高模量沥青混合料BBME-13在上面层应用性能研究.pdf

2023年8 月石油沥青PETROLEUMASPHALT第37 卷第4期高模量沥青混合料BBMIE13在上面层应用性能研究王强，曾赞，张玲”，张成雪（1.北京市城市道路养护管理中心，北京10 0 0 6 9；2.西安众力沥青有限公司，西安7 10 0 7 5）摘要：对比分析了高模量沥青混合料BBME-13和SBS改性沥青混合料AC-13在级配、高温稳定性、低温抗裂性、抗水损、动态模量、疲劳寿命方面的差异。结果显示：BBME的动态模量达16 2 6 2 MPa，较AC-13提升了130.5%；7 0 动稳定度超6 0 0 0 次/mm，较AC-13提升了6 8.4%；低温弯曲破坏应变两者基本一致，均超2 8 0 0 8。表明BBME-13在满足低温条件下，其抗变形能力、抗疲劳性能更突出，用于上面层可提升路面性能、延长路面使用寿命。关键词：高模量沥青混合料上面层路用性能动态模量疲劳性能高模量沥青混合料能提升沥青路面沥青层在高温极端气候、重载超载及渠化交通条件下的抗永久变形能力和抗疲劳能力 。其概念最早由法国提出，即动态模量（15，10 Hz）不小于14000MPa，疲劳寿命（10，2 5Hz，130 s）大于10 0 万次的沥青混凝土2 。国内最初对于高模量沥青混合料的定义模糊，常与抗车辙剂混淆，2 0 2 3年交通部发布实施行业标准沥青混合料改性添加剂第8 部分高模量剂（JT G/T860.82023），其中定义高模量沥青混合料是20、10 H z 动态模量130 0 0 MPa，15、10Hz、10 0 万次加载条件下，疲劳失效应变不小于130s的沥青混合料3。另外，陕西、山西、青海等地也发布实施了相关地方标准，其中定义高模量沥青混合料是2 0、10 Hz动态模量13000MPa，15、10 H z、2 30 下疲劳寿命次数不小于10 0 万次的沥青混合料4-6 。法国中央试验室的报告LPCBituminousMixturesDesignGuide显示，高模量沥青混合料分为表面层或联结层用高模量沥青混合料BBME和中面层、下面层或上基层用高模量沥青混合料EME7。其中BBME的级配、孔隙率以及模量要求均不同于EME，作为表面层，BBME的级配更粗，以保障一定的构造深度，因此孔隙率更大，旋转压实试件孔隙率4%9%（容积法），动态模量要求不小于110 0 0 MPa，低于EME的140 0 0 MPa。目前国内对于高模量沥青混合料的研究及应用多集中于EME，如京沪高速、湖北硚孝高速、河南淮信高速、陕西合铜高速、安徽无岳高速、黑龙江哈肇高速、北京东四环和五环等高等级公路的中、下面层8 。但自2017年，BBME由于其出色的抗车辙能力9 已在国内青海G109、宁夏G244、G 110、陕西G107、福建G328、陕西合铜高速、西安昆明路快速路、西太一级路等项目的上面层中应用10 实践证明，BBME具有良好的抗车辙、抗水损和抗疲劳开裂能力，且构造深度超过0.55mm，渗水系数小，是理想的表面层材料。本文针对高模量沥青混合料BBME-13与传统AC-13改性沥青混合料的路用性能展开对比研究。收稿日期：2 0 2 3-0 6-2 0作者简介：王强（198 3一），男，大学本科，高工。主要从事道路养护工程技术管理与研究工作。通信作者：张玲（198 5一），女，汉族，湖南长沙人，西安众力沥青有限公司技术总监，高级工程师，硕士，主要从事道路工程材料和技术研究工作。Em a i l：l u n w e n t o u-。第4期1沥青结合料BBME-13的沥青结合料采用西安众力沥青公司提供的微粒化天然沥青HMB，技术指试验项目针人度（2 5，5s，10 0 g）（10-1m m)软化点/延度（2 5，5cm/min）/c m175运动黏度/（Pas)弹性恢复/%无机物粒径Dav/mDo/um存储稳定性，48 h离析软化点差/薄膜加热试验（16 3，7 5min）质量损失/%针人度比2 5/%延度（2 5，5cm/min）/c m试验项目针入度（2 5，5s，10 0 g）（10-1m m)软化点/延度（5，5cm/min）/c m135运动黏度/（Pas)弹性恢复/%存储稳定性，48 h离析软化点差/薄膜加热试验（16 3，7 5min）质量损失/%针人度比2 5/%延度（5，5cm/min）/c m2级配与配合比设计根据欧洲标准，BBME分为BBME0/10和BBME0/14，欧洲标准筛孔下级配范围如表3所示，欧标只对关键筛孔6.3、2、0.0 6 3mm的通过率进行控制。与同公称最大粒径的EME0/10、EME0/14对比，可以发现BBME的级配偏粗，充分考虑了上面层抗滑性能的要求。本文参考陕西地标DB61/1332-2021天然沥青高模量混合料路面施工技术规范中的BBME-13级配范围,见图 1。如图1所示，BBME13与BBME0/10的关键筛孔通过率基本一致，但BBME13的筛孔已经完全转换为国内标准集料筛孔尺寸，有利王强，等高模量沥青混合料BBME-13在上面层应用的性能研究为结合料，技术指标见表2。表1高模量天然沥青HMB技术指标技术要求203560253.0605122.50.56510表2 SBSI-C改性沥青技术指标技术要求60 8055303.0652.51.06020于该技术在国内的推广实施。且BBME的级配范围基本在AC范围内，级配区间更窄，0.0 7 5mm筛孔的通过率稍高。这与高模量沥青混合料的高油石比、低孔隙率的组成特性相关表3欧洲标准筛孔尺寸下BBME及EME的级配范围通过下列筛孔（mm）的质量百分率/%混合料类型6.3BBME 0/1045 68BBME 0/1447 58EME 0/1050 70EME 0/1450 70根据表4的级配范围，分别设计BBME25标见表1。AC-13采用市场常见的SBSI-C改性沥青实测值2782781.231854.27710.2551.2-0.327919实测值6783.0452.241901.0-0.216823试验方法T0604T0606T0605T0620TO662激光粒度仪测粒径T0661T0609T0609、T 0 6 0 4T0609、T 0 6 0 5试验方法T0604T0606T0605T0620T0662T0661T0609T0609、T 0 6 0 4T0609、T 0 6 0 542273925 3525 3840 6025385.4 7.70.0636.3 7.26.3 7.25.4 7.72613、A C-13的级配，级配曲线图如图2 所示。按照设计级配，通过马歇尔试验双面击实7 5次，根据目标孔隙率确定BBME13和AC-13的最100.090.080.070.0%/率其60.050.040.030.020.010.069058图1BBME0/10与BBME-13的级配范围曲线表4BBME与AC级配范围对比通过下列筛孔（mm）级配19BBME-13AC-133路用性能3.1水稳性能在最佳油石比下，分别成型BBME13和AC-13马歇尔试件进行冻融劈裂试验，试验结果如表5所示。由表5可知，AC-13沥青混合料和BBME石油沥青佳油石比分别为5.6%和5.0%，其中BBME-13的目标孔隙率为2.5%，AC13的目标孔隙率为4%。AC-13上限AC-13下限BBME-13上限BBME-13下限BBME0/10上限BBME0/10下限282筛孔尺寸/mm的质量百分率/%1613.210090 10010090 10068 85100AC-13上限?AC-13合成级配80BBME-13下限%/率604020010.0752023年第37 卷2649.54.7539 6038 68AC-13下限BBME-13上限BBME-13合成级配0.150.30图2BBME-13和AC-13的级配曲线图-13高模量沥青混合料抗水损指标优异，TSR值均超过90%。但冻融前BBME13的劈裂抗拉强度较AC13沥青混合料提升约1MPa，BBME-13具有更强的抗拉强度。3.2高温稳定性分别制备BBME-13、A C-13的30 0 mm2.3628 4324 500.601.18筛孔尺寸/mm1.1815382.364.750.610289.50.372013.20.1551516.00.0756.5 7.548第4期300mm50mm的车辙板，进行6 0、0.7MPa和7 0、0.7 MPa下的动稳定度试验，两种混合料不同温度条件下的车辙试验动稳定度结果如图3所示。表5BBME-13和AC-13的TSR结果项目BBME-13未冻融循环试件劈裂抗拉强度/MPa2.242.242.232.182.17均值2.21冻融循环试件劈裂抗拉强度/MPa2.012.012.002.022.00均值2.00冻融劈裂强度比/%90.510000607078948000F60004000F2000FO图3两种沥青混合料不同温度车辙试验结果由图3可知，6 0 下两种沥青混合料的动稳定度结果相差不大，均超过6 0 0 0 次/mm。但70条件下，BBME-13的动稳定度比AC-13高6 8.4%，仍在6 0 0 0 次/mm以上。对比两个不同温度下的数据可以发现，当试验条件从6 0提升至7 0 时，AC-13动稳定度衰减更快，达到48.9%，而BBME13只衰减了2 0.2%。说明在极端高温状态下，高模量沥青混合料的抗车辙能力更突出。3.3低温抗裂性将车辙板切割成2 50 mm30mm35mm王强，等高模量沥青混合料BBME-13在上面层应用的性能研究AC131.341.371.381.351.351.361.121.101.121.121.151.1290.0851167884032AC-13混合料类型27的小梁试件，分别测试AC-13、BBM E-13在-10下的低温弯曲破坏应变值。试验结果如图4所示。4000350030002500200015001000500图4不同沥青混合料低温试验结果由图4可知，BBME-13低温抗裂性与AC-13基本持平，均超过JTGF40对改性沥青混合料在冬严寒区不小于2 8 0 0 8的要求，表现出良好的低温抗裂性。分析认为高模量沥青混合料的高油石比、低空隙率特性，确保了混合料的低温抗裂性能优异。高模量沥青混合料以高沥青用量、低空隙率增加低温抗裂性的同时，通过以微粒化天然沥青为结合料，充分利用天然沥青分子量大、粘结力强、针人度低的特点，解决了由于沥青结合料用量增加，所带来的承载能力弱和抗变形能力不足的问题。4动态模量采用旋转压实仪分别成型BBME-13、A C-13沥青混合料试件，钻取芯样后，采用切割机切除芯样两端不规则的部分，制备动态模量试BBME-13件。利用 UTM（U n i v e r s a l T e s t i n g M a c h i n e）万能材料试验机在2 0、10 Hz下对两种沥青混合料进行动态模量试验，试验结果如图5所示。18000动态模量2 7.716000相位角9140001000800070566000F4000F2000FOL图5两种沥青混合料动态模量试验结果由图5可知，BBME13的动态模量较AC3477AC-13混合料类型1626215.19AC-13BBME-13混合料类型3383BBME-13282624%22518161428-13沥青混合料提升了130.5%。且BBME-13的相位角比AC-13的小45%，更高的模量，更小的相位角意味着BBME13抗变形能力更佳。5抗疲劳性能分别制备BBME-13、A C-13两种沥青混合料38 0 mm50mm63.5mm的小梁试件，进行四点弯曲疲劳试验。在15、10 Hz下，控制正弦波的恒定应变值，对小梁试件进行动态加载，根据规范要求，以模量值降低至初始模量50%所对应的加载循环次数，作为试件的疲劳寿命次数。考虑试验周期过长，本次试验当疲劳寿命次数达到10 0 万次即停止试验，随着加载次数的增加，混合料的模量变化如图6 所示。25000/甲泉24000初始劲度模量23000422000210002000019000F1800005500r5000初始劲度模量45004000F3500F3000F2500L0图6 两种沥青混合料四点弯曲试验结果由图6 可知，在应变2 30 8下，当加载循环次数达到10 0 万次时，BBME13高模量沥青混合料的弯曲劲度模量只下降了17.1%，AC13沥青混合料的弯曲劲度模量下降了39.6%。即BBME-13表现出更好的耐疲劳特性。6结论本文研究了高模量沥青混合料BBME13和AC13改性沥青混合料在上面层的应用情石油沥青况，通过6 0 和7 0 动稳定度、低温弯曲破坏应变、TSR、动态模量试验、四点弯曲疲劳试验结果对比分析了两种沥青混合料的性能。得出结论如下：（1）BBM E的各项性能均优于传统的AC-13改性沥青混合料，冻融前后BBME-13的劈裂抗拉强度较AC-13提升了1MPa；7 0 下的动稳定度相比6 0 条件下，AC-13沥青混合料动稳定度衰减48.9%，BBME-13高模量沥青混合料只衰减了2 0.2%，且7 0、0.7 MPa的动稳定度超过6 0 0 0 次/mm；BBM E-13的低温抗裂性能与AC-13沥青混合料基本持平，均超过规范要求的2 8 0 0 8。（2）BBM E-13的动态模量较AC-13沥青混合料提升了130.5%。10 0 万次加载次数下，BBME-13的模量近衰减了17.1%，AC-13的衰减了39.6%。下降17.1%高模量沥青混合料以硬质沥青为结合料，保障混合料的承载强度高，同时利用其细级配、高油石比、低孔隙率的组成特性，确保了混合料的2040加载循环次数10 4(a)BBME-132040加载循环次数10 4(b)AAC-132023年第37 卷6080下降39.6%11160801001100耐久性，以及低温抗裂性，是极佳的表面层铺装材料。参考文献1成滢，赵晓文，颜可珍，等高模量沥青及沥青混合料性能研究J】公路，2 0 2 2，6 7（10）：343-349.2周震宇，曾峰，郝玮，等高模量沥青混合料马歇尔法配合比设计指标研究J】，公路，2 0 2 1，66(07):69-75.3全国交通工程设施（公路）标准化技术委员会JT/T860.82023沥青混合料改性添加剂第8 部分：高模量剂S北京：人民交通出版社，2023.4陕西省交通运输标准化技术委员会，DB61/T13322020天然沥青高模量混合料施工技术规范S陕西：陕西省市场监督管理局，2 0 2 0.5山西省交通运输标准化技术委员会：DB14/T22822021高模量抗疲劳沥青混合料设计与施工技术规范S：山西：山西省市场监督管理局，2021.6青海省交通运输标准化专业技术委员会DB63/T19662021高寒高海拔地区高模量天然沥青混合料技术规程S：青海：青海省市场监督管理第4期局,2 0 2 1.7Li H,Li X Y,Guan Y S,et al.Lab Evaluation ofFrench High Modulus Asphalt Mixture（EM E2）a n dPreliminary Recommendation of its Application in Chi-na J.Advanced Materials Research,2013,723:397-408.DOI:10.4028/ A H K,Lateif R H.Evaluating the Perform-Analysis of the Performance of High Modulus Asphalt MixtureWANG Qiang,ZENG Yun,ZHANG Ling,ZHANG Chengxue?(1.Beijing Urban Road Maintenance and Management Center,Beijing 100069;2.Xian Zhongli Asphalt Co.,Ltd.,Xian 710075)Abstract:The differences between high modulus asphalt mixture BBME-13 and SBS modified asphaltmixture AC-13 were compared and analyzed in terms of gradation,high-temperature stability,low-tem-perature crack resistance,water stability,dynamic modulus,and fatigue life.The results showed that the gra-dation of BBME-13 is finer than AC-13.BBME-13 has better rutting resistance.The dynamic modulus ofBBME reaches 16 262 MPa,which is 130.5%higher than AC-13.At the same time,the dynamic stabilityat 70 e x c e e d e d 6 0 0 0 t i m e s/m m,a n i n c r e a s e o f 6 8.4%c o m p a r e d t o A C -13.T h e r e a f t e r,t h e l o w -t e m-perature bending failure strain of BBME-13 was basically consistent with AC-13,both exceeding 2 800 8.It indicates that BBME-13 has more outstanding deformation resistance and fatigue resistance under low tem-perature conditions.Ultimately,the use of BBME-13 in the upper layer can improve road performance andextend road service life.Keywords:high modulus asphalt mixture;upper layer;road performance;dynamic modulus;fatigueperformance短讯一种不粘轮沥青材料，其包括以质量份数计的以下物质：50 6 5份沥青、3 5份添加剂A、2 4份添加剂B、1 3份沥青乳化剂、0.1 3份乳化稳定剂、PH值调节剂、和水。其中,添加剂A为乙撑双硬脂酸酰胺与乙撑双油酸酰胺中的一种或两种物质组合；添加剂B为硼泥粉；沥青乳化剂为由烷基胺类乳化剂和季铵盐类乳化剂复合组成的复合乳化剂。上述不粘轮沥青材料中的添加剂协同作用可以使沥青在6 0 环境下也不会发生粘轮现象，且具有较好的储存稳定性。（中国石油化工股份有限公司；中国石油化工股份有限公司齐鲁分公司）CN113861703B,2023-04-07一种高黏附性9 0 A沥青，包括以下重量份数的原料：卡夫基原油10 10 0 份，其它进口原油0 9 0 份，增黏剂0.30.5份，改性剂0.2 0.4份，其中卡夫基原油和其它进口原油重量份之和为10 0 份。该高黏附性9 0 A沥青具有优异的黏附性，用其铺筑的沥青路面具有较好的抗水损害性，路面使用寿命长。还提供了该高黏附性9 0 A沥青的制备方法，工艺灵活，制备难度低。（中国石油化工股份有限公司；中国石油化工股份有限公司齐鲁分公司）CN114507449B,2023-06-16王强，等高模量沥青混合料BBME13在上面层应用的性能研究2020,34(04):65-68.BBME-13 Applied in the Upper Layer一种不粘轮沥青材料及其制备方法一种高黏附性9 0 A沥青及其制备方法29ance of High Modulus Asphalt Concrete Mixture forBase Course in Iraq J.University of Baghdad En-gineering Journal,2017,23(6):14-33.9Shell B U K.THE SHELL BITUMEN HANDBOOKJ:1990.10朱家剑，刘科，吕兴连，等高模量天然沥青混合料在甘肃G309项目的应用J：石油沥青，