高寒地區高模量瀝青混凝土路面應用研究

（甘肅省武威公路局，甘肅 武威 733000）

1 研究現狀

高模量瀝青混合料（HMAC）是一種模量比傳統瀝青混合料高30%－50%，且疲勞壽命次數較大的高性能瀝青混合料。高模量瀝青混合料技術1980年始于法國，先后在英國、南非、美國、芬蘭等國家廣泛應用，當時應用最廣泛的是通過低針入度瀝青（硬質瀝青）來形成高模量瀝青混合料，目前歐洲已形成高模量瀝青混合料設計流程（NFEN13108-1-2007），美國將高模量瀝青混合料作為長壽命瀝青路面的推薦混合料類型[1]。我國起步較晚，2005年先后在高速公路和國省干線公路推廣應用HMAC技術，但受制于缺乏專用瀝青結合料及相應設計方法和低溫指標不足等，未在國內大規模推廣應用。

法國高模量瀝青混合料包括BBME和EME兩種級配類型，分別應用于路面的上面層和中下面層，但國內僅引入了EME，鮮少將其應用于上面層。由于法國氣候溫和，因此對HMAC的低溫抗裂性能未做要求。引入我國后，對HMAC的-10℃低溫彎曲破壞應變要求僅滿足冬冷區要求的不小于2000微應變，因此，在我國廣大的北方及西北地區，尤其是冬寒區，HMAC技術難以應用。

此外，歐洲HMAC使用專門的硬質瀝青為結合料，并有專門的技術規范EN13924。硬質瀝青是一類非常特殊的瀝青結合料，針入度僅10-25dmm，我國的油源屬性和原油加工工藝并不適合生產這類硬質瀝青，因此，國內的HMAC基本都采用添加高模量外加劑的方式。2017年西安眾力瀝青有限公司曾贇等人通過將天然瀝青加工至微米級，研發出高模量瀝青混合料專用天然瀝青改性瀝青HMB。

本文利用HMB-C在G109線青藏公路格爾木納赤臺段將高模量瀝青混合料的BBME及EME兩種級配類型分別應用于路面的上、下面層，是國內首個將HMAC應用于青藏高原的項目，對于研究HAMC在中上面層的應用以及在冬寒區的應用提供了經驗和數據。

2 結構特點和作用機理

2.1 特點

HMB通過提高瀝青混凝土的模量，減少車輛荷載作用下瀝青混凝土產生的應變，減少瀝青混凝土的不可恢復殘余變形，提高瀝青路面抗高溫變形能力，延緩車轍的產生，增強高溫穩定性能、抗水損害性能及低溫抗裂性能，延長路面的維修周期和使用壽命，節約養護費用。其優良的荷載傳遞分散能力和抗疲勞性能可減薄路面設計厚度約20%。

HMAC模量高于改性瀝青混合料，滿足15℃、10Hz條件下動態模量不小于14000MPa，15℃、10Hz、控制應變230με條件下疲勞壽命不小于100萬次。與普通瀝青混合料相比，高模量瀝青混合料的施工主要有以下特點：1）混合料配合比設計進行體積分析時，需考慮外摻劑的影響；2）混合料拌和時，需加入高模量外摻劑；3）混合料拌和、攤鋪和碾壓溫度較普通瀝青混合料略高[2]。

2.2 適用范圍

高模量瀝青混凝土適用于各等級公路的上、中、下面層，尤其適用于以下特殊環境的道路鋪裝：

1）重載交通道路；

2）慢速交通道路，如長大陡坡路段和交通擁堵路段；

3）高輪壓荷載道路，如礦區、港口道路和機場跑道；

4）水平荷載作用較多路段，如路口、公交車站、急轉彎路段；

5）對交通通行率要求高的市政道路等。

3 項目概況

G109線格爾木納赤臺段位于青海省格爾木納赤臺，平均海拔4500m以上，為青藏高原亞寒帶半干旱氣候區，屬典型的冰緣干旱大陸性氣候，具有干燥寒冷、低壓風大、日照時間長、四季不分明、寒冷期漫長、紫外線輻射強、降水量集中、蒸發量大于降水量和嚴重缺氧等特點，年平均氣溫-5℃，最低氣溫-30℃以下，最高氣溫20℃以上，晝夜溫差大，可達34.7℃，凍結期由10月到翌年5月長達6個月，年平均降水量274.8mm，蒸發量1300.8mm[3]。

G109線格爾木納赤臺段屬山嶺重丘區二級公路技術標準，路基寬8.5m，路面寬7m，原路面結構為4cm AC-13上面層+5cm AC-16下面層+20cm水穩基層+20cm天然砂礫底基層，平均縱坡5%。

HMAC 試驗段位于G109 線格爾木納赤臺K2829-K2830段，是進藏物資的重要運輸通道，屬長大陡坡路段，車輛行駛緩慢，重載交通比重較大，主要病害類型以車轍、推移和擁包為主，考慮提高瀝青混凝土的模量和高溫穩定性能，延緩車轍、推移和擁包的產生。試驗段路面結構為4cm BBME0/10上面層+5cm EME0/14下面層。根據青海的氣溫氣候特點，每年只有7-9月為最佳的高模量瀝青混凝土施工期。

4 混合料的配合比設計

根據當地冬季極端氣溫低的特點，選用西安眾力瀝青有限公司的適用于冬寒區的高模量瀝青HMB-C做膠結料，HMB-C的檢測結果如表1所示[4]。

表1 HMB-C的技術指標

BBME0/10及EME0/14級配設計結果如表2、表3所示。其中,高模量瀝青混合料的級配范圍采用西安眾力瀝青有限公司的企業標準，通過將法國高模量瀝青混合料的級配范圍經內插法及經驗法轉換為國內篩孔尺寸下的級配范圍來確定。

表2 BBME0/10級配

表3 EME0/14級配

采用馬歇爾試驗方法確定最佳油石比后，驗證混合料性能，包括模量及疲勞試驗，結果如表4所示[5]。

表4 BBME-13和EME-16目標配合比設計結果

由表4可知，BBME及EME的動穩定度大于5000次/mm，低溫彎曲破壞應變大于3000με，滿足冬寒區應用要求。混合料的模量和疲勞性能均滿足歐洲的瀝青混合料設計流程（NFEN13108-1-2007）對BBME及EME的模量和疲勞壽命要求。寒區高模量瀝青混合料技術的應用對于解決青藏高原地區公路冬季開裂和夏季車轍問題提供了很好的技術方案。

5 施工

HMAC施工與普通瀝青混合料施工方法相同，工序施工溫度要求高于普通瀝青混合料約20℃，與改性瀝青混合料溫度相當。

高模量瀝青混合料是高油石比、密集配的瀝青混合料，因此施工均勻性好、宜壓實。考慮瀝青膠結料針入度較低的因素，碾壓以膠輪壓路機揉搓為主，復壓階段采用膠輪碾壓4-6遍。施工中，盡量以較高的溫度完成碾壓，避免出現由于溫度過低難以壓實的問題。

施工后現場檢測結果顯示，BBME0/10 的滲水系數70ml/min、構造深度0.61，滿足當地氣候及交通條件要求。

6 結語

2018年在G109線青海省格爾木納赤臺的高模量瀝青路面試驗段項目是國內首次在青藏高原應用高模量瀝青混合料技術。該案例的成功實施為高模量瀝青混凝土技術發展積累了實踐經驗,也為高寒高海拔地區公路建設提供了一種新的解決方案。