抗車轍劑摻量對AC-13瀝青混合料路用性能影響

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(1.湖南省懷化公路橋梁建設總公司，湖南 懷化 418000；2.湖南省交通科學研究院，湖南 長沙 410015)

抗車轍劑摻量對AC-13瀝青混合料路用性能影響

陰吉軍1，趙小娟2

(1.湖南省懷化公路橋梁建設總公司，湖南 懷化 418000；2.湖南省交通科學研究院，湖南 長沙 410015)

為研究博特抗車轍劑對瀝青混合料路用性能影響情況，基于SK90#、SBS改性瀝青混合料，利用國產(chǎn)車轍、小梁彎曲、浸水馬歇爾試驗研究不同摻量抗車轍劑下AC-13型瀝青混合料的高溫、低溫、水穩(wěn)性能變化情況，最終確定了抗車轍劑的最佳比例。試驗結果表明：抗車轍劑添加可提高瀝青混合料的路用性能，隨著車轍劑摻量的增加，混合料的高溫性能及水穩(wěn)定性不斷加強，而低溫性能則逐漸平緩且有降低的趨勢。綜合性能及成本考慮，建議抗車轍劑的最佳摻量為0.4%。

道路工程；抗車轍劑；最佳摻量；AC-13；路用性能

0 引言

據(jù)統(tǒng)計[1-3]，瀝青路面的使用壽命越來越短，很多瀝青路面只能達到設計使用壽命的一半，路面損壞問題越來越嚴重。實測發(fā)現(xiàn)，一些路段夏天高溫時出現(xiàn)的車轍深度達30 mm左右，且修復后出現(xiàn)局部高度過大等現(xiàn)象；還有一些路面在通車使用不到幾個月就出現(xiàn)了比較嚴重的裂縫。車轍、裂縫的產(chǎn)生大大降低了路面的平整度，同時增加了路面發(fā)生水損害的可能性，給公路使用帶來了諸多麻煩，對行車安全非常不利，因此有必要采取措施進行解決。

眾學者[4,5]就車轍劑對不同粒徑瀝青混合料抗車轍性能的改善效果進行了研究。本文以上海某公司生產(chǎn)的博特抗車轍劑為添加劑，以SBS改性瀝青混合料及摻加抗車轍劑的基質瀝青混合料為研究對象，研究不同摻量抗車轍劑的添加對瀝青混合料抗車轍、抗開裂、抗水損害[6,7]能力的影響情況，并對比常用的SBS改性瀝青混合料，以確定添加抗車轍劑的瀝青混合料性能是否滿足規(guī)范要求，進而確定抗車轍劑的最佳比例。

1 原材料及配合比設計

1.1 原材料指標

1)瀝青。

采用埃索90#瀝青，各指標見表1。

表1 瀝青的性能指標類別針入度/(01mm)15℃25℃30℃PI軟化點/℃延度/cm10℃15℃密度(15℃)/(g·cm-3)實測269834153-1479489321551004規(guī)范—80～100—-15～+10≥44≥20≥100—

2)集料與礦粉。

采用玄武巖型粗集料、石灰?guī)r型細集料，按規(guī)范檢驗，各項技術指標均符合規(guī)范要求，且測定各檔集料的密度如表2所示。

3)抗車轍劑。

圖1為選用的博特抗車轍劑，一種黑色固體顆粒，是通過聚合反應生成的一種瀝青混合料添加劑，其能夠增加混合料的粘度，加強混合料的彈性恢復能力，從而達到提高混合料的高溫性能的目的，但是對低溫抗裂性和水穩(wěn)定性的影響情況需作進一步研究，因此選取不同摻量的博特抗車轍劑，研究其對瀝青混合料的高溫、低溫、水穩(wěn)性能的影響。

表2 各檔集料密度值礦料粒徑/mm表觀相對密度表干相對密度毛體積相對密度132287827572713952922272826844752903269426452362816——1182794——062778——032788——0152843——00752873——礦粉2804——(>26)注：括號內值為規(guī)范要求。

圖1 博特抗車轍劑

1.2 配合比設計

1.2.1 級配設計

本文混合料級配選擇常用的AC-13型，根據(jù)規(guī)范及工程經(jīng)驗，最終確定礦料級配見表3。

表3 AC-13礦料級配篩孔尺寸/mm合成級配/%篩孔尺寸/mm合成級配/%161001182101329520614895753039747550901571236322007551

1.2.2 最佳油石比

根據(jù)礦料級配組成及經(jīng)驗，采用5個不同的油石比(3.5%、4.0%、4.5%、5.0%、5.5%)制作馬歇爾試件，測定并計算相關指標，得到關系曲線見圖2。

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由圖2知：γ峰值對應油石比5.00 %、MS峰值對應油石比4.60 %、VV中值對應油石比4.65 %、

a)毛體積密度γ、孔隙率VVb)穩(wěn)定度MS、流值FL

c)礦料間隙率VMA、瀝青飽和度VFA

VFA中值對應油石比4.70 %,各指標均符合要求的瀝青用量范圍為4.50 %～4.90 %，因此可算得最佳油石比為4.73 %。根據(jù)廠家建議，為提高路面的低溫抗裂性能，采用較高的油石比，最佳油石比在OAC2與OACmax之間取其上限，故最佳油石比定為4.90 %。

以4.90 %油石比對混合料性能進行驗證，結果見表4。

表4 49%油石比時馬歇爾試驗結果類別最大理論密度/(g·cm-3)γ/(g·cm-3)VV/%MS/kNFL/mmVMA/%VFA/%實測2598251135152335145735規(guī)范——3～5≥82～4≥1465～75

結果表明該條件下混合料性能符合規(guī)范，同樣方法確定SBS改性瀝青混合料的最佳油石比為5.30%。

2 試驗方案及工藝選擇

2.1 試驗方案

根據(jù)查閱的參考文獻[5]及廠家建議，在基質瀝青混合料中添加比例(抗車轍劑與瀝青混合料質量之比)分別為0.2 %、0.4 %、0.6 %的抗車轍劑，研究不同情況下其混合料性能的變化情況，以確定抗車轍劑最佳摻量。此外，將添加抗車轍劑的瀝青混合料與SBS改性瀝青混合料性能相比，研究博特抗車轍劑的應用前景。

2.2 混合料拌合方式

混合料拌合方式一般分為“干法”和“濕法”兩種[8]： “干法”即將抗車轍劑作為一種外加劑加入集料中拌和；“濕法”是先采用一定工藝將抗車轍劑剪切融入基質瀝青中，然后再把得到的瀝青加入到集料中拌和。研究[9]表明，抗車轍劑為顆粒狀物體，“干法”工藝更加適合。因此，本文使用“干法”制備瀝青混合料。

3 抗車轍劑對混合料路用性能影響

3.1 高溫穩(wěn)定性

選擇常用的國產(chǎn)車轍試驗進行研究，評價指標為動穩(wěn)定度，為了更好地檢測抗車轍劑對瀝青混合性能影響情況，本文選取的規(guī)范值均為施工技術規(guī)范中的最大值。按規(guī)范成型試件并進行試驗，結果如表5、圖3所示。

表5 不同摻量下混合料動穩(wěn)定度試驗結果類型摻量/%DS/(次·mm-1)試驗值規(guī)范值基質瀝青混合料0152310000229960433562800063428SBS3233

圖3 不同摻量下混合料動穩(wěn)定度變化趨勢

由表5可知，隨著抗車轍劑摻量的增加，瀝青混合料的動穩(wěn)定度逐漸增加，并且均滿足規(guī)范要求。說明在本文選擇的抗車轍劑摻量范圍內，隨著抗車轍劑摻量的增加，混合料的高溫性能呈遞增趨勢，并且遠遠超過了規(guī)范值，在0.4%摻量時，高溫性能甚至已經(jīng)超過SBS改性瀝青混合料的。但是，根據(jù)圖3可以發(fā)現(xiàn)，遞增效果隨著摻量增加逐漸趨于平緩。分析可知，前期增長較快的原因是在高溫作用下抗車轍劑軟化、溶脹，有嵌擠空隙的效果，從而增加混合料結構間的骨架作用，使得混合料更加嚴實，提高路面整體性能，增強混合料的承載能力；而后期由于瀝青含量的限制，不足以使得抗車轍劑溶脹充分，故趨于平緩。

3.2 低溫抗裂性

結合實際條件，選取小梁低溫彎曲試驗[10]評價瀝青混合料低溫抗裂性能。試驗過程中測定試件破壞時的最大荷載PB和跨中撓度d，并按規(guī)范計算試件破壞時的最大彎拉應變εB，結果如表6、圖4所示。

表6 不同摻量下混合料低溫性能試驗結果類型摻量/%最大彎拉應變試驗值規(guī)范值基質瀝青混合料023268με2300με0227253με0428246με2800με0628051μεSBS28309με

圖4 不同摻量下混合料彎拉應變變化趨勢

3.3 水穩(wěn)定性

因浸水馬歇爾試驗[11]應用最為成熟，因此，采用浸水馬歇爾試驗評價混合料水穩(wěn)定性，試驗試件分2組：一組在60 ℃水中養(yǎng)護0.5 h后測得其馬歇爾穩(wěn)定度；另一組在60 ℃水中養(yǎng)護48 h后測馬歇爾穩(wěn)定度，最后計算兩者之比即為殘留穩(wěn)定度。試驗結果如表7、圖5所示。

表7 不同摻量下混合料浸水馬歇爾試驗結果混合料類型穩(wěn)定度/kN浸水48h穩(wěn)定度/kN殘留穩(wěn)定度/%基質+0%抗車轍126962763基質+02%抗車轍1631358834基質+04%抗車轍1751488849基質+06%抗車轍1841577857SBS改性瀝青1781493838

a)浸水前后穩(wěn)定度隨摻量變化趨勢b)殘留穩(wěn)定度隨摻量變化趨勢

從表7、圖5可知，隨著抗車轍劑摻量逐漸增加，瀝青混合料殘留穩(wěn)定度增加趨勢開始較為明顯，后來逐漸趨于平緩。分析原因主要是抗車轍劑加強了混合料之間的粘附力，但摻量過大導致混合料內部產(chǎn)生應力集中，出現(xiàn)裂縫，水分的滲入使得混合料的水穩(wěn)性能增加趨勢變緩，但強度仍然增加，這與前文的高、低溫性能變化趨勢一致。鑒于本文以常用的SBS改性瀝青混合料為參考對象，比較可知0.4%摻量時，兩者水穩(wěn)性能相仿，并且就經(jīng)濟成本而言更加適合。

4 結論

為了更好地使用抗車轍劑，基于性能好、成本低的原則，對比SBS改性瀝青混合料路用性能，本文對不同摻量抗車轍劑下基質瀝青混合料的高溫、低溫、水穩(wěn)性能展開研究，所得結論如下：

1)通過馬歇爾試驗最終確定SK90#基質瀝青混合料、SBS改性瀝青混合料的最佳油石比分別為4.9%、5.3%；此外，干法、濕法工藝均可用于制備瀝青混合料，分析比較可知，本文中“干法”更適合。

2)抗車轍劑的添加可提高基質瀝青混合料的高溫和水穩(wěn)性能，但對于低溫性能則效果有所不同，當摻量在0.4%時，低溫性能逐漸增強，超過此范圍則變化平緩，且有降低的趨勢，最終確定博特抗車轍劑的最佳摻量為0.4%。

3)本文針對性地研究了博特抗車轍劑對基質瀝青混合料性能的影響，并確定了最佳比例，為工程應用提供借鑒，但并未就不同的抗車轍劑進行對比，后期可擴大車轍劑種類選擇范圍，優(yōu)選車轍劑的種類及其最佳摻量。

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1008-8443-0058-04

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2017-06-23

陰吉軍 (1980-)，男，工程師，主要從事公路與橋梁工程。