现场安装工法是土木结构施工技术的重要发展趋势。在路面工程领域，应用较多的是砌块路面技术，如采用预制水泥混凝土块、条石、块石和砖等铺设路面。此外也有采用预制水泥混凝土板铺设混凝土路面的技术，但在沥青路面的预制－现场安装技术上由于难度大，国内外相关研究很少。1996年，荷兰公共设施和水利工程管理局启动了一项持续至今的ＲoadstotheFuture研究计划，其中一部分就是模块化路面铺装技术。此项目开发了可卷曲预制沥青路面(Rollpave)产品和技术，该技术的特点就是预制柔性的可卷放的沥青路面铺装层，施工时则在现场如铺开地毯一样铺设安装，从而快速完成施工并迅速开放交通。

从2001年起，荷兰先后铺筑了多条Rollpave试验段，但由于其结合料力学性能较差，该技术在荷兰基本停留在研发阶段，没有大面积应用［3－4］。除荷兰外，未见其他国家有相关报道，我国对此类预制技术的研究还属于空白。为确保预制沥青路面具有良好的可卷曲特性，同时又满足路面使用要求的力学性能，本文研发了用于Rollpave的改性沥青，并与SBS改性沥青做对比，评价其沥青及沥青混合料的路用性能，力图为可卷曲预制沥青路面的研究得出一些有益结论。

Rollpave专用改性沥青研发

为确保可卷曲预制沥青路面(Rollpave)在卷曲的过程中不开裂，其沥青胶结料在常温或较低温度(0～30℃)条件下应具备足够的强度和柔韧性。目前常用的改性沥青主要有以下3大类:以聚乙烯(PE)为代表的热塑性树脂类，以丁苯胶乳(SBＲ)为代表的天然和合成橡胶类和以苯乙烯－丁二烯－苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)为代表的热塑性弹性体类。由于热塑性弹性体类改性沥青具有高、低温性能优良，弹性恢复好，抗老化能力强等优点，本项目采用专用改性粒子与SBS对基质沥青复合改性的方式制备Rollpave专用改性沥青。

试验材料

基质沥青:SK－70。改性剂:研发的可卷曲路面专用粒子GTA－1、GTA－2和SBS颗粒。软化剂:糠醛抽出油、环烷复合油。助剂:A(增塑剂)、B(相溶稳定剂)。

制备工艺

制备工艺对改性沥青性能的影响尤为重要，本文采用均匀试验设计，在不同的剪切速率、剪切时间以及剪切温度下制备同一改性剂掺量的改性沥青样品。通过考察改性沥青的延度来确定Rollpave专用沥青的最佳改性工艺参数，以制备性能优异的改性沥青。

剪切时间的延长有助于改性剂颗粒均匀地分散在基质沥青中，形成均匀体系，但时间过长会加速改性沥青的老化，且该因素对试验结果的影响相对较小，因而在今后的试验时，剪切时间的取值可适当减短。

综上，具体制备方案如下:先将基质沥青加热至软化流动，加入不同剂量的改性粒子GTA、SBS颗粒和软化剂，将温度控制在170～180℃之间，用高速剪切机在剪切速率为5000～5500r/min，剪切30min，使改性粒子与SBS颗粒充分溶胀。依次加入一定剂量的A、B助剂后，再剪切30min，温度与剪切速率与之前相同。将剪切后的改性沥青放入烘箱，温度控制在170℃左右，发育30min后得到可卷曲沥青路面专用改性沥青。

微观结构分析

为满足Rollpave改性沥青混合料不同路用性能的需求，本项目研发了两种改性沥青。使用显微镜热台压片观察在相同的制备工艺下，两种不同改性剂掺量的改性沥青微观形态结构。

ＲV改性沥青的微观结构，由SBS/GTA1复合而成，呈浅色的高分子聚合物已形成了连续相，并与呈黑色的沥青近似形成双连续相。ＲT改性沥青的微观结构，由SBS/GTA2复合而成，聚合物所形成的连续相面积远远大于ＲV改性沥青，沥青分散相面积随之迅速缩减。

Rollpave改性沥青性能评价

常规性能指标测试

本文按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20—2011)操作，通过测试沥青在15，25，30℃的针入度来评价其感温性，测试5℃延度评价其低温性能，测试软化点评价其高温性能，测试60℃动力黏度和135，175℃布氏黏度评价其黏温流变特性。将3种沥青结合料进行对比，分别为秦皇岛SBS改性沥青、Rollpave专用改性沥青ＲV、ＲT。

可以看出，ＲV、ＲT两种改性沥青具有较大差异，3个测试温度下改性沥青ＲV的针入度数据均为改性沥青ＲT的50%左右，同时也始终小于SBS改性沥青;改性沥青ＲT在15℃时的针入度为SBS改性沥青的1.86倍，随着温度的升高，其在30℃时的针入度仅为SBS改性沥青的1.11倍。研究表明，针入度值愈大，表示沥青愈软，沥青的黏度愈低。然而改性沥青ＲT的针入度最小，60℃动力黏度却最大，因而对于相变反转后的改性沥青，这一结论还是否适用，有待于进一步的研究。

针入度指数PI越大，表示沥青的感温性越低。常见沥青的PI在－1～1之间，如SBS改性沥青。自制改性沥青ＲV、ＲT的PI高达2.32和3.86，说明其感温性远远优于SBS改性沥青。对于普通沥青来讲，当PI＞2时，认为该沥青为凝胶型沥青，由沥青中的胶团形成网状结构。该种沥青虽有较低的温度感应性，但低温变形能力较差。本文研发的改性沥青与凝胶型沥青不同，形成空间网状结构的是高分子聚合物而非沥青质和胶质组成的胶团。低温延度数据亦可证明这一点，当延度测试到30.1cm和61.8cm时，改性沥青ＲV、ＲT与端模脱离而非在试模中间发生断裂，故二者的低温性能较SBS改性沥青分别至少提高了1.26倍和2.59倍。

软化点为沥青达到规定条件黏度时的温度，通常认为，沥青硬、针入度小的沥青软化点就高，对于ＲT改性沥青来说，该结论并不适用。ＲV、ＲT两种沥青的软化点大于100℃，说明这两种沥青的高温稳定性优于SBS改性沥青。

根据黏温半对数线性方程，按照(0.17±0.02)Pa·s黏度确定自制改性沥青的拌和温度范围为230～235℃;按照(0.28±0.03)Pa·s黏度确定自制改性沥青的压实成型温度范围为217～222℃。由于自制改性沥青具有明显的非牛顿性质，利用上述方法确定改性沥青的拌和和压实温度明显偏高。参照用于排水路面的高黏沥青结合料的软化点、黏度等技术指标，最终确定拌和温度范围为180～185℃、碾压温度范围为165～170℃是相对合理的。

DSＲ测试

根据Superpave沥青结合料规范中有关要求，利用DSＲ测试原样沥青的动态剪切模量G*和相位角δ，以抗车辙因子G*/sin(δ)＞1.0kPa来表征沥青的高温性能。本文以恒定角速率10rad/s进行动态剪切测试。

SBS改性沥青的高温等级为82，本项目研发的ＲV、ＲT改性沥青在100℃下的车辙因子分别为3.58和5.77，从其车辙因子随温度升高的变化规律来看，失效时的温度至少在112℃以上，表明ＲV、ＲT改性沥青的高温性能较SBS改性沥青有显著提高。

近年来研究发现，零剪切黏度(ZSV)与改性沥青混合料的抗车辙性能相关性明显高于车辙因子。本文通过DSＲ试验的频率扫描加载模式，在60℃的测试温度下，在0.01～100rad/s的频率范围内对3种沥青进行动态频率扫描，并采用Carreau模型的简化公式计算ZSV，即:式中，η为复合黏度;η0为零剪切黏度;k为具有时间量纲的材料常数;ω为角频率;n为量纲为1的材料常数。

3种沥青的复合黏度随着加载频率的增加而降低;与SBS改性沥青不同，ＲV、ＲT两种沥青的复合黏度未在低频条件下(0.01～1rad/s)出现平台区，复合黏度曲线越陡，对应的零剪切黏度越大。根据黏弹性材料时温等效原理，低频对应高温，从另一个角度说明ＲV、ＲT两种沥青的高温性能远远优于SBS改性沥青。

BBＲ试验

利用BBＲ测试沥青的蠕变劲度S和蠕变速率m，以60s时的S＜300MPa，m＞0.3来表征沥青的低温性能。本研究采用ATS公司生产BBＲ试验仪进行沥青低温弯曲蠕变试验，当试验温度为－12℃时，ＲT改性沥青试件在荷载作用下形变大于4mm，根据规范要求结果无效。故3种沥青统一从－18℃开始测试。

有研究表明，SBS改性沥青的应力松弛模式与基质沥青差异显著，导致PG分级的方法会低估SBS改性沥青的低温抗裂性。上述3种沥青均含有SBS，其中SBS改性沥青中的SBS含量与ＲV改性沥青的接近，小于ＲT改性沥青，因而认为这3种沥青在BBＲ试验中具有一定的可比性。SBS改性沥青、ＲV改性沥青和ＲT改性沥青试验失败的温度分别为－18，－24℃和－36℃，说明与SBS改性沥青相比，ＲV改性沥青的低温抗裂能力有所增强;ＲT改性沥青的低温抗裂能力显著优于SBS改性沥青和ＲV改性沥青。

Rollpave沥青混合料性能评价

混合料设计

与常规沥青混合料相比，具有良好的弯曲变形特性是可卷曲预制沥青混合料最为突出的特点。文献对16组沥青混合料的弯曲性能进行了比较与分析，认为最大粒径、2.36mm筛孔通过率、粉胶比等因素对沥青混合料的弯曲性能影响较大。本研究为了兼顾沥青混合料的高、低温性能，并考虑上述影响因素，设计了一种骨架密实型级配的可卷曲沥青混合料。

分别使用ＲV、ＲT改性沥青制备可卷曲沥青混合料，油石比为7.5%，并与SBS改性沥青混合料性能进行对比。

高低温性能

ＲV、ＲT两种改性沥青混合料的动稳定度分别为SBS改性沥青的2.03和1.32倍，说明本文研制的改性沥青明显提高了混合料的高温性能，其中ＲV沥青的改性效果最为明显。

ＲT改性沥青的破坏应变较大而抗弯拉强度较小，ＲV改性沥青混合料与之相反，SBS改性沥青混合料的抗弯拉强度和破坏应变均为最小。其中ＲT沥青的改性效果最为明显，破坏应变为其他两种沥青混合料的7.39和5.30倍。

常温弯曲性能

本研究的目的是开发一种沥青混合料，使预制沥青路面在常温或较低温度下能够卷曲和铺放而不开裂。由于沥青混合料为黏弹性材料，其力学响应受温度和加载速率的影响较大，因而试验条件为－10℃、加载速率为50mm/min的小梁弯曲试验并不能很好地评价混合料的常温弯曲性能。文献根据可卷曲预制沥青路面施工的温度、卷曲和铺放的速度以及卷曲设备的尺寸，认为采用10℃、20mm/min的加载速率的小梁弯曲试验来评价混合料的常温弯曲性能比较合适。本文按照上述试验条件对3种沥青混合料进行了试验。

相同的级配类型，采用ＲV改性沥青的混合料的跨中挠度为SBS改性沥青混合料的2.59倍，而ＲT改性沥青混合料的跨中挠度分别为ＲV改性沥青混合料、SBS改性沥青混合料的3.18倍和9.42倍。与此同时，ＲV改性沥青混合料、ＲT改性沥青混合料的抗弯拉强度依次仅为SBS改性沥青混合料的56.5%和18.6%。根据文献的研究成果，ＲV、ＲT改性沥青混合料可以满足预制卷曲沥青路面所需的变形要求。

力学性能评价

采用简单性能试验机(SPT)测试沥青混合料的动态模量E*和相位角δ，来评价混合料的力学性能。文献指出，由5组测试温度下的动态模量回归的主曲线与3组温度下回归的几乎一样。故本文仅测试10，25℃和40℃下的动态模量，加载频率分别为0.01，0.1，0.2，0.5，1，2，5，10，20，25Hz。

随着温度的升高，混合料的动态模量逐渐降低，而相位角增大。10℃和40℃下，3种混合料的E*大小排序与3.3节的弯曲试验和3.2节的车辙试验分析结果相同。

根据时温等效原理，使用非线性最小二乘法将不同温度的测试曲线平移至参考温度(T0=25℃)下，并用Sigmodial函数对合成的曲线进行拟合。

结论

(1)本文针对可卷曲预制沥青路面的特点，开发了ＲV、ＲT两种专用改性沥青，使其沥青混合料可承受较大弯曲变形。通过均匀设计试验确定了改性沥青的制备工艺。

(2)从常规性能指标来看，由于掺入适量的GTA－1/SBS或GTA－2/SBS改性粒子，使得聚合物在沥青中形成连续相，可显著提升沥青的高低温性能。采用DSＲ和BBＲ试验，进一步评价研发的两种沥青性能，测试结果与常规试验得到的结论进步相同。

(3)沥青类型对混合料性能影响较大，ＲV、ＲT改性沥青混合料的高低温性能优于SBS改性沥青混合料。10℃小梁弯曲试验结果表明，ＲV、ＲT改性沥青混合料可以满足预制卷曲沥青路面所需的变形要求。

(4)ＲV改性沥青混合料的高温性能优异，更适用于高温、重载;ＲT改性沥青混合料低温变形性能较好，适用于低温施工。实际应用时可结合技术指标和经济要求选取不同沥青混合料。

(5)通过不同沥青混合料的动态模量主曲线，对可卷曲沥青混合料的力学特性进行了全面的描述和比较。