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基于抗車轍性能提升的復合高模量瀝青混合料研究

文檔作者：戚林玲龔建君王曉菲吳超2 文檔來源： 1.寧波交投公路營運管理有限公司 2.江蘇中路工程技術研究院有限公司		更新日期： 2026年08月22日	點擊數：
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［2019年第2期］ Research Findings | 研究成果 | ?9?
基于抗車轍性能提升的復合高模量瀝青混合料研究
戚林玲'，龔建君S王曉菲'，吳 超2
（1.寧波交投公路營運管理有限公司，浙江寧波315000； 2.江蘇中路工程技術研究院有限公司，江蘇南京211806）
摘要：為提高高速公路瀝青路面抗車轍性能，釆用復合型硬質瀝青添加劑和級配設計，通過動穩定度試驗和不同溫度
下的動態模量試驗研究了一種復合高模量瀝青混合料，對比分析了不同瀝青混合料高低溫性能的差異，并運用動態模
量主曲線進行預測分析。研究結果表明：釆用復合型硬質瀝青添加劑制備的復合高模量瀝青混合料EME-14動穩定度達
11059次/mm,約是普通高模量瀝青混合料EME-14動穩定度的1.4倍，SUP-20動穩定度的1.6倍，改性AC-20動穩定度
的「8倍；主線模擬結果顯示，相比普通EME-14和改性AC-20,復合EME-14在高溫下具有更好的高溫穩定性。
關鍵詞：瀝青混合料；高模量；復合型添加劑；高溫穩定性；動態模量
中圖分類號：U414 文獻標志碼：A 文章編號：2096-2789 （2019） 02-0009-03
通過對不同高速瀝青路面車轍檢測結果發現，不同
地區的高速公路均存在著程度不同的車轍病害，有關研
究結果顯示，*養車轍己成為一種重要的路面病害形式
根據對現役路面車轍病害處的混合料性能研究顯示車轍
處的瀝青混合料在高溫條件下存在較大的變形①鐵因
此瀝青混合料在高溫條件下的抗變形能力不足是車轍產
生的主要原因151 o
高模量瀝青混合料是提高瀝青路面抗車轍性能的一
種主要技術途徑。在過去的很長一段時期對車轍問題的
研究側重于提高上面層瀝青混合料的抗車轍性能，現有
大量研究表明面層以下的區域（中面層）受到剪應力的
作用最大，因此提高瀝青路面中面層的模量對整個路面
的抗車轍性能有著至關重要的作用［6'710
綜上，為提高瀝青路面高溫條件下的抗車轍能力，
并為改善常規高模量瀝青混合料的不足提供一種解決方
法，通過在常規瀝青混合料中添加一種由復合增效劑和
硬質瀝青組成的復合型硬質瀝青改性劑來實現。該復合
型硬質瀝青改性劑由于復合增效劑的添加，有效降低了
硬質瀝青所導致的施工溫度較高的問題。
1 原材料及試驗
1.1瀝青
試驗基質瀝青釆用70#道路石油瀝青，其各項技術
指標均滿足規范要求。復合型硬質瀝青添加劑主要有含
有“烯桂”類的復合增效劑和硬質瀝青組成，復合增效
劑可有效改善硬質瀝青的黏度狀況。采用復合增效劑可
有效改善瀝青的135°C運動黏度低、60°C動力黏度以及
彈性恢復性能，兼具溫拌效果和抗車轍效果，摻量一般
為混合料質量的1.0%?1.2%,其技術指標應滿足針入
度（25 °C, 100g, 5s） <5,軟化點 110 ?140°C,熔滴
點100?145°C ,顆粒尺寸應< 2cm。
1.2集料
集料應釆用不含風化顆粒、近似立方體顆粒的石灰
巖碎石，嚴格控制細長扁平顆粒含量，以確保集料的質
量，應滿足規范要求。
1.3試驗方法
試驗方法參照了法國高模量瀝青混合料性能評價方
法，并結合研究目的進行了性能試驗設計。高模量瀝青
作者簡介：戚林玲（1981—）,女，工程師，研究方向：高
速公路養護。
混合料性能采用車轍試驗、彎曲試驗、凍融劈裂試驗、
動態模量試驗進行評價。動態模量試驗溫度為4°C、5 °C、
45°C、54°C無圍壓的情況下進行，分別測定0.1?25Hz
等6種頻率下的動態模量，以評價高模量瀝青混合料在
高低溫下的穩定性。動態模量試驗結果利用公式（1）
計算得到試件的動態模量。
If I =. /（—cos^）: +（—sin^）2 = — （ 1）
V *0 £0 £0
其中，|門一動態模量，MPa； o'o —應力幅值，
kPa； —應變幅值；0—相位角。
2 配合比設計
2.1混合料級配
參考的法國高模量瀝青混合料設計級配沒有級配范
圍的限制，只給出了關鍵篩孔0.063mm、2mm、4mm、
6.3mm和14mm目標組成上下限的級配范圍。依據法國
瀝青混合料設計理念，結合研究目的，優選一個級配表
1進行旋轉壓實，確定混合料的壓實特性。如表1所示
是優選級配在中國標準篩孔下的通過率明細表。
表1各種礦料的優選級配通過率明細（法國標準篩）
通過下列篩孔（方孔篩，mm）的質量百分率(%)
16.0 14.0 12.5 10.0 &amp;amp;0 6.3 4.0 2.0 1.0 0.31 0. 25 0. 08 0. 063
級配
100 97.2 94 7&amp;amp; 1 71.8 61.6 43.2 26.4 19.2 9.8 9.2 6.9 6.6
2.2瀝青用量確定方法
瀝青用量釆用豐度系數K來控制，豐度系數K表
示瀝青膠結料裹復在集料的瀝青膜的常規厚度的一個比
值，K與礫料密度無關，高模量瀝青混合料瀝青用量通
過豐度系數K控制，通過下列公式建立瀝青混合料油石
比關系，要求豐度系數K>3.4, K根據下式計算：
式（2）中：TLg-油石比（瀝青重量與礦料重量之
比），單位％。
100 S =0.25G+2.3S+12s+150f （3）
式（3）中：G—集料粒徑>6.3mm的占比，單位％；
S—集料粒徑在0.25?6.3mm的占比，單位％； s—集
料粒徑在0.063?0.25mm占比，單位%； f—集料粒徑
? 10- | 研究成果丨 Research Findings 〔2019年第2期〕
< 0.063mm的占比，單位％。
a -2.. 65/ pG （4）
式中：Qg—集料的有效密度，單位&amp;amp;/如為
因此，瀝青用量取決于級配，根據設計級配確定出
各個系數。如表2所示，根據工程經驗選取油石比為
4.4%,復合型硬質瀝青添加劑為1%,豐度系數K=3.46
> 3.4,即油石比4.4%時可以滿足豐度系數K的要求，
可作為設計油石比。
表2系數
G (%) S (%) s (%) f (%) Pg S ! cn,' '
34.9 53.4 4.0 7. 7 2. 706
2.3性能試驗驗證
在最佳配合比下，即油石比4.4%、復合型硬質瀝
青1%下，通過凍融劈裂試驗、車轍試驗（60C）、低
溫小梁彎曲試驗，分別檢驗瀝青混合料的水穩定性能、
高溫穩定性能和低溫抗裂性能，試驗結果如表3所示。
通過混合料級配設計和相關驗證試驗，表明所設計的
EME-14型改性瀝青混合料的具有良好的水穩定性、高
溫穩定性和低溫抗裂性。
表3不同瀝青混合料最佳油石比下的性能試驗結果
混合料特性
復合
EME-14
普通
EME-14
SUP-20
改性
AC-20
毛體積相對密度2. 462 2. 387 2. 401 2. 423
油石比（%） 4.4 5. 5 4. 3 4. 2
空隙率VV （%） 3.7 3. 7 4. 0 4.5
浸水馬歇爾殘留穩定度（％） 87.2 81.0 87. 3 86.4
動穩定度試驗（次/nun） 11059 7627 7033 6286
凍融劈裂TSR （%） 81.6 80.4 79.8 82
兩次凍融循環劈裂TSR （%） 79.8 / / /
3 瀝青混合料性能試驗及分析
3.1性能對比評價
為評價復合高模量瀝青混合料EME-14 （以下圖表
中簡稱復合EME-14）的路用性能，與未添加復合增效
劑僅添加硬質瀝青的普通高模量瀝青混合料EME-14 （以
下圖表中簡稱普通EME-14）、SUP-20瀝青混合料、
SBS改性AC-20瀝青混合料進行了對比研究。
結合表3分析可知：（1）復合高模量瀝青混合料
EME-14動穩定度值約是普通高模量瀝青混合料EME-
14的1.4倍、SUP-20瀝青混合料的1.6倍、改性AC-20
瀝青混合料的1.8倍，表明復合高模量瀝青混合料具有
優異的高溫穩定性，相比僅添加硬質瀝青的普通高模量
瀝青混合料，復合增效劑的添加，顯著改善了普通高模
量瀝青混合料的抗變形能力，這主要由于復合增效劑降
低了硬質瀝青的135 9運動黏度，同時形成的復合型硬
質瀝青添加劑具有良好的609動力黏度以及彈性恢復
性能：（2）對比浸水馬歇爾殘留穩定度試驗、凍融劈
裂試驗以及多次循環凍融劈裂試驗結果可知，復合高模
量瀝青混合料EME-14在抗水損害性能上均優于普通高
模量瀝青混合料EME-14,在浸水馬歇爾穩定度上優于
SUP-20,和改性AC-20瀝青混合料相當，凍融劈裂性
能與SUP-20相當并略優于改性AC-20,這是由于復合
型硬質瀝青添加劑提高了瀝青膠結料的粘附性，同時由
于復合增效劑的作用，混合料的更易壓實成型，提高了
瀝青混合料的抗水損害能力。
3.2動態模量試驗結果分析
瀝青混合料作為典型的黏彈性材料，荷載作用頻率
和溫度對其內部結構的應力應變具有較大的影響。動態
模量能夠反映路面在車輪荷載作用下的實際內部結構受
力狀況，是分析瀝青路面結構的應力一應變關系的重要
參數。
通過對比普通高模量瀝青混合料EME-14和改性
AC-20混合料的動態模量試驗結果得出：（1）復合高
模量瀝青混合料EME-14在54°C, 0.1 ~ 25Hz下的動態
模量最小值為1126MPa,均大于相應頻率下普通EME-
14和改性AC-20混合料的動態模量，在54°C, 10Hz條
件下分別是普通EME-14的4.31倍、改性AC-20混合
料的2.7倍，主要由于復合增效劑的添加降低了僅添加
硬質瀝青時混合料的壓實溫度，復合型高模量瀝青混合
料更易形成穩定的密實結構，同時硬質瀝青具有的高溫
穩定性，使復合高模量瀝青混合料EME-14在高溫下具
有良好的抗變形能力；（2）在4°C, 0.1?25Hz下的
動態模量試驗中，復合高模量瀝青混合料EME-14的動
態模量同樣大于普通EME-14和改性AC-20的動態模量，
結合低溫彎曲應變試驗結果可知，復合高模量瀝青混合
料EME-14在低溫下具有較高模量的同時，并具有良好
抗裂性能；（3）隨著溫度的提高，在15C和45°C的不
同頻率下，復合高模量瀝青混合料EME-14的動態模量
值變化幅度均低于普通EME-14和改性AC-20,表明復
合高模量瀝青混合料EME-14混合料受溫度影響均小于
普通EME-1和改性AC-20瀝青混合料，具有更好的溫
度穩定性。綜上研究結果，在復合型硬質瀝青添加劑的
作用下，降低了瀝青混合料施工壓實所需溫度，更易形
成穩定密實的結構，從而提高了混合料的抗變形能力。
3.3動態模量主曲線
復合高模量瀝青混合料EME-14和普通EME-14和
改性AC-20動態模量主曲線如圖1所示。由圖1可知，
復合高模量瀝青混合料EME-14無論在低頻時還是在高
頻時的動態模量均比普通EME-14和改性AC-20瀝青
混合料高，在最低頻率下改性AC-20動態模量大于普通
EME-14。由時一溫等效原理可知，低溫與瀝青混合料
高頻時的動態模量相對應，高溫與瀝青混合料低頻時的
動態模量相對應。低溫時，模量較低的瀝青混合料變形
能力較強，可有效降低低溫下的脆斷問題；高溫時，模
量較高的瀝青混合料抵抗變形的能力較強，可以有效降
低在荷載作用下的壓應變、剪應變，具有良好的抗車轍
能力。因此，復合增效劑的添加顯著改善了僅添加硬質
瀝青情況下的瀝青混合料模量不足的問題，由復合型硬
質瀝青添加劑制備的高模量瀝青混合料EME-14相比普
通EME-14和改性AC-20瀝青混合料，可在高溫下有效
抵抗車輪荷載下的變形，顯著提高瀝青混合料的抗車轍
能力。但結合表3研究結果，可知復合高模量瀝青混合
料EME-14具良好的低溫變形能力。因此，復合高模量
瀝青混合料EME-14的高溫抗車轍性能和低溫變形能力
均優于普通EME-14和改性AC-20瀝青混合料，這與前
述分析結論一致。
(2019年第2期Research Findings | 研究成果 | ? 1 1 ?
30,000
28,000
26,000
24,000
22,000
20,000
1&amp;amp;000
16,000
14,000
12,000
10,000
8,000
6,000
4,000
2,000
0
1.0E-06 1.0E-05 1.0E-04 1.0E-03 1.0E-02 1.0E-01 1.0E+00 1.0E+01 1.0E+02 1.0E+03 1.0E+04
頻率(Hz)
A -改性AC-20
??…普通EMA-14
復合 EME-14
■-? 心▲
$▲二：▲…*"*?** ■
圖1動態模量主曲線
4 結束語
通過研究得出以下結論：(1)復合高模量瀝青混合
料EME-14具有較高的高溫抗變形能力，動穩定度值為
11059次/mm,約是普通高模量瀝青混合料EME-14的
1.4倍，SUP-20瀝青混合料的1.6倍，改性AC-20瀝青
混合料的1.8倍，這說明復合高模量瀝青混合料EME-
14具有更好的高溫抗變形能力。(2)復合高模量瀝青
混合料EME-14相比普通高模量瀝青混合料EME-I4,
SUP-20和改性AC-20瀝青混合料具有良好的抗水損害
性能，復合型硬質瀝青添加劑不僅可以提高瀝青混合料
的高溫穩定性，同時可以提高瀝青膠結料的粘附性。
(3)通過動態模量試驗及其主曲線模擬分析，可得
知無論是在低溫還是在高溫條件下復合高模量瀝青混合
料EME-14動態模量均大于相應頻率下的普通EME-14
和改性AC-20動態模量，經復合型硬質瀝青添加劑的作
用下復合高模量瀝青混合料EME-14更易形成穩定密實
的結構，從而提高了混合料的抗變形能力。
參考文獻：
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中國糧油學會會刊 國家糧食和物資儲備局標準質量中心支持期刊
糧食科技與經濟 國家A類學術期刊
《糧食科技與經濟》是經國家新聞出版廣電總局批準，湖南省糧食經濟科技學會、中國儲備糧管理
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