本文是一篇工程硕士论文，本文对HMB高模量天然改性沥青的配合比进行了优化设计，并对其路用性能进行了试验研究。
第1章绪论
1.1研究背景及研究意义
改革开放以来，市场经济发展迅速，公路建设取得了前所未有的高速发展。至2021年末，国内公路总里程达到了528.07万公里，公路密度达到了55.01公里/百平方公里。公路总里程比2020年末增加了8.26万公里，公路密度增加了0.86公里/百平方公里[1]。由于沥青路面优异的使用性能，在我国公路建设领域得到了广泛的关注，且其具有建设工期短和易于维修等特点，更加速了其在公路建设领域的发展与运用。在我国已通车的高速公路中，90%的路面是沥青路面[2]。
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不断增长的交通量和重载交通等因素的共同作用下，使得沥青路面面临着巨大的考验。车辙、拥包和路面沉陷等问题不断涌现，导致了沥青路面的使用性能大幅降低。沥青路面的病害种类有很多，其中最为严重的损害就是车辙病害[3]。众所周知，车辙是车辆荷载和气候等因素共同作用下，路面表层所产生的车辆行驶后留下的压痕。不同的影响因素也会产生不同种类的车辙，按车辙的成因主要分为4类。分别为磨耗型车辙、结构型车辙、失稳型车辙、压密型车辙等[4-5]。
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1.2国内外研究现状
目前，国内外采用的具备抗车辙性能的沥青混合料大致可分为3种：
（1）直接采用针入度较低的低标号沥青。这样可以提高沥青混合料的模量，增加其刚度，减小沥青路面因车辆荷载产生的形变，从而提高其高温抗车辙能力；
（2）采用SBS（苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物）、SBR（丁苯橡胶）或PE（高性能聚合物增韧剂）类改性剂改性沥青混合料。即通过在沥青混合料中加入适量SBS、SBR或PE类改性剂提升沥青胶结料胶结矿料的能力，进而使沥青混合料的整体性更强，不易被外部荷载破坏；
（3）在基质沥青中添加适量天然沥青或高模量剂。这样可以提升沥青混合料中最薄弱的沥青材料的模量，同时通过采用高模量沥青混合料级配，从材料和级配两方面综合提升沥青混合料模量及强度，由此可降低沥青混合料因荷载作用而产生的变形。
1.2.1国外研究现状
在20世纪60年代左右，法国首先使用硬质沥青，制备出可代替传统沥青混合料的高模量沥青混合料。由于生产沥青的设备和条件不够，并且在铺筑试验段时并没有完善的施工器械，因此高模量沥青混合料刚开始并没有应用于实际工程中。当研究人员在煤焦油沥青中加入稀释的有机溶剂后，硬沥青的生产和拌合问题才得以解决[11]。在20世纪80年代，法国为了减少道路沥青基层的厚度，制备出了一种新型高模量沥青混合料。法国在进行道路工程研究中，为了对旧路结构进行改善和路面的养护维修，高模量沥青混合料第一次在实际工程中被使用，在此之后，越来越多的高模量沥青混合料被用于道路的铺筑和路面的维修养护中[12]。与此同时，法国还开发出适用于各种面层（如EME、BBME）的高模量沥青混合料。EME型高模量沥青混合料，其级配连续，一般用于道路基层和中下面层；BBME型级配，通常用于路面上面层[13]。经过长期的研究验证，高模量沥青路面的性能要明显高于其他路面，它既减少了道路的养护费用，又提高了其使用寿命[14-16]。此后，法国首次定义了高模量沥青混合料的标准，并制定了相关设计规范，对其性能进行相应的评价，同时法国交通量大的工程也开始推荐使用这类高模量材料，截至目前，高模量沥青混合料在中下面层的使用率已超过总量的50%。
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第2章原材料性能
2.1沥青性能
本文选用沥青由西安某沥青有限公司采用“液化”“活化”等专利技术研发出的工厂化稳定型天然沥青。它由天然沥青、软沥青、道路石油沥青和一些外加剂组成[43]。根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）[44]对沥青性能指标进行检测，具体性能指标如表2-1所示。由表可知，沥青的高软化点和低针入度，表明其具有良好的高温性能，其延度一般，具体低温性能还有待进一步研究验证。试验所需沥青原材料如图2-1所示。
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3.1高模量沥青混合料设计方法
3.1.1马歇尔设计法
上世纪40年代，美国工程师Bruce Marshall提出了一种沥青混合料的设计方法，之后被命名为马歇尔设计法。马歇尔设计法是二战期间美国在军用机场路面和民航机场路面设计中使用的一种沥青混合料设计方法。其是目前国内外在道路沥青混合料路面设计中应用最为广泛、技术水平最为成熟的设计方法。它以体积特性设计为基础，建立沥青混合料油石比与各种马歇尔指标之间的关系，从而计算出最佳油石比。
国内有关标准对沥青混合料的设计采用马歇尔设计方法，采用室内实验，测定其稳定度、流值、密度等性能参数，以获得最佳的沥青用量。马歇尔方法按设计的级配和油石比进行了性能确认，具有设备简单、操作方便等特点，可广泛推广使用。
3.1.2 Superpave设计法
美国以气候条件和交通量为基础研发了公路沥青路面Superpave设计法。采用路面车辙、低温开裂、疲劳断裂等控制指标，对沥青混合料路用性能进行了综合考虑。这种设计思路是基于“三水平”的设计理念，不同的设计水平可以适应不同路面的性能。I级采用混合料体积设计，II级为中等路面，III级为高等级路面。
Superpave设计方法中I级水平即混合料体积设计方法，具有概念明确、操作简便、方法简便、便于推广的特点。而II、III级的设计较为复杂，还没有进入实际应用的阶段。
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第3章 沥青混合料级配及油石比确定 ........................... 13
3.1 高模量沥青混合料设计方法 ............................ 13
3.1.1 马歇尔设计法 ................................... 13
3.1.2 Superpave设计法 ......................... 13
第4章 沥青混合料路用性能研究 ................................ 23
4.1 高温稳定性研究 ......................... 23
4.1.1 实验方案及评价指标 ..................... 23
4.1.2 实验数据及分析 ................................. 26
第5章 施工工艺研究 ................................. 44
5.1 高模量天然改性沥青混合料施工工艺研究 ................................ 44
5.1.1 下承层准备 ................................ 45
5.1.2 洒布透层油及防水粘结层 .............................. 45
第5章施工工艺研究
5.1高模量天然改性沥青混合料施工工艺研究
高模量沥青混合料施工工艺有如下环节：原材料性能检测；配合比设计；高模量沥青混合料试拌合；下承层准备；洒布透层油；防水粘结层；施工放样；摊铺机就位；高模量沥青混合料拌合；高模量沥青混合料运输；沥青路面摊铺；试验温度检测控制；沥青路面碾压（初压、复压、终压）；施工接缝处理；沥青路面检测验收；恢复交通（温度低于50℃）。其中HMB高模量沥青混合料各环节施工温度及其测量部位见表5-1，施工流程图如图5-1所示，具体施工工艺要求如下。
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结论与展望
结论
本文通过使用HMB高模量天然沥青，制备高模量沥青混合料，通过马歇尔设计法，进行配合比设计，选取粗级配、中级配、细级配三种不同的EME-20级配，通过路用性能试验，验证其路用性能随不同条件的变化规律，得出以下结论：
（1）对沥青进行了沥青相关性能的试验，试验结果为沥青的性能满足规范要求的高模量沥青的性能指标。对集料、矿粉进行了相关性能试验，结果显示其性能满足规范要求的性能指标。
（2）通过对比分析了三种不同高模量沥青混合料的设计方法，选择参考法国高模量沥青混合料的EME型级配，采用马歇尔设计法，对三种不同级配沥青混合料进行配合比设计，对其马歇尔性能指标进行测定，得出EME-20粗级配、中级配、细级配的最佳油石比分别为5.6%、5.7%、5.8%，AC-20级配最佳油石比为5.5%。
（3）采用车辙试验机，对不同级配沥青混合料进行车辙试验，并对其高温性能进行了评估。由试验结果可知，沥青混合料的高温性能会随着油石比的增加而提升。为研究重载交通车辙影响，将荷载水平从0.7MPa增加到1.4MPa后，沥青混合料的动稳定度虽下降，但减低的不明显，表明在重载交通情况下，其高温稳定性依旧表现良好。总体来说，动稳定度都远超规范要求限值，高温稳定性能优异。
（4）采用万能试验机，对不同级配沥青混合料进行低温弯曲试验。由试验结果可知，当油石比增大时，沥青混合料的最大弯拉应变先增大后减小，低温性能随之先增强后减弱。其最大弯拉应变都满足规范要求。
（5）由冻融劈裂试验结果可知，随着油石比的增大，沥青混合料的水稳定性呈现出先升高后降低的趋势。当温度从-22℃提高至-18℃时，试件的冻融劈裂强度比增加明显，说明其水稳定性提升很大。当温度升高到-18℃之后，其增长趋势趋于平缓，水稳定性能表现优异。其冻融劈裂强度比都在规范要求范围内。
参考文献（略）