综述硬质沥青及其混合料的应用

综述硬质沥青及其混合料的应用
1 引言
随着交通业的迅速发展，交通量猛增，车辆大型化，公路渠化及重载、超载严重等，车辙病害成为沥青路面破坏的主要病害之一，车辙不仅使路面变形，破坏路面的平整度，而且轨道状的车辙在存在水的情况下且水深大于5mm、车速达到一定程度汽车会滑漂，影响行车安全。

为了解决车辙问题，沥青材料本身对沥青路面高温性能的影响是不可忽视的。

沥青的高温粘度越大、劲度越高、与石料的粘附性越好，形成的沥青混合料的劲度模量越高，其整体抗变形能力也越强。

近年来国际上使用的沥青向稠度大的方向发展，以增强路面的抗车辙能力，硬质沥青正是在这种情况下逐渐受到了国内外道路研究者的重视。

硬质沥青是一种低标号的重交通沥青，该种沥青具有针入度低，软化点高的特点，有较好的高温稳定性。

硬质沥青混凝土的提出，最初目的是减轻沥青路面表面层车辙变形和提高基层混凝土材料的刚性。

硬质沥青混凝土结构层则有较高的模量和较强的抗高温车辙能力，适用于重载交通条件下的高等级公路路面结构。

2 国内外研究现状
2.1 国外研究现状
硬质沥青最早出现于20世纪80年代的法国，近二十年来，在法国、德国、英国、西班牙等欧洲国家得到了广泛的应用。

从国外的应用情况来看，主要出于三方面的目的：一是提高路面抗车辙能力;二是提高路面寿命与减薄路面厚度;三是补强路面结构。

法国由于当时迅猛增长的重交通使得人们不得不寻求一种刚度高、抗车辙能力强的路面材料，于是开始使用硬质沥青，建立在硬质沥青基础上的高模量沥青混凝土在法国已经使用20多年，将其纳入该国沥青路面规范，并且沥青路面中下面层有50%都应用了高模量沥青混凝土。

在英国，硬质沥青的使用是与长寿命路面结构的使用相结合。

按长寿命路面结构的设计思想，路面的破坏仅发生在路面表面，主要针对硬质沥青及其混合料的抗老化、抗裂性能进行研究。

芬兰在硬质沥青应用方面主要是，公路部门通常将硬质沥青应用于次等级道路作为基层采用，主要利用硬质沥青材料较高的强度、劲度，以削弱次等级道路路基施工过程中存在的不均匀现象对路面结构的影响，同时采用硬质沥青应用于上面层，以提高沥青路面抵抗永久变形的能力（车辙）。

Helsinki技术大学将硬质沥青或硬沥青、改性沥青分别用于同一道路相邻的交叉处，进行了性能对比应用研究，试验结果表明硬质沥青相对于其它两种沥青，具有良好的路用性能。

鉴于硬质沥青具有良好的抗变形性能，在芬兰高等级公路建设中得到越来越广泛的应用。

2.2 国内研究现状
目前国内对硬质沥青的研究和应用较少，主要有吉林大学、长沙理工大学、长安大学和交通部公路研究院等单位在开展硬质沥青的研究。

最早是沙庆林院士提到的，由于硬质沥青在我国还没有深入研究，研究人员对它的力学性能和耐久性能还存在一定的质疑。

沥青工作者对它的低温抗裂性能首先表示怀疑，因为国外有别于中国的气候，这种沥青胶结料制成的混合料是否能长时间保持良好的性能，有待研究。

沙庆林院士对泰州沥青厂生产的30#沥青进行了试验研究，结果表明在级配相同的情况下，使用30#沥青时的动稳定度为70#沥青的2.4倍，且3000次相对永久变形减少了54%;尽管其动稳定度低于SBS改性沥青，但其相对永久变形却与改性沥青相差不多，甚至比改性沥青稍小，这都说明30#沥青具有较好的高温抗永久形变能力，结果见表1所示。

表1不同沥青SAC20混凝土高温抗永久形变能力对比
编号沥青品种动稳定度（次/mm）3000次相对永久形变（%）
1 AH-70，油石比3.8% 2857，3257，2830（平均2978）3.74，4.97，4.57（平均4.43%）
2 AH-30，油石比3.4% 6627，6629，7969（平均7075）2.04，1.62，2.41（平均2.03%）
3 路安特SBS改性沥青，油石比3.7% 9100，9216，8978（平均9098）2.61，1.96，1.90（平均2.16%）
2010年朱子义，覃勉和2009年沙愛民老师对硬质沥青混合料高温性能做了研究，通过沥青动态剪切流变试验、重复蠕变试验、粘度试验及沥青混合料的车辙试验，对硬质沥青、70#重交沥青和SBS沥青的高温性能做了全面的分析。

表2给出了各种沥青指标的试验值，由表可以看出30#沥青有较高的粘度，其软化点高于70#重交沥青。

试验结果与我国《公路沥青路面施工技术规范》（JTG2000-2004）道路石油沥青技术要求相比，除15℃延度以外，其余指标均能达到道路石油沥青A级标准。

表2各种沥青指标的试验值
沥青针入度（25℃，100g，5s）/0.1mm 延度（15℃，5cm/min）/cm 软化点（环球法）/℃针入度指数pl 60℃动力粘度（Pa？s）蜡含量/% SBS沥青58 >150 75 0.553 - -
70#沥青66 >100 51 -0.476 254 1.18
30#沥青24 46 69 -0.991 609 0.59
我国沥青技术（30#沥青，A级）20～40 ≥50 55 -1.5～1.0 ≥260 ≤2.2
通过对硬质沥青（AH-30#）混合料、普通沥青混合料及改性沥青进行的车辙试验结果如图1，对比分析了3种沥青混合料的高温稳定性。

结果表明：硬质沥青混合料的高温抗剪性能优于重交沥青和改性沥青混合料，其抗高温车辙能力强，适用于中面层铺装。

图1 车辙试验结果对比图
2009年吴健对低标号硬质沥青及其混合料高温性能进行了研究，在这项研究中评价沥青性能是通过用复数剪切模量G*和车辙因子G*/sinδ两个指标来评价的，这两项指标能表征沥青材料抵抗永久变形的性能;沥青混合料性能通过车
辙试验来检验其高温变形能力。

研究结果表明低标号硬质沥青混合料高温性能都强于AH-70和SBS改性沥青，显示出很好的高温稳定性。

王少峰、黄拓等人通过对硬质沥青AH-30#、重交沥青AH-70#、SBS改性沥青BBR试验，对比研究了中海油泰州牌30#硬质沥青的低温性能，得出的沥青技术指标试验结论与朱子义相同，除了15℃外，其余指标均达到道路石油沥青A级标准;并通过对四种不同的沥青混合料进行低温弯曲试验和直接拉伸试验，分析了30#硬质沥青混合料的低温抗裂性能。

结果表明：硬质沥青混合料适合用于河南省沥青路面的中下面层铺装。

沥青的低温抗裂性能由简支梁弯曲试验（BBR）评定，用试验得到的两个指标：弯曲劲度模量和蠕变曲线斜率m来评价沥青的低温性能（表3所示）。

劲度模量值越小，沥青的柔韧性越好，低温抗裂性能越好;蠕变曲线的斜率m值越大，沥青的应力松弛性能越好，低温抗裂性能越好。

由试验结果可以看出30#硬质沥青的低温等级是-16℃，70#、SBS改性沥青的低温性能相当，低温等级为-22℃，SBS改性沥青、70#沥青的低温抗裂性优于30#硬质沥青。

2007年梁春雨对中石油克拉玛依石化分公司生产的30#硬质沥青进行了研究，确定了PG等级为PG76-22。

由此可见不同工艺生产的硬质沥青低温等级也是有区别的，但是硬质沥青的低温性能足以保证其应用于冬冷区、冬温区的低温技术要求。

2007年梁春雨系统的分析了30#硬质沥青技术指标和路用性能的基础上，结合其特点将其应用于沥青路面的中下面层，对中下面层30#硬质沥青混合料进行了配合比设计和优化。

提出了中下面层30#硬质沥青混合料配合比，并全面地开展了30#硬质沥青混合料的路用性能、压实特性、间接拉伸动态性能和蠕变试验研究，结合试验路的施工和检测研究了30#硬质沥青混合料的施工技术及工艺要求。

得出硬质沥青有以下优点：较高的软化点和粘度;沥青用量比普通沥青混合料稍高;具有非常好的抗高温性能;良好的水稳定性。

王玉顺研究了我国新疆克拉玛依油田生产的低标号硬质沥青用于表面层沥青混合料SAC10，通过各项室内试验技术指标的评价，认为硬质沥青是一种优质的重交通沥青，硬质沥青混合料不仅具有良好的高温性能和力学强度，而且具有良好的水稳定性和低温性能，适应我国大部分高等级建设的需要，特别对于重交通道路的沥青路面有较强的适应性。

他在研究硬质沥青的低温性能时，进行了硬质沥青的低温收缩试验，并且对比70#沥青，结果表明硬质沥青混合料的收缩系数不比常规70#沥青的温度收缩系数大。

同时随着路面深度的增加，气温对路面温度的影响程度逐渐减弱，因此将硬质沥青用于沥青路面的中下面层是可行的。

2001年周克力结合西部项目，进行了针入度20～30（25℃，0.1mm）硬沥青、重交70#、SBS改性沥青、沥青橡胶四种混合料的路面性能对比试验研究。

试验结果表明：硬质沥青混合料有着极好的高温稳定性，其动稳定度在3000次/mm以上，而同一级配下普通70#沥青仅为600次/mm左右，硬质沥青混合料的动稳定度提高5倍多。

虽然硬质沥青用于沥青路面面层还有待于研究，但是试验表明將30#硬质沥青用于沥青路面的中下面层，形成密实骨架结构，通过分析得出，30#硬质沥青混混合料的低温抗裂性能与70#沥青混合料性当，其低温性能的破坏远远高于规范要求。

2.3 国内外硬质沥青及其混合料的存在的问题
与国外标准相比，我国生产的硬质沥青基本符合要求，但是通过调查发现，国外的沥青技术指标基本集中在高温性能要求上如针入度、软化点、粘度等。

对低温要求不多，可能是由于其气候比较温和;与我国技术规范相比，我国生产的硬质沥青很难同时满足高、低温性能要求，15℃延度不符合延度要求。

硬质在我国属于一种新型的路面材料，应用较少，其规范指标也主要借鉴日本的规范指标。

根据我国沥青的生产经验，沥青本身低温延度就低，考虑其应用不涉及高寒气，因此并不主张过度强调低温延度对硬质沥青的性能限制，可根据实验路段的使用情况进一步考察低温延度的具体影响。

并且还有人选取SAC-13#，沥青分别用AH-30#和改性沥青，填料则分别用矿粉和水泥，共计四种沥青混合料做过试验，试验表明：SBS改性沥青填料无论采用矿粉还是水泥，均可满足我国各个地区要求。

对于硬质沥青AH-30#，填料采用矿粉时可以满足各个地区沥青路面上面层要求，填料采用水泥时则只能够满足冬冷区和东温区要求。

我国目前对于标号低于70#沥青的研究和应用较少，沥青路面结构的中下、下面层使用的沥青偏软是导致夏季沥青路面产生车辙的原因之一，因此很多研究者研究并应用硬质沥青在路面结构中，并且经验证硬质沥青用于沥青路面的中下面层是可行的，但是其对沥青路面的低温性能产生的影响以及适用范文和条件还有待于进一步研究和试验路的验证。

3 结论
硬质沥青具有针入度小、软化点高、粘度大和劲度大的基本特点，粘度大增加了混合料中沥青的用量，也增加了裹覆石料的沥青膜的厚度，对沥青混合料的耐久性有很大促进作用，同时，在高油石比的情况下，混合料具有优异的高温稳定性能、水稳定性能、低温稳定性能和构造深度耐久性以及强度特性，低温抗裂性能略差，但是硬质沥青应用于我国南方湿热地区的中下面层，不必担忧其低温抗裂性能。

在确定和评价沥青混合料的高温稳定性时，必须将沥青混合料所使用的环境条件相结合，而不能简单照搬规范和标准。

采用不同的试验方法尽管可以定性的得出不同沥青混合料抗车辙能力的结论，但在量值上存在差异。

原油品质和生产工艺的不同也会导致硬质沥青性能的差异，我国应进一步完善硬质沥青产品的标准，拓展对30#以及以下更小针入度的硬质沥青产开发和路面应用研究。

應用硬质沥青于沥青中下面层，可以具体到不的区域气候情况选择利用，以发挥硬质沥青的优越性。

把硬质沥青用于沥青路面面层，基于硬质沥青低温抗裂性能略差，考虑在硬质沥青中加入一定量的外掺剂（矿粉），并且造价低于SBS改性沥青，有待于对材料其他性能方面做进一步的试验研究。

参考文献：
[1]刘闯，吴健，李长海.低标号硬质沥青动态剪切流变试验分析研究[J].中外公路，2007（4）。