不同高模量EME-14 沥青混合料路用性能研究

徐德根 王小虎 张生军

（江苏创为交通科技发展有限公司）

0 引言

沥青路面是我国最常见的路面形式之一，能有效满足路用性能的需要，但随着车流量的增加，尤其是重载车辆的数量和载荷也不断增大，随之出现的沥青路面车辙、推移、坑槽、低温开裂等病害问题越来越突出[1]。其中车辙病害约占沥青路面早期病害70%[2]，车辙直接影响行车的舒适性和安全性，降低了路面的使用性能[3]。2018 年，交通运输部发布了《公路水运品质工程评价标准（试行）》，提出将长寿命、耐久性作为路面建设考核评估的主要指标，以有效解决因超载重载、渠化交通等引起的车辙等路面病害问题，并使路面长寿命耐久逐渐成为道路建设的重要目标[4]。采用高模量沥青混凝土提高路面的整体刚度，从而使沥青路面的高温抗车辙性能得到改善，成为被世界各国广泛采用的解决路面车辙问题的方法。

高模量沥青混合料EME（EnrobésàModule Elevé），起源于法国，并在法国大量工程中成功应用。EME 混合料采用低标号沥青或掺加添加剂方法（聚烯烃高模量剂或天然沥青），混合料级配为悬浮型密级配，同时沥青用量高，一般为5.2%～6.2%。该混合料具有空隙率低、动态模量高的特点，同时兼具良好的抗疲劳性能、抗高温性能[5]。目前，国内主要采用掺加高模量剂的方法来生产高模量沥青混合料，而不同种类的高模量剂对沥青混合料的性能影响较大。因此，本研究采用三种不同的高模量剂制备耐久性高模量EME-14 混合料，并对其路用性能进行对比分析，明确不同种类的高模量剂对EME-14 混合料性能的影响规律，这对耐久性高模量沥青混合料的推广应用具有重要意义。

1 原材料

1.1 沥青

选用SK 70#基质沥青，其技术指标满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）[6]中的相应要求。

1.2 高模量剂

高模量剂为工程中实际应用的3 种，高模量剂编号、名称、厂家推荐掺量、材料组成见表1、图1。

表1 高模量剂类型、名称、掺量、材料组成

1.3 集料

粗、细集料、矿粉：来自南京路桥拌合场。粗集料规格分别为：(10～15mm、5～10mm、3～5mm)；细集料规格为0～3mm。上述各项原材的技术指标均符合《公路沥面施工技术规范》（JTG F40-2004）[6]中的相应要求。

2 EME- 14 沥青混合料配合比

根据法国EME 配合比设计方法，采用法国标准筛和中国标准筛对比，利用旋转压实设备，进行EME-14 沥青混合料配合比。旋转压实设备要求见表2，设计的EME-14 合成级配见表3、表4 以及图2。设计的配合比结果见表5。从表5 可以看出：采用EME 高模量剂用油量最小，且空隙率最小，PR MOUDLE 高模量剂用油量最大，而空隙率也较大。

表5 设计的EME-14 配合比试验结果汇总

表2 旋转压实设备要求

表3 各种矿料的合成级配通过率明细（法国标准筛分）

表4 合成级配通过率明细表（中国标准筛分）

3 EME- 14 混合料性能研究

3.1 高温抗车辙性能

按照JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》[7]的要求成型车辙板，尺寸为300mm×300mm×50mm。采用全自动车辙试验仪测试动稳定度。轮压为0.7MPa，橡胶轮碾压速度为（42±1）次/min，测试温度为60℃、70℃、80℃，结果见表6。

从表6 可以看出，随着温度的升高，3 种高模量剂制备的混合料动稳定度都逐渐降低。从相同温度下的动稳定数值看：在60℃时，三种高模量剂均具有优异的抗车辙性能，其动稳定度均已超过10000 次/mm；但在80℃时，B-PR 和C-CW 制备的EME-14 混合料的动稳定度为分别为3685 次/mm、4345 次/mm，仍然大于3000次/mm，是A-EME-14 混合料的1.6 倍和1.8 倍。C-CW 高模量沥青混合料高温抗车辙性能最好。

表6 不同EME-14 混合料车辙试验动稳定度

3.2 动态模量

采用旋转压实仪成型不同高模量剂混合料D150mm×H180mm 圆柱体试件，并进行取芯切除二头，取芯样 D100×H150mm 的圆柱体作为实验试件。采用UTM-30 型试验机进行动态模量试验，试验温度为15℃，频率为10Hz，测试结果见图3。从图3 可看出，三种高模量剂制备的EME-14 混合料的动态模量均＞14000MPa，且相差不大，均能满足法国高模量混凝土对动态模量的技术要求。说明采用这三种高模量剂都可以制备高模量沥青混合料。从动态模量数值大小程度上看，C-CW＞A-EME＞B-PR。C-CW 沥青混合料的动态模量最大，刚性最好，抗车辙性能最优。

3.3 低温抗裂性能

按照JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》[7]，采用低温弯曲试验评价沥青混合料的低温抗裂性能。将轮碾成型的车辙板用切割机制成尺寸为250mm×30mm×35mm 的棱柱体，作为沥青混合料小梁试件。试验温度为-10℃，加载速率为50mm/min。采用UTM-30 型试验机进行低温弯曲试验。测试最大弯曲破坏应变和抗弯拉强度结果见图4、图5。从-10℃最大弯曲破坏应变上看：A-EME 混合料的最大弯曲破坏应变为1931με，小于2000με，不能满足《道路用高模量抗疲劳沥青混合料》GB/T 36143-2018[7]对低温弯曲应变的要求；而B-PR 和C-CW 混合料最大弯曲破坏应变分别为2726με 和2683με，大于2500με，是A-EME 混合料的1.4 倍。从抗弯拉强度结果上看，B-PR 和C-CW的抗弯拉强度大于A-EME 混合料。因此，从低温抗裂性能上看，B-PR 与C-CW 制备的EME-14 低温抗裂性能相当，都优于A-EME 制备的混合料；A-EME 沥青混合料的低温抗裂性能最差。

3.4 水稳定性能

采用浸水马歇尔试验和浸水劈裂强度试验评价沥青混合料的水稳定性。测试结果见图6。从图6 中可看出：三种高模量剂制备的EME-14 沥青混合料的冻融疲劳强度比均大于80%，浸水残留稳定度比大于85%，都具有优异的抗水损害性能。这是由于EME-14 沥青混合料的空隙率低（1.5%～3%），沥青混合料内部空隙小，水难以进入沥青混合料产生水损害。从水稳定性大小程度上看：A-EME＞C-CW＞B-PR，说明A-EME 沥青混合料的抗水损性能略优。

3.5 抗疲劳性能

采用UTM-30 型试验机，进行四点弯曲疲劳试验，成型380mm×50mm×63.5mm 的小梁试件。《道路用高模量抗疲劳沥青混合料》GB/T 36143-2018[8]对高模量沥青混合料疲劳寿命的技术要求是：15℃、10 Hz、230με应变条件下，疲劳寿命大于100 万次。由于在230με、300με 下，三种高模量沥青混合料的疲劳寿命均超过了100 万次，因此，进行了400με、500με 下的疲劳试验。疲劳试验结果见表7。测试结果可看出：在400με 应变水平下，A-EME-14 混合料的疲劳寿命最小，为67130 次，C-CW 混合料疲劳寿命最大，达355201次，是A-EME-14 混合料的5.3 倍，是B-PR 混合料的1.18 倍。随着应变水平的增加，疲劳寿命均出现大幅度的下降趋势。在500με 下，A-EME 混合料疲劳寿命为4215 次，C-CW 疲劳寿命为12865 次，是A-EME 混合料的3.05 倍。因此，三种高模量剂沥青混合料的抗疲劳性能程度为C-CW＞B-PR＞A-EME。

表7 不同EME-14 沥青混合料疲劳寿命

4 结论

⑴从高温抗车辙性能上看：三种高模量沥青混合料均具有优异的抗车辙性能，60℃动稳定度都大于10000次/mm，温度升高，动稳定度急剧下降。三种高模量沥青混合料高温抗车辙性能程度为C-CW＞B-PR＞A-EME。

⑵低温抗裂性能上看：B-PR 和C-CW 高模量沥青混合料低温弯曲破坏应变均大于2500με，低温抗裂性能优异，而A-EME 高模量沥青混合料低温弯曲破坏应变小于2000με，低温抗裂性能相对较差。

⑶从水稳定性和动态模量上看：三种高模量沥青混合料的抗水损性能优异，动态模量均大于14000MPa，都能满足高模量沥青混合料技术要求。

⑷从疲劳寿命上看：C-CW 高模量沥青混合料的抗疲劳性能最好，A-EME 沥青混合料抗疲劳性能最差。在400με 时是A-EME14 混合料的5.3 倍，是B-PR 混合料的1.18 倍。

⑸综合路用性能上看：三种沥青高模量沥青混合料路用性能优良程度为C-CW＞B-PR＞A-EME。