关于法国高模量沥青混合料的一些探讨
张 君
中交一局海外公司AA高速项目
摘 要：通过对法国道桥实验室（LPC）沥青混合料设计指南一书的深入学习及法国高模量沥青混凝土标准NF P98-140的初步了解，结合国内对高模量沥青混和料的实践应用介绍。在设计和试验方面针对国内外不同的理念，提出埃塞俄比亚AA高速路项目试验人员对高模量沥青混合料的见解。 关键词：高模量；沥青混凝土；沥青；外掺剂；试验；法国 ；
1、概述
“高模量沥青混凝土应用技术研究” 于2005年开始在中国启动。是交通部西部交通建设科技项目。通过大量的科学研究和实践，已经在全国多个地区进行推广和应用。项目旨在采用低标号沥青和混合料中掺入高模量外掺剂两种工艺方法，来提高沥青混凝土的模量，达到改善混合料高温稳定性与低温抗裂性能的平衡。提高路用性能的目的。
高模量沥青混凝土（High Modulus Asphalt Concrete）的理念最初由法国提出，在高模量沥青混凝土技术应用上旨在提高解决沥青路面在使用过程中出现的面层抗车辙能力不足及基层刚度不够的问题，并在法国成功使用已超过20年的时间。
中交一局海外公司是进入非洲道路建筑市场上比较早的企业之一。在东部非洲大陆埃塞俄比亚广阔的土地上，AA高速项目是埃塞俄比亚首次修筑全封闭高速公路，此项目为设计施工总承包项目，由中国政府贷款修建。因此AA高速项目顺利实施对埃塞当地政府及中交一局海外公司在海外市场的发展具有化时代意义，高模量沥青混合料柔性基层作为该项目的技术课题首次被引入埃塞市场。
然而，针对高模量沥青混凝土，国内尚且还没有相应的规范或技术指南出台。在相关的刊物中发表的一些关于高模量沥青混合料技术应用的文章中，对“高模量”概念解释也很模糊。这使得刚开始接触“高模量”的试验人员几乎无从下手。
何为高模量沥青混合料？与普通沥青混合料有何区别？
莫非只能盲目跟从一些文章的介绍，使用低标号的沥青结合料，（50#沥青、特立尼达天然湖沥青、岩沥青等）或掺入相应的外加剂（例如法国的PR-塑料、德国的Doruflex、路宝、其他PE类材料等）。AA高速采用50#沥青，复合掺加辽宁省科学研究院生产的路宝牌高模量剂。 2、高模量沥青混合料定义与分类
按照法国高模量沥青混凝土标准NF P98-140中定义，劲度模量（15℃，10Hz）或加载0.02S≥14000MPa的沥青混凝土才能成为高模量混凝土。 法国关于高模量的沥青混合料分为两种类别：
AC-EME (Enrobé à Module élevé)中下面层或基层用的高模量沥青混合料。AC-BBME (Béton Bitumineux à Module élevé) 表面层和联结层用高模量沥青混凝土。 AA高速主要应用的是高模量沥青混合料柔性基层，相应简称：EME 3、设计理念
3.1、AA高速项目设计方法：
高模量沥青碎石混合料必须在对同类公路配合比设计和使用情况调查研究的基础上，充分借鉴成功的经验，选用符合要求的材料，进行配合比设计。矿料级配应符合工程规定的设计级配范围，并采用粗型(C型)混合料，控制关键性筛孔的通过率。高模量沥青碎石混合料在表3-1范围内确定工程设计级配范围。高模量沥青碎石混合料采用马歇尔试验配合比设计方法，混合料的技术标准应符合表3-2的规定。并有良好的施工性能。当采用其他方法设计沥青混合料时，应按本规范规定进行马歇尔试验及各项配合比设计检验，并报告不同设计方法各自的试验结果。
高模量沥青碎石混合料必须在规定的试验条件下进行车辙试验，车辙试验动稳定度应不小于2400次/mm。
必须在规定的试验条件下进行浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验检验沥青混合料的水稳定性。浸水马歇尔试验残留稳定度不小于85％，冻融劈裂试验的残留强度比不小于80％。
密级配高模量沥青碎石混合料矿料级配范围 表3-1 级配类型 通过下列筛孔(mm)的质量百分率(％) 31.5 26.5 19 16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075 粗粒式HMAC-25 100 90-100 75-90 65-83 57-76 45-65 24-52 16-42 12-33 8-24 5-17 4-13 3-7 中粒式HMAC-20
密级配高模量沥青碎石混合料马歇尔试验技术标准 表3-2 试 验 指 标 击实次数(双面) 试件尺寸 空隙率VV 深约90mm以内 深约90mm以下 单位 次 mm ％ ％ kN mm 高速公路、一级公路（重载交通） 75 φ101.6mm×63.5mm 3～5 3～6 8 2～4 ATB---75 φ101.6mm×63.5mm 3～6 7.5 1.5～4 100 90-100 78-92 62-80 50-72 26-56 16-44 12-33 8-24 5-17 4-13 3-7 稳定度MS 不小于 流 值 FL 设计空隙率(％) 矿料间隙率VMA (％） 不小于 2 3 4 5 6 相应于以下公称最大粒径(mm)的最小VMA及VFA技术要求(％) 26.5 10 11 12 13 14 12 13 14 19 11 12 13 14 15 沥青饱和度VFA(％) 55～70 55～70 65～75 3.2、法国设计方法：
应用于法国道路的配合比试验方法由相应的标准规定。这种方法最大程度地寻找具有最佳性能的沥青混合料。配合比试验对混合料组成成分有特定要求，特别是集料。包括使用具有代表性的材料（集料、细料、沥青胶结料，矿物或有机添加剂）。沥青混合料的性能就
可以通过进行一系列室内试验来描述。选择具体的试验内容根据合同对性能试验水平（水平1 到4）的要求。有时还可能有一些附加的试验。性能试验通常取决于：混合料类型、沥青混合料在路面中的层位、它的厚度、项目交通水平等，特殊的加载条件（如匝道、交叉口）、应用于该结构层的特定目的及其下面结构层次的类型、以及道路建设项目的性质。EME最低要求水平3。法国的沥青混合料设计混合料设计方法建立在组成特性，水敏感性试验、用旋转压实评价空隙率，抵抗永久变形、劲度模量和疲劳阻力的基础上。
不同水平所必须进行的混合料试验内容 表3-3
类别 旋转压实试验 多烈士试验 轮辙试验 劲度模量试验 疲劳试验 水平1 是 否 否 否 水平2 是 是 否 否 水平3 是 是 是 否 水平4 是 是 是 是
在前期法国的体系中，沥青用量建立在“丰度系数”概念的基础之上，丰度系数方法接近于沥青膜的厚度，独立于混合料级配以外的要求。丰度系数K[Duriez，1950]是一个沥青胶结料裹复在集料的沥青膜的常规厚度的一个比值，K 与砾料密度无关，通过下列公式与油石比有下列关系
图1 丰度系数公式
最低沥青用量和丰度系数 表3-4 沥青混合料 AC-EME1 AC-EME2
最低沥青用量 3% 3% 最小丰度系数 K 2.5 3.4 法国标准中没有规定集料颗粒分布曲线。然而对于0.063mm， 2mm，D 和1.4D 筛规定了目标组成的总的范围（级配范围），相应的要求列于表3-5
级配范围 表3-5 沥青混合料 AC-14 AC-20 0.63mm筛 通过率% 0-11 0-12 2mm筛 通过率% 10-50 10-50 D尺寸 通过率% 90-100 90-100 1.4D尺寸 通过率% 100 100 法国标准中对EME性能指标有明确的规定 表3-6
试验 旋转压实试验（NF P98-252）： —对于EME 0/14的，旋转要达到100； —对于EME 0/20的，旋转要达到120； 18°C下的多列士试验（NF P98-251-1）： 浸湿以后的r/干燥的R的强度比值 轮辙试验（NF P 98-253-1）： 设计空隙率下车辙的深度比，用百分比来表示，它指的是厚度为10cm的试件在60℃温度下，作用30000次后的厚度变化 ·空隙率7%和10% 之间（等级1）； ·空隙率3%和6% 之间（等级2）。 复合模量试验（NF P 98-260-2）： 设计空隙率下的模量，用兆帕来表示，在15℃和10Hz时，它包含在： ·空隙率7%和10% 之间（等级1）； ·空隙率3%和6% 之间（等级2）。 直接拉力试验（NF P 98-260-1）： 设计空隙率下线性模量和损失的测定，它包含在： ·空隙率7%和10% 之间（等级1）； ·空隙率3%和6% 之间（等级2）。 模量用兆帕来表示，在15℃，0.02秒时 疲劳试验（NF P 98-261-1）： 6设计空隙率下，10周期、10℃和25Hz下的变形，它包含在： ·空隙率7%和10% 之间（等级1）； ·空隙率3%和6% 之间（等级2）。 等级1的EME ≤10 ≥0.70 ≤7.5% － ≥14 000 － ≥14 000 － ≥100μdef － 等级2的EME ≤6 ≥0.75 － ≤7.5% － ≥14 000 － ≥14 000 － ≥130μdef 4、试验方法
4.1、国内试验方法：
马歇尔试验方法：将沥青混合料在145℃左右的温度，置于马歇尔试模中，通过双面捶击一定次数排除空气，压缩体积，达到密实稳固状态（通常击实次数为75*2，改性沥青为50*2）。在冷却静至12h后脱模。使用静水天平采进行试样称重，用表干法进行体积指标采集。然后放入60℃水中30分钟，在马歇尔试验机上模拟高温下不同沥青用量试件的马歇尔稳定度与流
值。
通过浸水马歇尔试验，将马歇尔试件放入60℃水中48小时与标准马歇尔试验的马歇尔稳定度比值；以及冻融劈裂强度，在马歇尔试件中加入10ml水后密封于塑料袋中，放入-18℃低温环境与25℃常温水中冷热循环和一直处于25℃常温水的马歇尔试件的劈裂强度比值；这两个指标来评价沥青混合料的高温稳定性和低温抗裂性能。
再通过车辙试验，在车辙成型机上成型的300*300*50mm的方形试件上，采用硬质橡胶轮模拟高温环境下的轮载的反复作用对路面产生的变形（先在60℃保温一小时，然后在施加600kpa的竖向应力，反复碾压1小时）；验证沥青路面的安全行车能力。
4.2、法国试验方法：
旋转压实试验：试验方法（NF P98-252）是将沥青混合料在一定的条件温度下（130℃-160℃），压实仪自动施加固定的压强(600 kPa) 并且以30 rpm/1.25°进行压制压实。可以分别压实直径150mm或100mm的试件。根据NF P 98-140对AC-EME的规定，粒径20mm的EME0/20应采用120次的旋压，空隙率控制小于6%。如果混合料不能满足空隙率的要求，应及时调整级配和沥青的用量。
水敏感性（多烈士）试验：试验方法（NF P98-251-1）采用专用的试模将沥青混合料在压力机下进行双面压实。一组试件放在18℃的干燥环境下，另一组试件放入水中进行保水。7天后进行无侧限抗压强度试验，得出保水状态下的r与干燥状态下的R的强度比。多烈士试验主要反映了混合料的水稳性指标。
车辙（大型车辙）试验：试验方法（NF P98-253-1）根据混合料所在层的厚度是小于还是大于 5cm，选用两种试样厚度，5cm 和10cm。将沥青混合料在成型机上成型。在车辙试验机的轮荷下（频率1HZ ,荷载5kN，压力0.6 MPa），在60℃的温度下进行试30000次周期的碾压循环。通过车辙深度的变化，评价混合料抵抗车辙的能力。
劲度模量试验：试验方法（NF P 98-260-2）此方法为复数模量试验。采用经切割的长底边边70，短底边25，高250，厚25的梯形棱柱试件。（此方法与美国ASTM- D3497 - 沥青混凝土混合料动力模量的标准测试方法中规定的直径100mm，高150mm的试件差别很大）。试件的尺寸、质量、密度误差不能超标，否则应弃置该试件。以15℃的试验温度，对试件进行加载，在试件内部产生10Hz的动态正弦波动。试件在30秒到2分钟内受应力而正弦运动，通过
-6
置于顶部的变化幅度在50×10以内的活动标杆可以观察到。复合模量可以通过温度相差较大的至少4种温度来测定，测量实验结束前最后10秒的压力FO，正弦波动幅度ZO和相角Ψ。
疲劳试验：试验方法（NF P 98-261）对切割的梯形棱柱试件进行两点弯曲疲劳试验。
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在规定温度和频率下（10周期、10℃和25Hz下的变形）给梯形梁试件作用一个变形，当变形保持不变，作用力减少到一半时，认为试件在相应的加载循环次数下已破坏。 5、结语
法国是对高模量沥青混合料应用最早的国家，对高模量的模量值提出了准确的要求。其设计方法是针对其性能指标，通过统筹不同水平的试验数据，进行相应的参数调整。根据相关研究表明，水平2比较容易达到规范要求，水平3 与水平4比较难达到要求。在法国道桥实验室（LPC）沥青混合料设计指南一书中详细介了组成参数对各试验性能的影响和调整指南。根据这些调整指南和影响分析可以更好的改善高模量沥青混合料的性能指标。
国内对高模量混合料还处于探索阶段，没有确立明确定试验方法和相关的试验标准。更多的单位大量的引进了旋转压实仪，cooper试验机等对劲度模量和疲劳性能进行测试。由于cooper试验采用的是美国标准与法国的试验方法不同，劲度模量与疲劳性能的结果与法国试验方法的相关性还有待研究。如何通过国内现有的马歇尔试验方法对混合料性能的水平2阶段进行调整；大型车辙试验与动稳定度的关系；劲度模量应该采用何种方法检测是我们所面临的课题。只有拥有了符合中国的试验标准才能更好的推广高模量沥青混合料。
参考文献：
1、《法国道桥实验室（LPC）沥青混合料设计指南》 “中法美沥青路面技术比较研究” 项 目组【译】 2010 2、《法国标准 NF P 98-140 路面基层高模量沥青混合料 EME 》中交一局【译】 3、《法国标准 NF P 98-141-1993 路面面层高模量沥青混合料 BBME》中交一局【译】 4、《高模量沥青混合料的研究》杨杨,欧阳伟,张海《山西建筑》2009 （1） 5、《高模量沥青混合料模量对比评价》胡玲玲,卢辉,张肖宁《公路》 2009 (7)
6、 《高模量改性沥青技术指标的试验研究》 卢辉,张肖宁,胡玲玲 《中外公路》 2008 (3)
7、《高模量沥青混合料添加剂性能的试验研究》胡玉祥,张肖宁,王绍怀,迟凤霞《石油沥青》2006（6） 8、《高模量沥青混合料的试验研究》欧阳伟,刘云全,王连广《公路》2008（1） 9、《高模量沥青混凝土在宽甸的应用》黄伟东《北方交通》（2）
作者简介 ：张君、男、1985.6、中专、职称：无