旋转压实次数Nd（NF P98-252）：EME1 EME2对于EME 0/14，设计旋转压实次数100； 10 6对不同的级配方案进行旋转压实试验（设计旋转压实次数及空隙率要求见表 8）。对成型后的试件进行体积指标的计算，根据经验选取合适的级配曲线。在级配选择确定后，根据实际情况，在原有的油石比基础上选 2 个以上的油石比再进行混合料的旋转压实成型，根据经验选用能够保证技术指标同时具有一定经济性的混合料方案，最终选 定油石比为 5.5%，ZQ-1 添加剂用量为 0.6
14、%。2.2.2 进行抗水损害试验采用 Duriez 试验 方法进行抗水 损害验证试验，混合料的抗水损害性能为浸水后强度 r 和无浸水 强度 R 之间的强度比。在试验结果满足表 5 中的技术标准后进行下一阶段的试验内容，最终试验结果为 0.98。2.2.3 进行车辙试验对于 EME2 0/14 混合料， 车辙成型厚度为 10cm，得到的混合料的高温性能要满足表 6 中的要求，才能进 行下一等级的试验。2.2.4 进行模量试验在欧洲规范中，复合模量试验有两种方法，一种是两点弯曲；另一种是直接拉伸。本项目采用两点弯曲试验方法进行复合模量试验，其试验条件是 15下 10Hz 时的模量，对 于直接拉伸试
15、验，其等效条件 15、0.02s 时的模量，两种方法得到的 结果均要不小于 14000MPa。2.2.5 进行抗疲劳试验疲劳试验的同组试件应选择空隙率相互差值在0.25%以内或密度在0.04g/cm3 以内。据经验选取三组应变控制水平，最终对三组数据进行回归得到时 106 的变形，该数值要满足表 5 中的要求，才能最终表明配合比设计成功。2.3 最终设计试验结果（以其中一组配合比为例）选定的级配如表 9： 表 9 EME2 0/14 级配表筛孔直径（MM）16 14.0 12.5 10.0 8.0 6.3 4.0 2.0 1.0 0.315 0.25 0.08 0.063通过率（%）100 9
16、7.5 92.2 75.4 63.0 57.2 47.8 33.8 21.7 12.7 11.8 7.4 6.9粘结剂用量及各项性能试验指标如表 10：表 10 EME2 0/14 沥青混合料性能指 标试验结果油石比（Naftal35/50沥青）： 5.5% ZQ-1添加剂： 0.6%试验项目（EME2 0/14） 规范要求 试验结果18多列士 试验 （EN12697-12）：浸水抗压强度r/干燥抗压强度R0.75 0.98下列试验项目的试件孔隙率要求（%） 3-6 3.1车辙试验（EN12697-22）： 7.5% 2.110cm试件60；30000次 变形比复合模量试验（EN12697-2
17、6）：20；10Hz14000 MPa 14243 MPa疲劳试验（EN12697-24）：10；25Hz，106次，微应变130def 162def2.4 高模量沥青混凝土配合比设计心得根据本项目多次的 EME2 高模量配合比设计试验经验发现 ，四级试验中前两级试验都比较容易满足规范要求，而后面两级试验则较难达到规范标准，尤其是复合模量指标，经常要经过多次 试配才能达到，以下四点是达到高模量的必然条件：1、使用低针入度沥青（也可用 较低针入度沥青加高模量添加剂）；2、连续的集料级配；3、低空隙率；4、高沥青粘结剂含量。生产配合比设计和验证过程同普通沥青混合料，在此略过。3、高模量沥青混凝土路
18、面施工工艺3.1 高模量沥青混合料的拌制严格控制沥青和集料的加热温度以及沥青混合料的出厂温度。因为使用低标号硬质沥青并添加了高模量添加剂的缘故，拌合温度要比普通沥青混合料高 5-10，同时在加入沥青以前，高模量添加剂需要与石料干拌 10 秒左右。另外， 对于高模量混凝土，由于其沥青用量相 对较高， 为防止在贮料仓 保存过程中混合料发生析漏，尽可能在混合料生产后迅速运送至摊铺现场。沥青混合料的施工温度控制范围见下表 11。表 11 沥青混合料的施工温度沥青加热温度 165175 矿料温度 175185 混合料出厂温度 170180 混合料运输到现场温度 不低于 160摊铺温度 不低于 155初压
19、开始温度 不低于 145复压最低温度 不低于 130碾压终了温度 1103.2 沥青混合料的运输根据拌和楼的生产能力、运距、计算车辆数，并采用大吨位运料车运输，在运输过程中应加盖油布，以防表面合料降温结成硬块，到摊铺现场后， 应严格检查高模量沥青混合料到场温度，确保到场温度符合要求方可卸料摊铺。料车每次完成卸料后，应及 时对残留的混合料 进行清理并采取合理的处理措施，避免由下一车混合料加热后进入摊铺层。3.3 沥青混合料的摊铺采用两台同型号的双振捣大型履带式摊铺机按全幅梯队式作业施工。由于本项目路缘石施工次序安排在在沥青联结层后面，沥青基层及联结层施工时边部没有支护，我们 在摊铺机两侧挡板下面
20、设计了下挂挡板，保证了边部路面的摊铺成型。 摊铺机的摊铺速度根据拌和楼的产量、施工机械配套情况及摊铺厚度、摊铺宽度等按1.53m/min 予以调整选择。 摊铺时保证摊铺机匀速、 连续、不 间断的摊铺，两台摊铺机距离宜保持在 5m 以内，但 绝对不能超过 20m，以确保摊铺质量，保 证其厚度、平整度和密实度等各项指标。3.4 沥青混合料的压实成型高模量沥青混凝土因为使用低标号硬质沥青并添加了高模量添加剂的缘故，适合的碾压温度要比普通沥青混合料高（见表 11）。为了保证压实度，压路机尽量高温紧跟摊铺机碾压。保证碾压 作业组的跟进长度最小，该长度由试验路段决定，并与气候条件有关，原则上确保摊铺机与复
21、压区段的压路机之间的距离不超过 60 米。我们采用的碾压组合如下表：表 12 碾压速度和遍数 碾压阶段 速度/kmh 碾压遍数 压路机类型初压 1.5-3 静压 1 遍 10 吨以上双钢轮压路机3-4 振压 3 遍 10 吨以上双钢轮压路机复压4-5 碾压 4 遍 26 吨以上胶轮压路机终压 3-4 静压 1 遍 10 吨以上双钢轮压路机由于高模量沥青混凝土空隙率低，同时 EME2 基层的设计厚度达 10cm，所以在碾压基本密实以后，沥青混合料内部温度下降比较慢，使得终压的时间较晚， 这需要操作手掌握好合适的终压时机，不要过早终压留下压痕或者是过迟终压无法消除复压时的压痕。针对沥青路面施工时边
22、部没有模板支护，而摊铺层厚度又较厚造成沥青混凝土路面边部容易推移的现象，我 们用了一些方法处理，除了前面提到的摊铺时在摊铺机边侧挡板下面加下挡板以外，还在摊铺以后立即用小型平板振动器对边部30cm 的范围进行了提前振实，这样 不仅提高了边部压实度，也有效地减少了边部推移现象。3.5施工接缝的处理纵向施工缝全部采用热接缝；横向施工缝全部采用平接缝。横向施工缝的施工方法为：当天施工终压完毕冷却以后，用三米直尺沿纵向位置在摊铺段端部的直尺呈悬臂状，在摊铺层与直尺脱离处定出接缝位置，用锯缝机割齐后铲除；继续摊铺时，将摊铺层锯切时留下的灰浆擦洗干净，涂上少量粘层沥青，摊铺机熨平板从接缝处起步摊铺；碾压时
23、用钢筒式压路机进行横向压实，从先铺路面上跨缝逐渐移向新铺面层。结束语：从东西高速公路已建成通车的西标段两个分标段共 59 公里沥青路面情况来看，路面平整度保持良好，没有出现任何早期 损害，各 项验收检测指标均能满足设计及欧洲规范要求。目前我国部分省份也在开始铺筑高模量沥青混凝土路面，由于我国部分地区与欧洲中南部及地中海气候条件相似，同时欧洲已有 20 多年的高模量沥青混凝土使用经验， 从减少路面结构层厚度，节省材料以及延长沥青路面使用年限的角度出发，建议 在我国推广高模量沥青混凝土技术的使用。注：本文中的沥青混合料名称以欧洲规范中的惯例表示参考文献：1、沪杭高速公路（松枫段）路面改扩建工程施工
24、组织与质量控制 交通标准化 2006 年 4 期 胡居贤 何新原2、Superpave 技术应用的探索 交通世界（建养机械） 2007 年 2 期 何新原 胡居贤3、集料定义规格（XP P 18-540） 欧洲规范 法国规范4、沥青和沥青粘合剂（NF EN12591 ） 欧洲规范 法国规范5、沥青混合料的试验方法（EN12697 ） 欧洲规范 法国规范6、沥青路面施工及检测（NF P98-150） 欧洲规范 法国规范作者简介：何新原 江苏省交通科学研究院股份有限公司 工程师 检测工程师 注册一级建造师中信-中 铁建联合体阿尔及利亚东西高速公路项目西标段中心试验室主任联系地址：江苏省南京市江宁科学园诚信大道 2200 号 邮编：210012手机：13914778179（国内） 00213 550128396（阿尔及利亚）
