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基于抗車(chē)轍性能提升的復(fù)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(lái)源： 1.寧波交投公路營(yíng)運(yùn)管理有限公司 2.江蘇中路工程技術(shù)研究院有限公司		更新日期： 2026年08月22日	點(diǎn) 擊數(shù)：
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［2019年第2期］ Research Findings | 研究成果 | ?9?
基于抗車(chē)轍性能提升的復(fù)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(yíng)運(yùn)管理有限公司，浙江寧波315000； 2.江蘇中路工程技術(shù)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(chē)轍性能，釆用復(fù)合型硬質(zhì)瀝青添加劑和級(jí)配設(shè)計(jì)，通過(guò)動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)和不同溫度
下的動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)研究了一種復(fù)合高模量瀝青混合料，對(duì)比分析了不同瀝青混合料高低溫性能的差異，并運(yùn)用動(dòng)態(tài)模
量主曲線(xiàn)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。研究結(jié)果表明：釆用復(fù)合型硬質(zhì)瀝青添加劑制備的復(fù)合高模量瀝青混合料EME-14動(dòng)穩(wěn)定度達(dá)
11059次/mm,約是普通高模量瀝青混合料EME-14動(dòng)穩(wěn)定度的1.4倍，SUP-20動(dòng)穩(wěn)定度的1.6倍，改性AC-20動(dòng)穩(wěn)定度
的「8倍；主線(xiàn)模擬結(jié)果顯示，相比普通EME-14和改性AC-20,復(fù)合EME-14在高溫下具有更好的高溫穩(wěn)定性。
關(guān)鍵詞：瀝青混合料；高模量；復(fù)合型添加劑；高溫穩(wěn)定性；動(dòng)態(tài)模量
中圖分類(lèi)號(hào)：U414 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-2789 （2019） 02-0009-03
通過(guò)對(duì)不同高速瀝青路面車(chē)轍檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同
地區(qū)的高速公路均存在著程度不同的車(chē)轍病害，有關(guān)研
究結(jié)果顯示，*養(yǎng)車(chē)轍己成為一種重要的路面病害形式
根據(jù)對(duì)現(xiàn)役路面車(chē)轍病害處的混合料性能研究顯示車(chē)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(chē)轍產(chǎn)
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(chē)轍性能的一
種主要技術(shù)途徑。在過(guò)去的很長(zhǎng)一段時(shí)期對(duì)車(chē)轍問(wèn)題的
研究側(cè)重于提高上面層瀝青混合料的抗車(chē)轍性能，現(xiàn)有
大量研究表明面層以下的區(qū)域（中面層）受到剪應(yīng)力的
作用最大，因此提高瀝青路面中面層的模量對(duì)整個(gè)路面
的抗車(chē)轍性能有著至關(guān)重要的作用［6'710
綜上，為提高瀝青路面高溫條件下的抗車(chē)轍能力，
并為改善常規(guī)高模量瀝青混合料的不足提供一種解決方
法，通過(guò)在常規(guī)瀝青混合料中添加一種由復(fù)合增效劑和
硬質(zhì)瀝青組成的復(fù)合型硬質(zhì)瀝青改性劑來(lái)實(shí)現(xiàn)。該復(fù)合
型硬質(zhì)瀝青改性劑由于復(fù)合增效劑的添加，有效降低了
硬質(zhì)瀝青所導(dǎo)致的施工溫度較高的問(wèn)題。
1 原材料及試驗(yàn)
1.1瀝青
試驗(yàn)基質(zhì)瀝青釆用70#道路石油瀝青，其各項(xiàng)技術(shù)
指標(biāo)均滿(mǎn)足規(guī)范要求。復(fù)合型硬質(zhì)瀝青添加劑主要有含
有“烯桂”類(lèi)的復(fù)合增效劑和硬質(zhì)瀝青組成，復(fù)合增效
劑可有效改善硬質(zhì)瀝青的黏度狀況。采用復(fù)合增效劑可
有效改善瀝青的135°C運(yùn)動(dòng)黏度低、60°C動(dòng)力黏度以及
彈性恢復(fù)性能，兼具溫拌效果和抗車(chē)轍效果，摻量一般
為混合料質(zhì)量的1.0%?1.2%,其技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿(mǎn)足針入
度（25 °C, 100g, 5s） <5,軟化點(diǎn) 110 ?140°C,熔滴
點(diǎn)100?145°C ,顆粒尺寸應(yīng)< 2cm。
1.2集料
集料應(yīng)釆用不含風(fēng)化顆粒、近似立方體顆粒的石灰
巖碎石，嚴(yán)格控制細(xì)長(zhǎng)扁平顆粒含量，以確保集料的質(zhì)
量，應(yīng)滿(mǎn)足規(guī)范要求。
1.3試驗(yàn)方法
試驗(yàn)方法參照了法國(guó)高模量瀝青混合料性能評(píng)價(jià)方
法，并結(jié)合研究目的進(jìn)行了性能試驗(yàn)設(shè)計(jì)。高模量瀝青
作者簡(jiǎn)介：戚林玲（1981—）,女，工程師，研究方向：高
速公路養(yǎng)護(hù)。
混合料性能采用車(chē)轍試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)、
動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)溫度為4°C、5 °C、
45°C、54°C無(wú)圍壓的情況下進(jìn)行，分別測(cè)定0.1?25Hz
等6種頻率下的動(dòng)態(tài)模量，以評(píng)價(jià)高模量瀝青混合料在
高低溫下的穩(wěn)定性。動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)結(jié)果利用公式（1）
計(jì)算得到試件的動(dòng)態(tài)模量。
If I =. /（—cos^）: +（—sin^）2 = — （ 1）
V *0 £0 £0
其中，|門(mén)一動(dòng)態(tài)模量，MPa； o'o —應(yīng)力幅值，
kPa； —應(yīng)變幅值；0—相位角。
2 配合比設(shè)計(jì)
2.1混合料級(jí)配
參考的法國(guó)高模量瀝青混合料設(shè)計(jì)級(jí)配沒(méi)有級(jí)配范
圍的限制，只給出了關(guān)鍵篩孔0.063mm、2mm、4mm、
6.3mm和14mm目標(biāo)組成上下限的級(jí)配范圍。依據(jù)法國(guó)
瀝青混合料設(shè)計(jì)理念，結(jié)合研究目的，優(yōu)選一個(gè)級(jí)配表
1進(jìn)行旋轉(zhuǎn)壓實(shí)，確定混合料的壓實(shí)特性。如表1所示
是優(yōu)選級(jí)配在中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)篩孔下的通過(guò)率明細(xì)表。
表1各種礦料的優(yōu)選級(jí)配通過(guò)率明細(xì)（法國(guó)標(biāo)準(zhǔn)篩）
通過(guò)下列篩孔（方孔篩，mm）的質(zhì)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(jí)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(shù)K來(lái)控制，豐度系數(shù)K表
示瀝青膠結(jié)料裹復(fù)在集料的瀝青膜的常規(guī)厚度的一個(gè)比
值，K與礫料密度無(wú)關(guān)，高模量瀝青混合料瀝青用量通
過(guò)豐度系數(shù)K控制，通過(guò)下列公式建立瀝青混合料油石
比關(guān)系，要求豐度系數(shù)K>3.4, K根據(jù)下式計(jì)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(jí)配，根據(jù)設(shè)計(jì)級(jí)配確定出
各個(gè)系數(shù)。如表2所示，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)選取油石比為
4.4%,復(fù)合型硬質(zhì)瀝青添加劑為1%,豐度系數(shù)K=3.46
> 3.4,即油石比4.4%時(shí)可以滿(mǎn)足豐度系數(shù)K的要求，
可作為設(shè)計(jì)油石比。
表2系數(shù)
G (%) S (%) s (%) f (%) Pg S ! cn,' '
34.9 53.4 4.0 7. 7 2. 706
2.3性能試驗(yàn)驗(yàn)證
在最佳配合比下，即油石比4.4%、復(fù)合型硬質(zhì)瀝
青1%下，通過(guò)凍融劈裂試驗(yàn)、車(chē)轍試驗(yàn)（60C）、低
溫小梁彎曲試驗(yàn)，分別檢驗(yàn)瀝青混合料的水穩(wěn)定性能、
高溫穩(wěn)定性能和低溫抗裂性能，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。
通過(guò)混合料級(jí)配設(shè)計(jì)和相關(guān)驗(yàn)證試驗(yàn)，表明所設(shè)計(jì)的
EME-14型改性瀝青混合料的具有良好的水穩(wěn)定性、高
溫穩(wěn)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(yàn)結(jié)果
混合料特性
復(fù)合
EME-14
普通
EME-14
SUP-20
改性
AC-20
毛體積相對(duì)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(wěn)定度（％） 87.2 81.0 87. 3 86.4
動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)（次/nun） 11059 7627 7033 6286
凍融劈裂TSR （%） 81.6 80.4 79.8 82
兩次凍融循環(huán)劈裂TSR （%） 79.8 / / /
3 瀝青混合料性能試驗(yàn)及分析
3.1性能對(duì)比評(píng)價(jià)
為評(píng)價(jià)復(fù)合高模量瀝青混合料EME-14 （以下圖表
中簡(jiǎn)稱(chēng)復(fù)合EME-14）的路用性能，與未添加復(fù)合增效
劑僅添加硬質(zhì)瀝青的普通高模量瀝青混合料EME-14 （以
下圖表中簡(jiǎn)稱(chēng)普通EME-14）、SUP-20瀝青混合料、
SBS改性AC-20瀝青混合料進(jìn)行了對(duì)比研究。
結(jié)合表3分析可知：（1）復(fù)合高模量瀝青混合料
EME-14動(dòng)穩(wěn)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(fù)合高模量瀝青混合料具有
優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性，相比僅添加硬質(zhì)瀝青的普通高模量
瀝青混合料，復(fù)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(fù)合增效劑降
低了硬質(zhì)瀝青的135 9運(yùn)動(dòng)黏度，同時(shí)形成的復(fù)合型硬
質(zhì)瀝青添加劑具有良好的609動(dòng)力黏度以及彈性恢復(fù)
性能：（2）對(duì)比浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)、凍融劈
裂試驗(yàn)以及多次循環(huán)凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果可知，復(fù)合高模
量瀝青混合料EME-14在抗水損害性能上均優(yōu)于普通高
模量瀝青混合料EME-14,在浸水馬歇爾穩(wěn)定度上優(yōu)于
SUP-20,和改性AC-20瀝青混合料相當(dāng)，凍融劈裂性
能與SUP-20相當(dāng)并略?xún)?yōu)于改性AC-20,這是由于復(fù)合
型硬質(zhì)瀝青添加劑提高了瀝青膠結(jié)料的粘附性，同時(shí)由
于復(fù)合增效劑的作用，混合料的更易壓實(shí)成型，提高了
瀝青混合料的抗水損害能力。
3.2動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)結(jié)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(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變具有較大的影響。動(dòng)態(tài)
模量能夠反映路面在車(chē)輪荷載作用下的實(shí)際內(nèi)部結(jié)構(gòu)受
力狀況，是分析瀝青路面結(jié)構(gòu)的應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系的重要
參數(shù)。
通過(guò)對(duì)比普通高模量瀝青混合料EME-14和改性
AC-20混合料的動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)結(jié)果得出：（1）復(fù)合高
模量瀝青混合料EME-14在54°C, 0.1 ~ 25Hz下的動(dòng)態(tài)
模量最小值為1126MPa,均大于相應(yīng)頻率下普通EME-
14和改性AC-20混合料的動(dòng)態(tài)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(fù)合增效劑的添加降低了僅添加
硬質(zhì)瀝青時(shí)混合料的壓實(shí)溫度，復(fù)合型高模量瀝青混合
料更易形成穩(wěn)定的密實(shí)結(jié)構(gòu)，同時(shí)硬質(zhì)瀝青具有的高溫
穩(wěn)定性，使復(fù)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(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)中，復(fù)合高模量瀝青混合料EME-14的動(dòng)
態(tài)模量同樣大于普通EME-14和改性AC-20的動(dòng)態(tài)模量，
結(jié)合低溫彎曲應(yīng)變?cè)囼?yàn)結(jié)果可知，復(fù)合高模量瀝青混合
料EME-14在低溫下具有較高模量的同時(shí)，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(fù)合高模量瀝青混合料EME-14的動(dòng)態(tài)模量
值變化幅度均低于普通EME-14和改性AC-20,表明復(fù)
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(wěn)定性。綜上研究結(jié)果，在復(fù)合型硬質(zhì)瀝青添加劑的
作用下，降低了瀝青混合料施工壓實(shí)所需溫度，更易形
成穩(wěn)定密實(shí)的結(jié)構(gòu)，從而提高了混合料的抗變形能力。
3.3動(dòng)態(tài)模量主曲線(xiàn)
復(fù)合高模量瀝青混合料EME-14和普通EME-14和
改性AC-20動(dòng)態(tài)模量主曲線(xiàn)如圖1所示。由圖1可知，
復(fù)合高模量瀝青混合料EME-14無(wú)論在低頻時(shí)還是在高
頻時(shí)的動(dòng)態(tài)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(dòng)態(tài)模量大于普通
EME-14。由時(shí)一溫等效原理可知，低溫與瀝青混合料
高頻時(shí)的動(dòng)態(tài)模量相對(duì)應(yīng)，高溫與瀝青混合料低頻時(shí)的
動(dòng)態(tài)模量相對(duì)應(yīng)。低溫時(shí)，模量較低的瀝青混合料變形
能力較強(qiáng)，可有效降低低溫下的脆斷問(wèn)題；高溫時(shí)，模
量較高的瀝青混合料抵抗變形的能力較強(qiáng)，可以有效降
低在荷載作用下的壓應(yīng)變、剪應(yīng)變，具有良好的抗車(chē)轍
能力。因此，復(fù)合增效劑的添加顯著改善了僅添加硬質(zhì)
瀝青情況下的瀝青混合料模量不足的問(wèn)題，由復(fù)合型硬
質(zhì)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(chē)輪荷載下的變形，顯著提高瀝青混合料的抗車(chē)轍
能力。但結(jié)合表3研究結(jié)果，可知復(fù)合高模量瀝青混合
料EME-14具良好的低溫變形能力。因此，復(fù)合高模量
瀝青混合料EME-14的高溫抗車(chē)轍性能和低溫變形能力
均優(yōu)于普通EME-14和改性AC-20瀝青混合料，這與前
述分析結(jié)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(fù)合 EME-14
■-? 心▲
$▲二：▲…*"*?** ■
圖1動(dòng)態(tài)模量主曲線(xiàn)
4 結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)研究得出以下結(jié)論：(1)復(fù)合高模量瀝青混合
料EME-14具有較高的高溫抗變形能力，動(dòng)穩(wěn)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(shuō)明復(fù)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(fù)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(fù)合型硬質(zhì)瀝青添加劑不僅可以提高瀝青混合料
的高溫穩(wěn)定性，同時(shí)可以提高瀝青膠結(jié)料的粘附性。
(3)通過(guò)動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)及其主曲線(xiàn)模擬分析，可得
知無(wú)論是在低溫還是在高溫條件下復(fù)合高模量瀝青混合
料EME-14動(dòng)態(tài)模量均大于相應(yīng)頻率下的普通EME-14
和改性AC-20動(dòng)態(tài)模量，經(jīng)復(fù)合型硬質(zhì)瀝青添加劑的作
用下復(fù)合高模量瀝青混合料EME-14更易形成穩(wěn)定密實(shí)
的結(jié)構(gòu)，從而提高了混合料的抗變形能力。
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中國(guó)糧油學(xué)會(huì)會(huì)刊 國(guó)家糧食和物資儲(chǔ)備局標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量中心支持期刊
糧食科技與經(jīng)濟(jì) 國(guó)家A類(lèi)學(xué)術(shù)期刊
《糧食科技與經(jīng)濟(jì)》是經(jīng)國(guó)家新聞出版廣電總局批準(zhǔn)，湖南省糧食經(jīng)濟(jì)科技學(xué)會(huì)、中國(guó)儲(chǔ)備糧管理
集團(tuán)有限公司湖南分公司主辦，面向國(guó)內(nèi)外公開(kāi)發(fā)行的國(guó)家A類(lèi)學(xué)術(shù)期刊。國(guó)內(nèi)統(tǒng)一連續(xù)出版物號(hào):
CN 43-1252/TS,國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)連續(xù)出版物號(hào):ISSN 1007-1458。
主要欄目設(shè)置：糧食安全、糧食經(jīng)濟(jì)、檢測(cè)與標(biāo)準(zhǔn)、倉(cāng)儲(chǔ)與物流、糧油工程、糧食深加工及食品、前瞻
與未來(lái)、經(jīng)營(yíng)管理、三農(nóng)關(guān)注等欄目。
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