【RMCM特稿】高模量沥青混凝土在国内外的应用

高模量沥青混凝土技术是指通过改变沥青胶浆的性能以及混合料级配组成、矿料颗粒形状和沥青含量等方式，使沥青混合料的模量有较大幅度的提高。制备高模量沥青混凝土的方式见图1。

图1 两种制备高模量沥青混凝土的方式

高模量沥青混凝土的研究应用始于法国。20世纪60年代初期，法国主要将标号为80/100、180/220的沥青用于道路建设，但是随着当时重载交通的迅速增长，1968年法国出现了标号为20/30的道路沥青产品。1969年，法国公路建设部门制定了根据气候性质选择沥青标号的标准，并将法国气候分区。

1981年，法国首次将高模量沥青混凝土作为旧路面结构的补强材料使用。20世纪80年代前期，法国在中下沥青面层的沥青混合料中常用针入度为35~45（0.1 mm）的沥青，采用4.5%的沥青用量。1982年法国一个承包商用针入度为15（0.1 mm）的沥青做底面层混合料，同时增加沥青用量，使之与表面层混合料的用量相同。到1992年，法国正式制定使用针入度为15（0.1 mm）的沥青制作高模量沥青混凝土的规范，同时将底面层厚度减薄1/4。图2为法国沥青混凝土结构厚度的变化情况。

图2 法国沥青混凝土结构厚度发展趋势

随着高模量沥青混凝土的发展，法国的沥青混凝土结构厚度不断减小，既减少了道路建设养护成本，又达到了环保节能的效果，且能保证基本路用性能。随着高模量沥青混凝土迅速得到推广和应用，法国将高模量沥青混凝土分为EMEl、EME2、EME3三种类型，其中EMEl由于其抗疲劳性能、耐久性能不高，并未得到广泛推广，EME2、EME3因具有良好的水稳定和抗疲劳性能，得到了广泛的推广和应用。

经过20多年的发展和研究，在法国已经形成一套完整的高模量沥青混凝土设计方法。法国HMAC标准NFP98-140对配合比设计和结构设计均有独特的方法。目前，法国配制高模量沥青混凝土的方法主要有两种：一种是采用高模量添加剂；另一种是采用低标号沥青，即30#和20#沥青。

2004年起，。法国研究人员通过一系列车辙试验发现：10/20硬质沥青的高模量沥青混凝土抗车辙性能远高于常规的50/70沥青混凝土，甚至要优于SBS改性沥青混凝土。。结果表明，高模量沥青混凝土和高质量磨耗层的面层结构组合形式具有较优的抗车辙性能。

同时，法国研究人员认为，高模量沥青混凝土的设计并非简单地将普通沥青替换为硬质沥青就能解决。高模量沥青混凝土设计理念是添加较多结合料，降低材料孔隙率；采用硬质沥青配制高沥青用量的混合料（油石比约为6%），通过硬质沥青来提高混合料的模量，高沥青用量在一定程度上可以增加混合料的抗疲劳性能以及密实度。路面结构设计中，高模量沥青混凝土层通常用作中下面层，这样既能够保证表面层的施工温度在较小的范围内变化，而且能减少沥青层厚度，也可在降低道路建设成本。在法国，HMAC还经常与沥青混合料磨耗层结合使用，以在减少路面车辙的同时提高路面抗滑性能。

英国先后于1994年和1997年对硬质沥青及其混合料进行了相关研究，并建立了主要针对硬质沥青及其混合料抗疲劳性能和抗老化性能的长寿命路面耐久性研究项目。2002年，Tarmac等人对高模量沥青混凝土开展了专项研究工作，研究结果表明EME2具有良好的耐久性能和较高的强度，是一种优良的路面材料，并于2003年形成一套针对EME2的配合比设计方法，而且给出了高模量沥青混凝土EME2的施工工艺。

葡萄牙J.Transp.Engrg等人根据葡萄牙气候炎热的特点，深入研究了高模量沥青混凝土的抗车辙性能，并对16 km试验路进行跟踪测试，获得了HMAC的永久变形参数，从而为车辙量预估提供了参数支持。

意大利对HMAC和三种改性沥青混合料基层展开调查，对高模量沥青混凝土的路用性能进行了相关的研究，分析了提高基层承载力的一些因素，提出了正确使用HMAC基层的建议和要求。

芬兰公路部门将硬沥青应用于次等级道路的基层，以利用其高模量、高劲度优势减少施工过程中产生的不均匀现象。Helsinki技术大学将硬沥青应用到路面上面层，以提高道路抗车辙性能，并与改性沥青作了对比。研究表明，硬沥青具有良好的抗车辙能力，在芬兰公路建设中得到了广泛推广。

荷兰代尔夫特理工大学通过车辙试验对普通沥青混凝土、硬沥青混凝土、SMA及改性沥青混凝土等沥青混合料的抗车辙性能进行对比。试验结果表明，硬沥青混凝土的车辙深度与SMA基本相当，并明显优于普通沥青混凝土。同时对其进行了三轴试验，试验结果显示，硬沥青混凝土具备良好的抗变形能力。

美国在2004年开展了HMAC作为永久性沥青路面中、下面层的研究，并着重对HMAC的设计方法和费用展开研究。针对路面车辙问题，美国运输部（DOT）和联邦公路局（FWHA）进行了长期研究，并提出了长寿命沥青路面设计理论。长寿命沥青路面通常采用柔性结构，路基强度较高时，可以采用全厚式；路基强度不足时，加铺粒料基层或沥青碎石基层。图3为美国的长寿命路面结构，其中上面层是性能良好的热拌沥青混凝土，中面层一般采用高模量沥青混凝土，而下面层是富含沥青的混凝土。

图3 美国长寿命路面结构

日本也引入了长寿命路面理念，简称LSP，它的设计目标是：由功能损坏导致维修的周期在15年以上，其结构性寿命一般为40~60年。设计方向主要考虑三个方面：提高路基承载能力；采用刚性大的基层；面层采用抗车辙性能很强的材料，即高模量混凝土。

在南非，同样引入高模量沥青混凝土以提高路面抗车辙性能，解决路面出现的早期损害。但是由于法国与南非设计方法的差异，相关研究认为可以将已有规范（法国）中的高模量沥青混凝土设计参数，转换为南非所用的规范。

国内对HMAC的认识

中国在高模量沥青混凝土研究方面处于起步阶段，尚无成熟的经验可以借鉴。目前，部分地区采用低标号沥青替代传统沥青的方式来提高路面抗车辙性能，但仍然采用传统沥青混凝土评价方法，相应的混合料的设计没有形成成熟的方法。

中国基本上参照法国标准来定义HMAC。将同时满足动稳定度DS值（试验温度60 ℃，轮压0.7 MPa）5 000次•mm－1以上，且在15 ℃、10 Hz条件下动态模量达到14 000 MPa以上，在45 ℃、10 Hz条件下动态模量达到2 000 MPa以上，在45 ℃、0.1 Hz条件下达到500 MPa以上等条件的沥青混合料称为高模量沥青混合料。

，而法国针对高模量的材料特性，专门制订了相应的高模量沥青混凝土配合比设计方法。法国的设计方法能很好地处理模量、高温稳定性以及疲劳性能三者之间的关系，该设计方法将得到的模量和疲劳试验结果直接作为计算参数应用于路面结构设计中，使两者结合更加紧密。

国内HMAC工程应用

2001年，中国引入PRI工业公司生产的高模量沥青混合料外掺剂PR，并在北京市政道路交叉口、浙江林石线改造工程、104国道（新昌段）改建工程、山西运城—三门峡、陕西府谷—店塔公路以及靖边—安塞（榆林段）等高速公路项目中应用，效果良好。

2005年，，提出了高模量低标号沥青生产工艺及其技术指标。2006年分别在抚顺—南杂木高速和鹤岗—大连二级公路上面层铺筑试验路。

2007年，在河北沿海高速公路秦皇岛段施工中，下面层采用了8 cm AC25-1高模量沥青混凝土。图4为该段工程路面结构示意图。

图4 河北沿海高速路面结构

2009年，辽宁省颁布《高模量沥青混合料施工技术规范地方标准》（DB 21/T 1754—2009）。

2009年，高模量沥青混合料应用于长安大街大修改造工程。

2010年，高模量沥青混合料应用于广西柳州—南宁高速公路改扩建工程。该工程为旧水泥混凝土路面沥青加铺改造工程，加铺下面层为8 cm厚SAC-25高模量沥青混凝土。

2013年，中国颁布了国家标准《道路用抗车辙沥青混凝土》（GB/T 29050—2012）。综上可知，中国对高模量沥青混合料的应用还处于起步阶段，实体工程项目一般采用硬质沥青或者高模量添加剂来提高沥青混合料的弹性模量。高模量沥青混凝土技术性能要求以及配合比设计体系还有待进一步深入研究。

注：本文作者为李志厚、李志刚、张航、姜睿、徐金枝，全文见《筑路机械与施工机械化》2014年1期特稿栏目。

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