高模量沥青混合料生产与应用进展

山　东　化　工

ＳＨＡＮＤＯＮＧＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹ　　　　　　　　　　　　２０１９年第４８卷

高模量沥青混合料生产与应用进展

郭　娜

（中海沥青股份有限公司，山东滨州　２５６６００）

摘要：通过对文献调研，阐述了高模量沥青混合料的主要生产方法，对比了几种高模量沥青混合料配合比设计方法的优劣、对混合料评

价方法以及高模量沥青混合料应用进行了综合论述。关键词：高模量沥青混合料；高模量沥青改性剂；配合比设计方法；评价方法；应用中图分类号：ＴＥ６２６．８　　　　文献标识码：Ａ　　　　文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０１９）１９－００６２－０３

ＰｒｏｇｒｅｓｓｉｎＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＨｉｇｈ－ｍｏｄｕｌｕｓＡｓｐｈａｌｔＭｉｘｔｕｒｅ

ＧｕｏＮａ

（ＣｈｉｎａＯｆｆｓｈｏｒｅＢｉｔｕｍｅｎＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂｉｎｚｈｏｕ　２５６６００，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｌｉｔｅｒａｔｕｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ，ｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｈｉｇｈ－ｍｏｄｕｌｕｓａｓｐｈａｌｔｍｉｘｔｕｒｅｉｓｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙｅｘｐｏｕｎｄｅｄ，ｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎｄｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｓｅｖｅｒａｌｈｉｇｈｍｏｄｕｌｕｓａｓｐｈａｌｔｍｉｘｔｕｒｅｍｉｘｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｓａｒｅｃｏｍｐａｒｅｄ，ｔｈｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｍｉｘｔｕｒｅａｎｄｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈｍｏｄｕｌｕｓａｓｐｈａｌｔｍｉｘｔｕｒｅａｒｅｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｌｙｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ－ｍｏｄｕｌｕｓａｓｐｈａｌｔｍｉｘｔｕｒｅ；ｈｉｇｈｍｏｄｕｌｕｓａｓｐｈａｌｔｍｏｄｉｆｉｅｒ；ｍｉｘｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄ；ｅｖａｌｕａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ沥青路面由于具有行车舒适性、便于施工、维护　　长期以来，

路段开放速度快等特点，被广泛应用在高速公路等路面的施工。随着经济的发展，人们对高质量路面的需求越来越大，但沥青路面在高荷载、高温、雨水冲刷等条件下，会出现车辙凹陷等问题，使路面严重变形，影响行车安全。因此，人们开始关注各种能够提高路面稳定性，延长路面使用寿命的新型材料。高模量沥青混合料（ＨｉｇｈＭｏｄｕｌｕｓＡｓｐｈａｌｔＣｏｎｃｒｅｔｅ，ＨＭＡＣ）的设计理念开始进入人们视野，高模量沥青混合料产生于法国，一般是指基质沥青中加入高模量改性剂来提升沥青混合料的动态模量，从而提高沥青混合料的抗车辙能力。根据《道路用高模量抗疲劳沥青混合料》ＧＢ／Ｔ３６１４３－２０１８指标要求，生产高模

４５℃±０．５，１０Ｈ０．１）／ＭＰａ量沥青混合料用沥青动态模量（Ｚ±

应大于４０００。道路用高模量抗疲劳沥青混合料性能要求见

［１］

表１。

表１　道路用高模量抗疲劳沥青混合料性能要求Ｔａｂｌｅ１　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｆｏｒｒｏａｄｈｉｇｈ－ｍｏｄｕｌｕｓ

ｆａｔｉｇｕｅｒｅｓｉｓｔａｎｔａｓｐｈａｌｔｍｉｘｔｕｒｅｓ

技术指标

冻融劈裂抗拉强度比／％动稳定度／（次／ｍｍ）动态模量ａ／ＭＰａ疲劳寿命ｂ／次

低温弯曲试验破坏应变ｃ／με

技术要求０≥８０００≥４０００≥４０４≥１０００≥２

ＢＲＡ），伊朗岩沥青等。布顿岩沥青（

１．１　低标号的硬质沥青

高模量沥青混合料的理念源于法国，早在１９世纪，法国开

始使用针入度（０．１ｍｍ，２５℃）分别为为６０／７０、２０／３０、１５的硬质沥青生产高模量沥青混合料，结果证明，与ＳＢＳ改性沥青相比，使用硬质沥青制备的沥青混合料的抗永久性变形能力

２］

更佳［。

３］

孟会林［等提出２０号沥青针入度小、软化点及动力粘度

０号沥青混合料具有优良的水稳定高、且耐老化性优良，采用２４］

性和抗车辙变形能力。赵磊［等利用溶剂脱３０＃沥青和氧化３０＃沥青进行高模量混合料耐久性能评价，实验证明，两种低标号的硬质沥青生产的耐久性高模量混合料各项性能均满足规范要求，且氧化３０＃沥青制得的高模量沥青混合料的高温稳定性优于溶剂脱３０＃沥青。

１．２　高模量沥青改性剂

目前，生产高模量沥青混合料改性剂主要有法国的ＰＲＰＬ．ＡＳＴ．Ｍ（简称ＰＲ．Ｍ），ＥＭＥ改性剂，以及我国自主研发的改性剂。

ＰＲＰＬ．ＡＳＴ．Ｍ（简称ＰＲ．Ｍ）是由法国ＰＲＮＤＵＳＴＲＩＥ有限公司研制的沥青混合料高模量添加剂，属于热塑性树脂类，其主

Ｅ材料。要成分是改性的Ｐ

５］

赵辰［等研究发现添加法国生产的ＰＲ．Ｍ改性剂能够明显提升基质沥青的高温稳定性。与７０＃普通沥青混合料相比，

Ｒ．Ｍ改性剂的沥青混合料马歇尔稳定度明显提高，说明添加Ｐ

［６］

ＰＲ．Ｍ添加剂能够提高沥青混合料的路用性能。周彦軻探讨了随着温度的升高，ＰＲ．Ｍ改性沥青混合料动态模量的变化趋

０℃时ＰＲ．Ｍ的动态模量明显高于硬质改性势，指出当温度在６

沥青混合料。

ＥＭＥ２改性剂同样产自法国，也是一种性能优异的高模量沥青混合料，能够明显提升沥青混合料的动态模量和高温稳定性，从而提高沥青路面的抗车辙的能力。

７］

等利用ＥＭＥ改性剂生产高模量沥青混合料，发熊子佳［

现混合料具有动态模量高、抗车辙性能好的特点，尤其是疲劳

　　注：ａ在４５℃±０．５℃温度、１０Ｈ０．１Ｈｂ在１５℃±Ｚ±Ｚ频率条件下；

０．５℃温度、１０ＨＺ±０．１ＨＺ，２３０ｃ在－１０℃±０．５℃温度条με条件下；件下。

１　高模量混合料生产技术

目前，生产高模量沥青混合料的方法主要有三种，一种是利用低标号的硬质基质沥青，例如２０号、３０号基质沥青；第二种是添加高模量添加剂，例如法国ＰＲＮＤＵＳＴＲＩＥ有限公司生产的ＰＲＰＬ．ＡＳＴ．Ｍ（简称ＰＲ．Ｍ）改性剂、ＥＭＥ改性剂，我国自主研发的改性剂、复合改性剂等；第三种是添加天然岩沥青，例如

　　收稿日期：２０１９－０７－０８

作者简介：郭　娜（１９８６—），女，山东泰安人，工程师，硕士研究生学历，毕业于中国石油大学（华东）化学专业，现从事沥青材料的研发工作。

　第１９期郭　娜：高模量沥青混合料生产与应用进展

·６３·

８］寿命达到８６０９９次，具有较好的耐久性。夏全平［等通过实验

ＭＥ沥青混合料水稳定性好、能够抗高温车辙，同时满足证明Ｅ低温指标，并且指出ＥＭＥ沥青混合料高模量能力主要来自于沥青胶结料。

１．３　天然岩沥青添加剂

天然岩沥青是一种以天然形态存在的石油沥青，由于长期与自然环境共存，性质稳定，具有较强的抗氧化性能，将天然沥青加入到基质沥青中，能够提升路面的稳定性。

［９］

ＢＲＡ），将其加入到７０＃基质沥杨琳选择了布顿岩沥青（

ＲＡ掺量的增加，高模量沥青的劲度模量增大，青中，发现随着Ｂ

并且当ＢＲＡ掺量为３０％～４０％时高模量沥青混合料的抗疲劳

１０］

性能最佳。王忠锋［等自主研发了ＰＲＳ高模量改性剂，主要

路面病害。法国高模量设计法是一套完整先进的设计方法，基

于控制关键筛孔的级配设计理念、利用丰度系数求最小油石比，具有独创性和先进性。

１４］

等分别采用法国研制的ＬＣＰＣ旋转压实设备与李小燕［

美国Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ混合料美国旋转压实仪制备混合料设计成型，

ＣＰＣ旋转压实法是一套完善的设计方法，更指出法国研制的Ｌ

加适合高模量沥青混合料设计。

１５］

等优化了高模量沥青混合料马歇尔试验参数意见，常嵘［

提出了改性剂与集料的干拌时间、拌和温度、沥青与集料的拌

［１６］

和时间、击实温度等参数。崔和利结合阿尔及利亚东西高速公路具体实例，详细介绍了法国高模量混合料目标配合比设计，试验证明，法国的高模量沥青混合料的配合比设计方法与成分有高分子聚合物、橡胶粉、岩沥青等，

ＰＲＳ改性剂主要成分组成见表２。将ＰＲＳ高模量改性剂在混合料拌和过程中加入，能够提高沥青路面的强度，并且不会影响沥青混合料的低温性能。

表２　ＰＲＳ改性剂成分Ｔａｂｌｅ２　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆＰＲＳｍｏｄｉｆｉｅｒ

组成质量百分比／％

高分子聚合物

６０～８０橡胶粉２０～３０岩沥青５～１０树脂２～３功能助剂２防老剂ＲＤ

０．２

１．４　复合改性剂生产高模量沥青混合料

余志刚［１１］

将ＳＢＲ与高模量改性剂复配添加到沥青混合料中，通过研究发现，复合改性沥青可大幅改善沥青混合料的劲度模量和路用性能，且复合改性剂生产的混合料抗疲劳耐久性优于ＳＢＳ改性沥青混合料，推荐最佳复配比例２．５％ＳＢＲ＋０．６％ＰＲ．Ｍ。

岳秀梅［１２］

利用橡胶粉和高模量剂掺量复配生产沥青混合料，得出将橡胶粉与高模量剂复配可以提升混合料综合路用性能，性能优于ＳＢＳ改性沥青混合料，推荐最佳复配比例２２％橡

胶粉＋

０．６％高模量改性剂。以上对高模量沥青混合料的生产方法进行了详细的阐述，笔者通过调研文献发现在我国生产高模量沥青混合料的手段主要有利用低标号的硬质沥青、外掺高模量沥青改性剂等，但是生产低标号的硬质沥青对装置要求苛刻，成本很高，因此，使用基质沥青与高模量沥青改性剂组合的方式是生产高模量沥青混合料的最佳方式。

２　高模量沥青混合料配合比设计方法

目前，高模量沥青混合料配合比设计方法主要有马歇尔

法、Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ设计法、以及法国高模量设计法。马歇尔法是在一定温度下，以一定的击实功（双面击实７５次）制成标准马歇尔试件，使沥青饱和度、孔隙率、矿料间隙率等体积指标满足要

求。Ｓ

ｕｐｅｒｐａｖｅ设计法是利用旋转压实仪（ＳＧＣ）搓揉成型的试验方法。法国高模量设计法采用ＰＣＧ３型旋转压实仪进行，水敏感试验、车辙测试、模量测试等部分组成。

李文桥［１３］

分别对马歇尔法、

Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ设计法、以及法国高模量设计法差异进行了比较，通过选择沥青混合料级配、确定沥青用量、

验证性能试验三方面，得出马歇尔法应用时间最早、应用广泛、设备价格便宜且易于携带，但是其不能很好模拟路面实

况，致使路面较早出现病害。Ｓ

ｕｐｅｒｐａｖｅ设计法将压实条件和交通量建起了密切的关系，能够很好的模拟路面实况，抑制早期

国内马歇尔配合比设计方法相比，更具有针对性。

综上所述，高模量沥青混合料起源于法国，法国高模量混

合料配合比设计法自成体系，用马歇尔法、

Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ设计法替代高模量混合料配合比设计还需进一步的探讨。

３　高模量沥青混合料评价方法

高模量沥青混合料评价方法主要有：刚性性能、高温抗车辙性能、低温抗裂性能。其中，刚性性能一般是指沥青混合料的动态模量和静态模量；高温抗车辙性能通过实验室模拟车辆荷载长期作用下产生的不可恢复的塑性可变，获得沥青路面的高温稳定性能；低温抗裂性能利用沥青混合料小梁低温弯曲试验等来评价混合料的低温抗裂性能，另外还有水稳定性、抗疲劳性能等重要因素。

３．１　刚性性能

刚性性能一般是指沥青混合料的动态模量和静态模量，相对于静态模量，动态模量更能够实际的反映出路面性能，国外大多使用动态模量，并且动态模量的数值远远大于我国现行规

范中采用的设计模量。杨朋［２］

通过试验证明，在１５℃下，法国ＰＥ高模量沥青混合料的动态模量超过了１４０００ＭＰａ。

３．２　高温抗车辙性能

车辙试验可以直观明了的模拟真实道路情况，与实际沥青路面相关性极佳。车辙试验以动稳定度作为评价指标，对其高温稳定性能进行全面的评价。高模量沥青混合料要求动稳定

度（６０℃，０．７ＭＰａ）不小于４０００次／ｍｍ，周朝晖［１７］

通过实验对３０＃硬质沥青混合料进行动稳定度进行分析，发现其动态模量为７６７８次／ｍｍ，具有良好的高温抗永久变形能力，大幅度降低

车辙现象。黄新颜［１８］

等发现在不同温度下（４５℃、６０℃、７５℃）开展混合料车辙试验，７０＃沥青与ＰＲ．Ｍ高模量改性剂的车辙变形量很小，说明高模量沥青具有较好的高温稳定性。

３．３　低温抗裂性

沥青混合料在低温下，柔性降低，脆性增大，变形能力降低，容易产生开裂现象。一般采用沥青混合料小梁低温弯曲试验来评价混合料的低温抗裂性能。添加高模量改性剂或者天然岩沥青后，沥青混合料的高温性能显著提升，这也给研究人员一个错误的信号，以为高模量沥青的低温性能一定会不好，但是通过大量的试验和工程证明，高模量沥青同样有很好的低

温抗裂性［

１９］

。４　高模量沥青混合料的应用

我国从２００１年开始引进法国高模量沥青混合料添加剂，先

后在很多路段进行了铺筑，包括北京市政道路交义口、抚顺一

南杂木高速公路、靖边－安塞（

榆林段）等路段，并进行了长期跟踪观测，发现高模量沥青混合料路段的抗车辙性能有明显的提升。

我国燎原广阔，南北气候具有显著的差异，这对我国沥青路面提出了更严格的标准，对于高模量沥青混合料也应按照气

候采取不同的生产方式和混合料设计方法。黄新颜［

１８］

等，分析了不同类型高模量沥青混合料的适用场合，试验结果表明：低

·６４·

山　东　化　工

ＳＨＡＮＤＯＮＧＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹ　　　　　　　　　　　　２０１９年第４８卷

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ＲＭ高模量改标号硬质沥青混合料适合夏热、冬冷地区，添加Ｐ

性剂的混合料适合冬季气温较高的地区和重载、长达上坡等特殊路段。

使用高模量沥青混合料铺筑的路段会明显提升路面的抗车辙能力和抗永久变形的能力，路面使用状况良好，延长了道路的使用寿命，经济和社会效益显著。

５　结论

（１）利用低标号的硬质基质沥青或者ＡＨ－７０沥青中添加天然岩沥青、高模量添加剂可以生产出高模量沥青混合料。

２）法国高模量设计法具有独创性和先进性，是一套完整（

先进的设计方法，在高模量混合料设计中占有优势。

（３）高模量沥青混合料路用性能的评价可以使用普通沥青混合料路用性能的研究方法，包括高温抗车辙性能、低温抗裂性能等。

４）高模量沥青混合料具有很高的抗车辙性，显著延长路（

面使用寿命，具有良好的经济、社会效益，可以广泛推广。

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櫉櫉櫉櫉櫉櫉櫉櫉櫉櫉櫉櫉櫉櫉櫉櫉櫉櫉櫉櫉櫉櫉櫉櫉櫉櫉櫉櫉櫉櫉櫉櫉櫉櫉櫉櫉櫉櫉櫉櫉櫉櫉櫉櫉櫉櫉櫉櫉ＣＯｎｄＬｉＯＨ［Ｊ］．ＪＰｈｙｓｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｌｙｄｅｃｏｍｐｏｓｅＬｉ２３ａＣｈｅｍＣ，２０１４，１１８：２６５９１－２６５９８．

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Ｌｉ－ａｉｒｃａｔｈｏｄｅｓｐｒｅ－ｆｉｌｌｅｄｗｉｔｈｄｉｓｃｈａｒｇｅｐｒｏｄｕｃｔｓｕｓｉｎｇａｎｅｔｈｅｒ－ｂａｓｅｄｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｓｏｌｕｔｉｏｎ：ｉｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｆｏｒｃｙｃｌｅ－ｌｉｆｅｏｆＬｉ－ａｉｒｃｅｌｌｓ［Ｊ］．ＰｈｙｓＣｈｅｍＣｈｅｍＰｈｙｓ，２０１３，１５：１１４７８－１１４９３．

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ｍａｎｇａｎｅｓｅｍｅｔａｌ－ｏｒｇａｎｉｃｆｒａｍｅｗｏｒｋｓｆｏｒｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＣＯｌｅｃｔｒｏｄｅｓｉｎＬｉ－ＣＯａｔｔｅｒｉｅｓ［Ｊ］．ＥｎｅｒｇｙＥｎｖｉｒｏｎＳｃｉ，２ｅ２ｂ２０１８，１１：１３１８－１３２５．

［１３］ＧｕｏＺ，ＬｉＪ，ＱｉＨ，ｅｔａｌ．ＡｈｉｇｈｌｙｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅｌｏｎｇｉｆｅＬｉ－󰀡ｌ

ＣＯａｔｔｅｒｙｗｉｔｈａＲｕＰａｓｅｄｃａｔａｌｙｔｉｃｃａｔｈｏｄｅ［Ｊ］．Ｓｍａｌｌ，２ｂ２󰀡ｂ２０１８，１４：１８０３２４６．

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［１５］ＭａｈｎｅＮ，ＲｅｎｆｒｅｗＳＥ，ＭｃＣｌｏｓｋｅｙＢＤ，ｅｔａｌ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ

ｏｘｉｄａｔｉｏｎｏｆｌｉｔｈｉｕｍｃａｒｂｏｎａｔｅｇｅｎｅｒａｔｅｓｓｉｎｇｌｅｔｏｘｙｇｅｎ［Ｊ］．ＡｎｇｅｗＣｈｅｍＩｎｔＥｄ，２０１８，５７：５５２９－５５３３．

（本文文献格式：郑凌云，吴双双，王傲楠，等．Ｌｉ－ＣＯ电池电化２学机理研究进展［Ｊ］．山东化工，２０１９，４８（１９）：６０－６１，６４．）