浅谈高模量沥青混凝土在高速公路中的应用

摘要：本文通过国内高速公路的现状引入以及提高高速公路使用性能的意义。本文介绍了高模量改性剂的技术指标和改性机理。由于高模量沥青混凝土优越的路用性能，在高速公路上得到了越来越广泛的利用，结合高模量沥青混凝土中面层AC-20在西宝高速公路改扩建施工中的应用，提出高模量沥青混凝土的应用符合国家建设资源节约型和环境友好型社会的方针，具有良好的社会和环境效益。

关键词：高模量沥青混凝土；高速公路；应用 ；社会与环境效益

中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：

内容：随着我国高速公路的发展，高速公路走过了从完全照搬、逐渐探索到理性思考的过程，目前我国高速公路沥青路面结构与材料的发展逐渐理性和成熟。无论从沥青的选择到级配的优化直到结构层的优化都显示出我国高速公路有了长足的进步。

1、应用高模量的原因与意义

近年来，由于交通量的增长、轴载增加、超载严重、车辆渠化交通、持续高温天气等因素的综合影响，车辙已成为沥青路面最严重的早期破坏形式之一。研究表明，在沥青路面使用过程中，由于车辙引起的路面损坏所占的比例有愈来愈大的趋势。我国高等级道路沥青路面产生的车辙日趋严重。车辙的产生会影响路面的平整度，消减面层以及路面结构的整体强度，降低路面的抗滑能力甚至会由于车辙内积水而影响高速行车是的安全性，还可能影响车辆在超车或变更车道时的操作稳定性。从寿命周期费用的角度来讲，车辙不仅增加了后期维修养护费用也增加了运营费用，据不完全统计，在高等级公路维修原因中，车辙病害发生比率高达80%以上。由此可见，车辙问题亟待解决，对基于抗车辙性能路面新材料的研究与开发成为公路界专业人士关注的问题。

在国内外研发使用的各种新型路面材料中，高模量沥青混凝土（High Modulus Asphalt concrete，HMAC）的设计理念越来越受到关注，其设计思想是通过提高沥青混凝土的模量，减少车辆荷载作用下沥青混凝土产生的塑性变形，提高路面高温抗车辙能力，改善沥青混凝土抗疲劳特性，延长路面的使用寿命。

2、高模量改性剂

2.1改性剂的技术性能指标

（1）PR PLASTS是一种改善沥青混合料高温性能的专用改性剂，呈深蓝色或者黑色、外观为4mm左右的固体颗粒状，其主要成分为改性的高密度PE及低密度PE，属于热塑性树脂类；仅软化不溶解，燃烧无气味。其组成中95%以上为纤维聚合物，5%以下为填充物。

（2）岩沥青改性剂（RA）的密度为0.96g/cm3,大小在2～4mm（见图1.2），研究思路是将岩沥青这种天然高分子化合物，与化工合成高分子聚合物进行复合改性，综合利用两者长处，从而全面地增强沥青混合料路用性能。

2.2改性剂的改性机理

沥青改性是一个物理共混过程,改性剂与沥青的充分混溶是改善沥青性能的基本前提。在此基础上，改性剂吸附沥青中的轻质组分而发生溶胀，已溶胀的改性剂又与沥青其余组分相互作用，从而形成一种新的结构体系，加之此种改性剂自身的固有特性而使沥青性能得到相应的改善。在研磨过程中以及在稳定剂或催化剂的作用下，会发生断链与交联反应，形成一些网状结构，从而使改性沥青粘度与储存稳定剂得到提高。

与以上改性机理不同，把改性剂PR/RA直接加入到沥青混合料中，不仅与沥青发生溶胀，与集料也有物理作用：改性剂在高温时软化，在压实过程中热成型，填充集料骨架中的空隙，同时由于热集料的挤压，使其发生严重的变形。冷却后相互交织起来，在集料骨架中搭桥形成嵌挤、加筋和胶结作用，从而牵制集料颗粒的移动。

3、高模量沥青混凝土的应用

我国许多高速公路路面开始返修、大修和在大量的改扩建施工中发现，出现车辙变形的路段一般中面层形变比较大，而下面层无变形。经研究发现，沥青路面中面层在高值压应力的作用下，由于压应力超过沥青混合料的抗压强度，碾压追密极易造成压密性车撤；同样沥青路面中面层在高值剪切应力作用下，车轮荷载的剪应力超过了沥青混合料的抗剪强度，致使沥青混凝土层出现了剪切变形，剪切变形的积累，则逐渐形成大的变形，即产生了面层失稳型车辙，因此，沥青路面中面层应该是产生车辙现象的主要结构层，下面层次之。

西宝高速公路是国家高速公路网规划中横向线连云港至霍尔果斯高速公路在陕西境内的重要组成部分，同时也是陕西省“三纵四横五辐射”高速公路网规划中的重要组成部分，是陕西省交通运输主动脉和“黄金干线”的重要路段。近年来，该路段交通量增长十分迅速。因此，在西宝高速公路改扩建项目中为了增强整个路面结构抵抗车辙变形和抗疲劳的能力，在中面层中应用了高模量沥青混凝土，其路面结构为：20cm水稳碎石底基层；40cm水泥稳定碎石基层；12cm沥青混凝土ATB-30下面层；6cm高模量沥青混凝土AC-20中面层；4cm改性沥青玛蹄脂碎石SMA-13上面层。在我国，针对HMAC的研究还未成熟，对HMAC材料的组成及实际路用性能了解还不够，需要在国外研究成果的基础上并结合我国高速公路的实践经验，研究高模量沥青混凝土材料组成，总结高模量沥青混凝土的力学特性，为高模量沥青混凝土在我国的推广应用积累经验。

4、高模量沥青混凝土的施工

4.1 HMAC的拌制

4.1.1施工前的准备工作

沥青混合料拌和设备在开始运转前要进行全面检查，注意连接部件的紧固情况，检查搅拌器内有无积存余料、冷料运输机是否运转正常和有无跑偏现象，仔细检查沥青管道各个接头，严禁吸沥青管有漏气现象，注意检查电气系统，对于机械传动部分，还要检查传动链的张紧度等。

4.1.2混合料的拌和

试验路采用的拌和设备为日产4000型拌合楼，它采用先进的计量控温和计时设备，可以对混合料进行精确的配合比拌和。

高模量改性AC-20混合料的拌和时间及加料次序参照表1.1选用，每锅出料后，目测认为不合适（花料、离析），则需适当延长拌和时间（3～5s）。

表1.1高模量改性AC-20拌和时间及加料采用次序

拌和楼安装了监控设备，并派专人监视，确保ZQ-3按时按量准确投放。PR沥青混合料生产温度控制如表1.2所示。低于下限值175℃或超过上限值190℃温度的沥青混合料不得使用。拌和时间应以混合料拌和均匀、所有矿料颗粒全部裹覆沥青结合料为度。

表1.2HMAC生产温度控制

当拌和场出现混合料超温废弃，或其他问题不能保证生产能力时，要及时联系摊铺现场进行适当的调整，防止摊铺机出现停机待料的情况，必要时做横向施工缝。

4.2 HMAC的运输

HMAC混合料拌和好后，可采用大于15t的自卸汽车运输，车厢底板及周壁应涂一层油水隔离剂（隔离剂不能使用纯柴油，按照规范推荐的防粘剂为油石混合液，油：水=1:3混合液）．每车料卸完后应将车厢清理干净，不应有残留，以防混合料粘附车厢。运输车辆上应覆盖，运至摊铺地点的沥青混合料温度不宜低于165℃。同时，应查明工程所在的具置、施工条件、摊铺能力、运输路线、运距和运输时问，根据拌和与摊铺设备的生产能力确定合适的运输车辆数。要组织好车辆在拌和设备处装料和工地卸料的顺序，尤其要计划好车辆在工地卸料时的停置地点。

4.3 HMAC的摊铺