高模量沥青混合料在高速公路养护工程中的应用分析

李剑波 肖雷

（1苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 210022；2南京航空航天大学土木工程系，江苏 南京 210016）

1 工程概况

宁高高速公路与机场高速公路、S102线相联接，是南京市区连接溧水、高淳两县及苏南、皖南地区的主要快速通道。宁高高速公路设计行车速度100km/h，双向四车道，路基宽24.5m。由于过境交通量较大，而且重型货车较多，原路面出现了较多的病害问题，因此需要对原路面存在病害严重的路段进行全面层厚度的单车道铣刨重铺。

高模量沥青混合料是提高重载交通沥青抗车辙性能的一种主要技术途径，可以显著提升沥青混合料的抗车辙性能[1]。通过对比多种加铺方案，结合重型货车较多的现实情况，最终确定采用上面层改性沥青SMA-13（4cm）+中面层耐久性高模量沥青混合料（8cm）+下面层乳化沥青厂拌冷再生（7cm）的加铺方案（如图1）。

图1 铣刨加铺的路面结构图

2 高模量沥青混合料的配合比设计

当前，国内研究人员对于高模量沥青混合料的性能要求和技术途径上存在误区，许多关于高模量沥青混合料的研究都是基于高模量添加剂，而忽视了低标号沥青应用[2]。法国高模量沥青混合料大都采用低标号沥青，而且应用效果也较好。因此，本文基于法国高模量沥青混合料设计方法，对宁高高速公路养护工程应用的高模量沥青混合料进行配合比设计。

2.1 原材料

高模量硬质沥青母粒是中石化炼油销售有限公司以重质原油为原料，采用常减压蒸馏、溶剂脱沥青、氧化、调和等工艺进行生产的。高模量沥青由70#道路石油沥青与高模量硬质沥青母粒按7∶3配置而成。沥青及高模量硬质沥青如前所述，沥青及各种集料、矿粉的性能检测指标均满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）的要求。

2.2 级配选择及油石比确定

依据法国沥青混合料设计理念，优选一个级配进行旋转压实，确定混合料的压实特性。耐久性高模量沥青混合料胶结料用量通过丰度系数K控制，要求丰度系数K＞3.4[3]。沥青用量取决于级配，根据设计级配确定出各个系数。在进行旋转压实试验之前，首先需要根据粘温曲线确定混合料的拌合和压实温度，拌和温度为172℃，压实温度163℃[4]。高模量沥青混合料的级配见表1。

当油石比为5.4%时，丰度系数K=3.41＞3.4，即5.4%的油石比可以满足丰度系数K的要求，可作为施工油石比。根据法国沥青混合料旋转压实技术要求进行旋转压实试验，试验结果汇总如表2所示。

根据旋转压实结果，结合工程经验，选择5.4%的油石比进行混合料施工。以室内研究结论为基础，对耐久性高模量沥青混合料生产配合比进行了调试和相关试验验证，最终确定生产配比结果见表3。

表1 矿料级配

表2 旋转压实试验结果

表3 热料仓比例及设计油石比

3 高模量沥青混合料的应用

高模量沥青混合料采用间歇式拌合楼，平均产量为200t/h，每盘混合料设定湿拌时间为45s，总生产周期平均为72s左右。集料加热温度为180℃，基质沥青加热温度150℃。高模量硬质沥青母粒采用人工投放的方式进行添加。每盘料中，70#道路石油沥青添加量为145kg，高模量硬质沥青母粒投放量为21kg/袋╳3袋=63kg，70#道路石油沥青与高模量硬质沥青母粒的质量比为2.30∶1，与设计值7∶3=2.33∶1较为接近。

摊铺时采用两台VOLVO摊铺机进行梯队摊铺，摊铺机间距小于3～8m，搭接宽度25cm左右，摊铺速度为1.5～2m/min，摊铺温度在165℃以上，松铺系数为1.15，铺面外观较为均匀。

耐久性高模量沥青混合料的碾压分为初压、复压、终压，初压采用两台双钢轮（另一台备用）紧跟摊铺机碾压，前静后振2遍；复压采用胶轮静压4遍，最后钢轮终压1～2遍收光。初压温度基本控制在150℃左右，复压温度控制在130℃左右，终压温度控制在110℃左右。

耐久性高模量沥青路面施工完成后，对路面渗水情况、厚度及压实度等指标进行检测，测试结果见表4和表5。

由表4的测试结果可知，耐久性高模量沥青混合料外观均匀密实，无明显离析，而且渗水量较少，这是由于耐久性高模量沥青混合料设计空隙率较小，故路表渗水结果表明渗水系数比一般混合料均较小。此外，路面的厚度和压实度均能满足相关的技术要求。

表4 试验路渗水检测结果

表5 路面芯样高度及压实度检测结果

4 高模量沥青混合料的经济性分析

以掺加添加剂形成的高模量沥青混合料，由于应用了SBS改性沥青和抗车辙添加剂，导致高模量沥青混合料的造价过高，影响了高模量沥青混合料的推广应用，而采用70#道路石油沥青与高模量硬质沥青母粒配制的高模量沥青混合料具有一定的价格优势[5]。对耐久性高模量混合料、掺添加剂的普通沥青Sup20混合料、改性沥青Sup20混合料的工程造价进行分析，如表6所示。

表6 高模量沥青混合料的经济性分析

由表6可知，三种混合料均使用石灰岩集料，考虑相应的沥青价格和油石比、添加剂的差异以及生产成本上的不同，费用分析结果表明：掺添加剂的普通沥青Sup20混合料受添加剂价格的影响造价最高，耐久性高模量混合料和改性沥青Sup20混合料价格受沥青价格波动有一定影响，但二者造价差别较小。

5 结语

高模量沥青混合料可显著提升沥青路面的高温稳定性，减少和延缓路面车辙病害的发生，在道路养护工程中的应用越来越多。单纯采用添加剂的高模量沥青混合料造价较高，影响了高模量沥青混合料的推广应用，可以考虑采用低标号沥青制备，参考法国高模量沥青混合料设计方法进行配合比设计。