沥青混合料的劲度模量是表征沥青路面结构中沥青混合料力学响应方式的基本特点之一，同时也是法国高模量沥青混合料性能评价体系中的水平。他是对沥青混合料性能评价的核心指标，也是最能体现沥青混合料路面抗车辙性能的评价方法之一。

法国高模量沥青混合料性能评价体系采用复数模量(正弦压力作用在梯形梁试件或平行六面体试件)或单轴压缩动态模量试验来测定沥青混合料在黏弹性范围内的劲度模量^[1]。本研究采用英国某公司生产的法国沥青混合料设计直接拉伸模量测试－液压伺服通用材料试验机，测试温拌再生高模量沥青混合料在高度仿真移动和停泊的车辆荷载状况下的模量，并对其进行性能评价，为路面结构的设计和厚度计算提供依据^[2]。

在持续高温环境下，沥青性能由弹性体向塑性体转变，劲度模量大幅度降低，抗变形能力急剧下降^[3]，故无法抵抗现有行车荷载的反复作用而产生路面整体性破坏^[4]。为了分析再生高模量沥青混合料的性能，需对其进行配合比设计，同时还要注意材料的抗车辙能力及抗剪切流动特性^[5]。

该劲度模量试验的配合比设计采用AC-20C的级配中值^[6]，外掺剂分别为EC120和硫酸钙晶须(CSW)，而且采用温拌再生技术，旧料掺量分别为0，40%，50%和60%，采用全试验的方法共开展8组试验，每组试验制4个件，试验后对有关数据结果进行处理^[7]。

EC-120型沥青普适温拌降黏剂^{[8, 9]}是海川某公司生产的沥青改性添加剂，其表观形状为白色固体米粒状细颗粒，是一种长链脂肪烃化合物，其熔点在100 ℃左右，熔融状态下的黏度低于0.02 Pa·s，在120 ℃的情况下可以完全、均匀地融解在沥青中，从而使得沥青混合料在拌和站的拌和温度及摊铺压实温度得到有效降低。

硫酸钙晶须(简写为CSW)是以石膏为原料^[10]，以人为方式来控制其生长，具有完善内部结构的纤维状单晶体。其平均直径一般在1~8 μm，平均长度一般在100~200 μm，平均长径比一般在10～200。硫酸钙晶须具有高模量、韧性好、抗磨损、耐高低温、易于分散的性能特点，故可有效提高沥青混合料的抗车辙性能和抗疲劳性能。

温拌再生技术^[11]是指将温拌技术和再生技术进行有机结合。温拌技术通过降低沥青混合料的拌和及摊铺温度来实现降低燃料成本和减少废气排放的目的，但又能使沥青混合料满足性能要求，在施工现场摊铺时，其压实温度一般在 120～140 ℃之间即可满足摊铺要求；而再生技术通过掺配外掺剂对翻修铣刨出来的废旧沥青混合料进行重新利用以达到节约资源、保护环境的目的。

对于高模量沥青混合料，法国规范规定了在15 ℃的温度条件和10 Hz的频率条件加载下测得的模量要大于14 000 MPa。试验采用正弦波轴向加载方式，加载频率分别为25，10，5，1，0.5，0.1 Hz，随着加载的进行，计算机系统会自动记录下不同频率加载下的应力大小和轴向应变值。

劲度模量试验在没有围压只有主压的环境下开展，而且需采用荷载控制模式进行加载。结合车辙敏感性分析^[12]并确保温拌再生高模量沥青混合料在线弹性范围之内的力学响应条件，则需保证温拌再生高模量沥青混合料的应变控制在125 με以下。对于劲度模量试验在15 ℃和20 ℃这两个温度等级下，选取主压力初始荷载均为0.6 kN，其峰-峰值可达到2 kN。

试验采用英国某公司生产的法国沥青混合料设计直接拉伸模量测试－液压伺服通用材料试验机(CRT—UTM—HYD EL—0652)，对温拌再生高模量沥青混合料在高度仿真移动和停泊的车辆荷载状况下的模量进行测试。

试验程序参照欧洲标准(EN 12697—26)热拌沥青混合料试验方法第26部分的劲度模量试验(该方法采用旋转压实方式成型圆柱体试件，试件直径d为50～160 mm，试件高度H是直径d的1.8～3倍)和美国ASTM D3497和AASHTO TP62—03及国内《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20—2011)的试验方法，采用荷载控制的加载模式，加载波形为正弦波，试验温度分别为15 ℃和20 ℃，在设定的温度下，在25，10，5，1，0.5，0.1 Hz的频率条件下从高到低，并按表 1中给出的重复加载次数开展劲度模量试验。在开始试验之前，需对劲度模量试件进行加载预处理，其方法就是对试件施加正弦波轴向压力试验荷载，预加载的频率控制为25 Hz，循环次数控制为200次。试验中采集的数据是这5个波形的荷载及变形曲线，计算机系统会自动实时记录下这5个波形下的劲度模量及相位角。

对上述各试验温度下每组试件的最后5次加载循环中的劲度模量和相位角分别取平均值。根据上述方法确定的有效测试数据，按t分布法计算整理劲度模量的代表值，其计算公式如下(劲度模量对应的相位角代表值也采用此方法计算)：

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按上述方法对数据进行处理，将平均劲度模量代表值和平均相位角代表值汇总后列于表 2、表 3中，即将沥青混合料的力学性能进行数字化处理^[13]。

从表 2、表 3可知，15 ℃和10 Hz频率加载下测得的模量要大于14 000 MPa，符合法国高模量体系规范规定。旧料掺量为40%，50%和60%时其劲度模量均大于14 000 MPa，符合高模量的要求；而旧料掺量为0%时，只有掺硫酸钙晶须的一组刚刚超过14 000 MPa，而掺EC120的这组却达不到这个要求。当温度为 20 ℃时，旧 料掺量为 40%,50%和 60%时其劲度模量均大于14 000 MPa，符合高模量的要求；而旧料掺量为0%时，无论是掺硫酸钙晶须还是掺EC120的试件均达不到高模量的要求。

在加载频率分别为25，10，5，1,0.5,0.1 Hz的条件下，依据15 ℃和20 ℃温度等级建立在不同加载频率变化下的劲度模量变化趋势曲线，如图 1所示。

图 1 15 ℃和20 ℃时劲度模量随频率变化曲线图 Fig. 1 Curves of stiffness modulus varying with frequency at 15 ℃ and 20 ℃

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从图 1可知：无论是在15 ℃还是20 ℃温度条件下，温拌再生高模量沥青混合料的劲度模量随着频率的升高而升高，对于每组试件的变化曲线均符合对数关系，而且相关性很大，这是由沥青混合料的黏弹性特性所决定的。这种特性使得沥青混合料对荷载的反应有一个滞后的过程，即在外力作用下，当加载头对试件进行压缩时，试件变形有一个渐变过程而不会被瞬间压缩；当对试件进行卸载时，试件变形也有一个渐变过程而不会瞬间恢复形变。所以当荷载加载频率逐渐增大时，这种变形特征的滞后现象更加明显，即频率越高劲度模量越大，而且这种变化趋势呈对数关系变化。

试验分析以温度15 ℃旧料掺量50%为例，为了使劲度模量和相位角能在同一图幅中进行分析，现将劲度模量缩小1 000倍，分析见图 2所示。

图 2 15 ℃时劲度模量和相位角的关系曲线图(RAP：50%) Fig. 2 Curves of stiffness modulus vs. phase angle at 15 ℃(RAP：50%)

图选项

从图 2可知，当旧料掺量均为50%时，对于同一种外掺剂硫酸钙晶须或EC120，15 ℃时的劲度模量和相位角成反比例关系。随着频率的不断增加，温拌再生高模量沥青混合料的劲度模量不断增大，而相位角却不断降低，这是由于随着频率的不断增加时，试件变形的滞后过程在不断减小，所以就造成劲度模量不断增大，而相位角就不断减小。

为了与法国高模量体系相对应，试验分析采用的温度等级分别为15 ℃和20 ℃，试验加载频率为10 Hz。通过对不同旧料掺量下劲度模量大小的比较来分析旧料掺量对劲度模量的影响程度，从而可通过分析劲度模量的大小，为最佳旧料掺量的确定提供理论依据。当然，想要确定旧料最佳掺配比例，需要综合考虑沥青混合料的水敏感性、高温抗车辙稳定性、低温抗裂性及抗疲劳性能等因素。不同旧料掺量下的劲度模量曲线如图 3所示。

图 3 劲度模量随旧料掺量变化的关系曲线图 Fig. 3 Curves of stiffness modulus varying with RAP content

图选项

从图 3可知，劲度模量随旧料掺量的变化而变化，当旧料掺量为50%时，劲度模量出现最大值。

结合表 2、表 3及相应图表可知，当掺硫酸钙晶须时的劲度模量较掺EC120时的要大，也就是说硫酸钙晶须对于温拌再生沥青混合料模量的提高效果更显著。

试验研究采用的外掺剂分别为EC120和硫酸钙晶须(CSW)，采用温拌再生技术，旧料掺量分别为0,40%,50%和60%。基于法国高模量试验评价体系，通过对劲度模量的一系列影响因素分析表明：

(1)针对温拌再生高模量沥青混合料的劲度模量变化规律，加载频率越高劲度模量就越大，而且这种变化趋势成对数关系变化。

(2)对于同一种外掺剂硫酸钙晶须或EC120，15 ℃时的劲度模量和相位角成反比例关系。随着频率的不断增加，温拌再生高模量沥青混合料的劲度模量不断增大，而相位角却不断降低。

(3)劲度模量随旧料掺量的不同而变化，即当旧料掺量为50%时，劲度模量出现最大值。

(4)硫酸钙晶须对于提高温拌再生沥青混合料模量的效果比使用EC120时的效果要更加显著。