摻加抗車轍劑的瀝青混合料服役性能淺析

黃光樅

（海南海建工程管理總承包有限公司，海南 ?？?570203）

0 引言

隨著國內(nèi)公路交通量的增加、交通渠化嚴(yán)重、汽車超載及軸載的加大，以及近年來持續(xù)高溫天氣等因素的綜合影響，各種車轍、疲勞行為、水損害等導(dǎo)致的瀝青路面病害也不斷出現(xiàn)，路面的高溫性能尤為各路面研究者關(guān)注。在新材料使用方面，改性瀝青逐漸代替了道路石油瀝青，改性劑的摻入賦予了瀝青較高的勁度和彈性，不同程度上改善了路面的使用性能，尤其是高溫使用性能和抗水損害能力，從而有效地延長了道路使用壽命。

抗車轍劑就是眾多新型材料的一種，抗車轍劑是一類具有生產(chǎn)工藝簡單、價格低廉、性能優(yōu)良、經(jīng)濟(jì)環(huán)保、性價比較高的瀝青路面改性劑，也是一種用來提高瀝青路面高溫性能、承載能力、服役性能的最新、最有效的方法之一[1]。本文結(jié)合海南高溫、高濕、降水量大等氣候特征，為研究抗車轍劑對瀝青混合料服役性能的影響，進(jìn)行了相關(guān)性能驗證與試驗。

1 試驗設(shè)計

1.1 原材料

集料、礦粉選用某石灰?guī)r性石場生產(chǎn)的1#（11～20 mm）料、2#（5～11 mm）料、3#（0～3 mm）料及礦粉。經(jīng)檢測，集料及礦粉的性能滿足JTG F40-2004的相關(guān)技術(shù)要求。

瀝青選用SBS改性瀝青I-C，其性能滿足JTG F40-2004的相關(guān)技術(shù)要求；抗車轍劑為某公司生產(chǎn)的PE類抗車轍劑，出廠前各項技術(shù)指標(biāo)已檢測合格，均符合《瀝青混合料改性添加劑第1部分-抗車轍劑》（TJ 860.1—2013）的技術(shù)要求。

1.2 配合比設(shè)計

因中面層對整個瀝青路面結(jié)構(gòu)高溫穩(wěn)定性影響最大，本次試驗選擇AC-20C混合料為研究對象。據(jù)JTG F40-2004附錄B[2]，對AC-20C進(jìn)行目標(biāo)配合比設(shè)計，得到其配合比見表1。

表1 AC-20C的配合比

1.3 設(shè)計思路

在SBS改性瀝青混合料中分別添加瀝青混合料重量的 0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%、0.35%、0.4%，分別進(jìn)行馬歇爾試驗、車轍試驗、小梁彎曲試驗。

1.4 抗車轍劑添加控制要點

摻入抗車轍劑后，石料加熱溫度為185℃~190℃，瀝青加熱溫度為165℃，拌和時間180 s。

2 抗車轍劑的馬歇爾體積指標(biāo)確定

抗車轍劑對瀝青混合料馬歇爾體積參數(shù)的影響主要有：

（1）當(dāng)抗車轍劑做為瀝青結(jié)合料的一部分進(jìn)行瀝青混合料體積參數(shù)的計算，所計算的瀝青飽和度、礦料間隙率隨著添加量的增加有所提高，但是否超出規(guī)范要求有待試驗論證。

（2）當(dāng)抗車轍劑做為礦料的一部分來進(jìn)行瀝青混合料體積參數(shù)的計算，所計算的瀝青混合料的礦料間隙率、瀝青飽和度隨著添加量的增加有所提高，是否超出規(guī)范要求有待試驗論證。

（3）如果當(dāng)做瀝青結(jié)合料的一部分，那么瀝青混合料的理論密度是采用實測法還是計算法，瀝青結(jié)合料的密度取值為多少？抗車轍劑采用干拌法摻入瀝青混合料，在高溫拌和條件下融化，固態(tài)和液態(tài)密度有所差異，另外與瀝青及礦料發(fā)生一些化學(xué)反應(yīng)，抗車轍劑、瀝青等材料密度均發(fā)生變化，此時采用計算法進(jìn)行瀝青混合料理論密度計算存在瀝青結(jié)合料密度選取的問題[3]。圍繞上述幾個問題進(jìn)行了相關(guān)試驗研究，結(jié)果如下所述：

a.關(guān)于理論密度采用計算法還是實測法。

針對SBS改性瀝青AC-20C型瀝青混合料，采用真空實測和計算法進(jìn)行理論密度值的比較，結(jié)果見表2。

表2 AC-20C瀝青混合料計算理論相對密度試驗結(jié)果

由表2數(shù)據(jù)可知，AC-20C型瀝青混合料真空法實測理論密度和計算法理論密度數(shù)值相差不大，且抗車轍劑摻到混合料中與瀝青融化在一起，采用計算法計算時考慮的因素和引用的數(shù)據(jù)較多，再加上改性瀝青混合料不容易分散，數(shù)據(jù)誤差較大，因此，建議采用真空實測法的理論密度作為馬氏體積參數(shù)計算的最大理論相對密度。

將表2中試驗數(shù)據(jù)按照J(rèn)TG F40-2004中最佳油石比的計算方法，得出最佳油石比為4.5%，4.5%油石比時的理論最大密度為2.545 0。再進(jìn)行4.5%摻加0.2%、0.3%、0.4%抗車轍劑實測理論最大密度，結(jié)果見表3。

表3 AC-20C瀝青混合料實測理論相對密度試驗結(jié)果

由于摻抗車轍劑后，其瀝青混合料中瀝青結(jié)合料的密度未知，僅進(jìn)行了真空法實測理論密度，如上表所示，摻抗車轍劑的瀝青混合料馬氏體積參數(shù)計算中，理論密度采用真空法實測。

b.關(guān)于馬氏體積參數(shù)，試驗結(jié)果見表4和表5。

表4 AC-20C瀝青混合料馬氏試驗結(jié)果（抗車轍做為礦料的一部分）

表5 AC-20C瀝青混合料馬氏試驗結(jié)果（抗車轍劑當(dāng)做瀝青結(jié)合料一部分）

由表4、表5數(shù)據(jù)可知，將抗車轍劑當(dāng)做瀝青結(jié)合料或當(dāng)做礦料的一部分，馬氏體積參數(shù)中的空隙率基本沒有變化；礦料間隙率均隨著摻量的增加而增大，滿足設(shè)計要求；瀝青飽和度均隨著摻量的增加而增大，滿足JTG F40-2004要求65%~75%。但考慮到抗車轍劑加入瀝青混合料后會融化，所以不能將其做為礦料的一部分，建議，在進(jìn)行瀝青混合料體積參數(shù)計算時，將抗車轍劑當(dāng)做瀝青結(jié)合料的一部分。

3 抗車轍劑對瀝青混合料高、低溫性能的影響

根據(jù)試驗設(shè)計，摻不同摻量抗車轍劑的瀝青混合料的動穩(wěn)定度、低溫彎曲試驗結(jié)果見表6和圖1。

表6 車轍和低溫彎曲試驗結(jié)果

圖1 不同摻量抗車轍劑高低溫效果圖

從表6和圖1可知，隨著抗車轍劑摻量的增加，瀝青混合料動穩(wěn)定度不斷提高，瀝青混合料高溫抗變形能力顯著提高，均滿足設(shè)計要求大于2 400次/mm的要求。但低溫小梁彎曲微應(yīng)變呈遞減趨勢，考慮到SBS改性AC-20C瀝青混合料小梁彎曲破壞應(yīng)變要求大于3 000，建議低溫地區(qū)抗車轍劑摻量控制在0.15%~0.2%左右。

4 結(jié)論

綜合以上試驗數(shù)據(jù)，分析了SBS改性AC-20C瀝青混合料不同摻量抗車轍劑時的性能變化，得出以下結(jié)論：

（1）AC-20C型瀝青混合料真空法實測理論密度和計算法理論密度數(shù)值相差不大，且實測法數(shù)值略大于計算法數(shù)值，建議采用真空實測法得到的密度作為馬氏體積參數(shù)計算的最大理論相對密度。

（2）考慮到抗車轍劑加入瀝青混合料后會融化，將其當(dāng)做瀝青結(jié)合料一部分參與馬氏體積參數(shù)計算時，馬氏體積參數(shù)均滿足設(shè)計要求。建議，在進(jìn)行瀝青混合料體積參數(shù)計算時，將抗車轍劑當(dāng)做瀝青結(jié)合料的一部分。

（3）隨著抗車轍劑摻量的增加，瀝青混合料動穩(wěn)定度提高，且相對變形量減小，瀝青混合料高溫抗變形能力顯著提高，均滿足設(shè)計要求大于2 400次/mm的要求。

（4）隨著抗車轍劑摻量的增加，低溫小梁彎曲微應(yīng)變呈遞減趨勢，考慮到SBS改性AC-20C瀝青混合料小梁彎曲破壞應(yīng)變要求大于3 000，建議低溫地區(qū)抗車轍劑摻量控制在0.15%~0.2%左右。