1.引言

沥青路面是我国高等级公路的主要路面形式。近年来，交通荷载的轴重与频次不断增加，对路面结构，尤其是下面层的承重与抗疲劳性能提出了前所未有的挑战。下面层作为沥青路面结构的主要承重层，其性能优劣直接关系到整个路面结构的使用寿命。

高模量沥青混凝土技术源于法国，其核心是通过使用高模量外掺剂或硬质沥青，显著提高沥青混合料的动态模量，从而增强路面结构的整体刚度，达到分散荷载、减小基层顶面压应变（抗疲劳）和减小面层内部剪应力（抗车辙）的双重目的。在欧洲，该技术已被广泛应用于解决重载交通路面的永久变形问题，并纳入其规范体系。

然而，该技术在国内的推广应用仍面临一些挑战：（1）不同来源的高模量剂性能差异较大，选择与评价体系有待完善；（2）HMAC的配合比设计方法与传统沥青混合料有显著区别；（3）其对施工工艺和质量控制提出了更高要求。

本文基于上述背景，通过系统的室内试验与实体工程验证，旨在形成一套适用于我国国情与材料特点的高模量沥青混凝土下面层应用技术，为重载交通道路的建设与养护提供可靠的技术解决方案。

2. 高模量沥青混凝土作用机理与材料优选

3. 2.1高模量作用机理
高模量沥青混凝土的核心是提高混合料的劲度模量，其作用机理主要体现在两个方面：

·抗车辙机理：根据弹性层状体系理论，提高下面层模量可以显著降低其内部及基层顶面的剪应力，从而从根本上抑制沥青混合料的流动变形，提升抵抗永久变形的能力。

·抗疲劳机理：提高下面层模量能够有效减小车辆荷载作用下基层底部的拉应变，而拉应变是导致基层疲劳开裂的主导因素。拉应变的降低可以大幅延长基层乃至整个路面结构的疲劳寿命。

2.2高模量外掺剂的优选试验
本研究对比了三种不同类型的外掺剂：A（进口有机高模量剂）、B（国产矿物类高模量剂）、C（岩沥青）。首先对掺加不同外掺剂的沥青胶浆进行性能试验。

·针入度与软化点试验：结果表明，三种外掺剂均能不同程度地降低沥青针入度，提高软化点，其中外掺剂A的效果最为显著，其配制的沥青软化点最高可达75℃以上，满足高模量沥青的技术要求。

·动态剪切流变试验（DSR）：通过测量沥青胶浆的复数剪切模量G和相位角δ，评价其高温性能。试验表明，在64℃条件下，掺加外掺剂A的沥青胶浆的G/sinδ（车辙因子）远高于基质沥青，抗变形能力最强。

2.3高模量沥青混合料（HMAC）配合比设计
在优选外掺剂A的基础上，进行HMAC-25的配合比设计。

·集料与级配：采用当地优质的玄武岩集料。级配设计参考法国规范并结合我国实际情况，采用粗型、嵌挤密实的骨架结构，关键筛孔2.36mm的通过率控制在28%左右，以形成良好的石-石接触。

·最佳沥青用量确定：采用马歇尔试验方法，但将其双面击实次数增加至75次，以模拟重载交通的压实功。同时，将动态模量作为核心评价指标，采用简单性能试验机（SPT）在20℃、10Hz条件下进行测试，要求动态模量不低于14,000 MPa。最终确定的最佳油石比为4.2%。

·3.HMAC下面层施工关键技术

HMAC因其沥青硬度大、拌和与压实温度要求高，施工工艺与传统沥青混合料有较大区别。结合某国道干线实体工程，总结了以下关键技术。

3.1拌和与运输

·温度控制：由于高模量沥青粘度较大，为保证拌和均匀性与出料质量，拌和温度需提高至175℃-185℃（比普通沥青混合料高10℃-15℃）。所有温度均需采用红外测温仪进行全过程监控。

·拌和时间：干拌时间延长至5-8秒，湿拌时间延长至40-45秒，确保外掺剂与集料、沥青充分分散与裹覆。

·运输保温：运输车辆必须覆盖双层篷布，严格保温，确保运至现场的混合料温度不低于170℃。

3.2摊铺与碾压
摊铺与碾压是保证HMAC路面密实度的关键环节。

·摊铺：采用两台摊铺机组成梯队连续作业，避免施工冷接缝。摊铺速度控制在2-3米/分钟，夯锤振幅与频率调至最高档，进行初步压实。摊铺温度不低于165℃。

·碾压工艺：遵循“紧跟、慢压、高频、低幅”的原则。碾压分为初压、复压和终压三个阶段。

1.初压：采用双钢轮振动压路机，静压1遍+振压1遍，温度不低于160℃。

2.复压：采用重型轮胎压路机碾压4-6遍，是保证密实度的核心环节，温度不低于140℃。

3.终压：采用双钢轮压路机静压1-2遍，消除轮迹，封闭表面，终了温度不低于90℃。

·压实度控制：采用无核密度仪（PQI）进行过程控制，最终取芯检测，要求压实度不低于马歇尔密度的98%（最大理论密度的94%）。

4.实施效果与性能跟踪监测

为验证HMAC下面层的实际使用性能，在实体工程完工后，进行了为期两年的跟踪监测。

4.1现场检测与室内验证

·构造深度与渗水系数：完工后检测，路面宏观构造丰富，渗水系数远小于规范要求，表明路面密实、防水性能好。

·取芯样检测：现场钻取芯样，带回实验室测试其动态模量与劈裂强度。测试结果表明，芯样的平均动态模量达到15,200 MPa，满足设计要求。

4.2长期性能跟踪
通过埋设的传感器与定期的人工调查，对路面的车辙与结构响应进行监测。

·车辙发展：在经过两个夏季高温和重载交通考验后，采用激光断面仪测量车辙深度。与传统AC-25下面层路段对比，HMAC路段的车辙深度平均仅为前者的45%-50%，抗车辙性能提升显著。

·疲劳性能评估：通过落锤式弯沉仪（FWD）检测，HMAC路段的路表弯沉值明显小于对比路段，表明其整体刚度更大，基层底部的拉应变更小，预期疲劳寿命更长。

5.总结与展望

5.1研究成果总结
通过本研究的系统工作，可以得出以下结论：

1.高模量沥青混凝土通过显著提高下面层刚度，能有效分散荷载应力，从机理上兼具优异的抗车辙和抗疲劳性能。

2.通过室内试验优选外掺剂并优化配合比设计，是成功应用HMAC技术的前提。本研究确定的外掺剂A及相应的HMAC-25配合比，技术性能优良。

3.HMAC的成功应用依赖于精细化的施工控制，特别是提高拌和与碾压温度、优化碾压工艺是保证其压实度与路用性能的关键。

4.实体工程证明，HMAC下面层在重载交通条件下，其抗车辙能力相比传统材料有质的飞跃，能显著延长路面大修周期，全寿命周期经济性突出。

5.2技术创新点
本研究的创新点主要体现在：

1.系统集成了从作用机理分析->材料优选->配合比设计->施工控制->性能验证的完整技术体系。

2.将动态模量这一关键力学指标作为HMAC配合比设计的核心控制标准，确保了设计成果的科学性与目标一致性。

3.总结形成了针对HMAC材料特点的、具有极强操作性的成套施工工艺与质量控制标准。

5.3应用前景与展望
高模量沥青混凝土技术是应对我国日益增长的重载交通挑战的有效途径之一，具有广阔的应用前景。未来可在以下方面进行更深入研究：

1.研究利用国产优质岩沥青等材料制备HMAC，进一步降低成本。

2.探索HMAC在更薄沥青路面结构（如“白改黑”）

3.将HMAC与长寿命路面设计理念相结合，开展基于性能的永久性路面结构研究。
本技术的成功实施，体现了本人在道路工程材料、路面结构设计与施工技术方面的综合能力。

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