高模量沥青混凝土技术应用的探索

1、苦苦的咽下那一份悲凉 涩涩的回味那一段绕梁 在年轮的皱纹里 晚上的泪 清晨的霜 过去的岁月 刻下淡淡的沧桑 没有刻骨 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

2、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

3、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

4、过其摩擦作用抵抗位移。其形状和表面纹理都影响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+mdelamdeapd553530152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；其技术要求满足

5、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 矿粉类型通过率vbfivrtba比表面积（m2/kg）2mmd0.1250.063上限上限上限f310085-998070104010-2035使用含有一定生石灰含量的掺合填料时，在eme2 总

6、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类技术标准如下表：表4 沥青原材料技术要求（nf en12591）类别单位试验方法分级20/3

7、030/4535/5040/6025度针入度0.1mmen 14262030304535504060软化点en 14275563526050584856闪点，最小值en22592240240240230溶解度，最小值%en1259299.099.099.099.0蜡含量，最大值%en 12606-12.22.22.22.2en 12606-24.54.54.54.5旋转薄膜烘箱抗老化性能（en12607-1）质量变化，最大en12607-10.50.50.50.5残留针入度比，最小en12607-355535350老化后软化点，最小en142757545249软化点的提高，最大值en14278

8、889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

9、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r0.700.75下列试验项目的试件孔隙率要求（%）7-103-6车辙试验（en12697-22）：10cm试件6

10、0；30000次 变形比7.5%7.5%复合模量试验（en12697-26）：20；10hz11000mpa14000 mpa疲劳试验（en12697-24）：10；25hz，106次，微应变100def130def2.2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

11、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=加上：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

12、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混合料的最小丰度系数k 混合料的等级eme1eme2 k2.53.4表8 eme混合料的设计孔隙率 设计旋转压实次数nd（nf p98-252）：混合料等级eme1 eme2对于eme 0/14，设计旋转压实次数100；106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

13、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%。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

14、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）1614.0 12.5 10.0 8.0 6.3 4.0 2.0 1.0 0.3150

15、.250.080.063通过率（%）10097.5 92.2 75.4 63.0 57.2 47.8 33.8 21.7 12.711.8 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r0.750.98下列试验项目的试件孔隙率要求（%）3-63.1车辙试验（en12697-22）：10cm试件60；30000次 变形比7.5%2.1复合模量试验（en

16、12697-26）：20；10hz14000 mpa14243 mpa疲劳试验（en12697-24）：10；25hz，106次，微应变130def162def2.4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

17、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初压开始温度不低于145复压最低温度不低于1

18、30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

19、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1.5-3m/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

20、 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复压3-4振压3遍10吨以上双钢轮压路机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