瀝青路面抗車轍性能影響因素研究

翟曉星

（張家口市公路工程管理處，河北 張家口 075000）

0 引言

瀝青路面容易出現(xiàn)車轍、坑槽等病害，不僅大大降低了行車舒適性，也誘導一些其他瀝青路面病害[1]。影響瀝青路面抗車轍性能的因素有很多，本文依托實際工程，對瀝青路面原材料各項技術指標試驗的基礎上，對抗車轍劑摻量，混合料級配設計及粉膠比3個影響因素展開研究，并對試件動穩(wěn)定度和車轍深度以及無側限抗壓強度進行試驗檢測分析，以確定最佳施工參數(shù)，為實際工程提供指導。

1 工程概況

某公路工程全長26km，起點樁號為K513+000，終點樁號為K539+000，路線總體走向自北向南，路基寬12m，路基填筑高度為25～45m，路面寬10m。通過前期對該段瀝青公路水文地質(zhì)情況進行勘測及未來交通量預測發(fā)現(xiàn)，當?shù)叵募緶囟容^高，且高溫季節(jié)持續(xù)時間長，該段道路以客車和大型貨車為主。為延長道路使用年限，減少瀝青車轍等病害，本項目工程采用高模量的抗車轍瀝青路面結構。下面層為10cm 的AC-25 瀝青混凝土，中面層為6cm 的AC-20瀝青混凝土，上面層為4cm 的AC-13 瀝青混凝土。瀝青路面結構設計如表1所示。

表1 高模量抗車轍瀝青路面結構設計

2 原材料

2.1 瀝青

AC 瀝青混合料因其穩(wěn)定性好，可作為瀝青道路鋪筑材料。為保證瀝青具有較高的黏彈性，本文選用60#道路石油瀝青，其各項指標試驗結果如表2所示。

表2 60#道路石油瀝青相關技術指標

2.2 集料

AC-13 瀝青路面除要求集料滿足現(xiàn)行施工規(guī)范性能要求外，還應具備其他優(yōu)點。本文試驗路段選擇玄武巖作為鋪筑集料材料，細集料粒徑范圍處于0～3mm 之間，玄武巖相關性能指標檢測結果如表3所示。

表3 集料相關技術指標

2.3 抗車轍劑

本文試驗采用某公司生產(chǎn)的抗車轍劑，該車轍劑外觀為黑色固體顆粒，能夠大幅度提高瀝青混合料高溫性能，改善混合料水穩(wěn)性能。對所用抗車轍劑技術指標進行檢測，檢測結果如表4所示。

表4 抗車轍劑性能指標檢測結果

3 室內(nèi)試驗

3.1 試驗方案

本文對抗車轍劑摻量、粉膠比和級配設計3個影響因素進行研究。實驗室內(nèi)模擬瀝青路面進行試驗研究具有較高的便捷性，且試驗因素與變量水平易于控制，因此本文研究將在室內(nèi)開展瀝青路面抗車轍性能研究。

本文參考《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20—2011），采用輪碾法成型300mm×300mm×50mm車轍板試件。制備過程中應注意以下方面：

（1）瀝青混合料拌和完畢后，需要用紙蓋住混合料表面，防止溫度散失過快，導致混合料無法壓實成型；接著用溫度計插入混合料內(nèi)部，當混合料內(nèi)部溫度滿足壓實溫度要求時再進行裝模[2]。

（2）使用輪碾法需要先將碾壓輪預熱到100℃，再將盛有瀝青混合料的試模放置輪碾平臺上，嚴格控制碾壓輪總荷載在9kN 左右，荷載過小將無法碾壓成型，荷載過大將導致瀝青混合料離析。

（3）啟動碾壓輪先在一個方向碾壓4次，再將試件調(diào)轉180°，使用相同荷載碾壓至標準密實度為止，且在馬歇爾試件上使用白色記號標明碾壓方向。

3.2 抗車轍劑

抗車轍劑能夠有效提高瀝青的軟化點、降低瀝青感溫性能。本文為探究不同抗車轍劑摻量對瀝青路面抗車轍性能的影響，在實驗室選用抗車轍劑摻量為0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%，采用AC-13 型級配制備5 個車轍板試件進行動穩(wěn)定度試驗和車轍深度試驗。檢測結果如表5 所示?？管囖H劑摻量與動穩(wěn)定度和車轍深度關系如圖1所示。

表5 不同抗車轍劑摻量的瀝青混合料車轍試驗結果

由圖1 可知，瀝青混合料動穩(wěn)定度隨抗車轍劑摻量增加而增大，抗車轍劑摻量從0%增加到0.4%，動穩(wěn)定度從1 700 次/mm 增加到3 000 次/mm，動穩(wěn)定度增加率依次為42.86%、15%、13.04%、15.38%。這是因為抗車轍劑能夠增加瀝青混合料結構骨架嵌擠作用，隨著含量增加使得混合料更加緊密，同時增加車轍板承受荷載的能力[3]。對抗車轍劑摻量與動穩(wěn)定度進行線性分析：y=3200x+1680、R2=0.9961，抗車轍劑摻量為0.4%時，動穩(wěn)定度最好。

圖1 抗車轍劑摻量與動穩(wěn)定度和車轍深度關系

隨著抗車轍劑摻量增加，車轍深度從2.8mm 降至1.4mm，這是因為抗車轍劑能夠與瀝青形成膠結作用，使瀝青性能得到改善，增加瀝青與集料黏附能力，增加車轍板抗車轍能力[4]。對抗車轍劑摻量與車轍深度進行線性分析：y=-3.6x+2.74、R2=0.9759，車轍深度隨抗車轍劑摻量增加而逐漸減小，因此從性能提升和經(jīng)濟性角度考慮，推薦抗車轍劑最佳摻量為0.3%～0.4%。

3.3 粉膠比

本文探究不同粉膠比對瀝青路面抗車轍性能的影響，本節(jié)試驗選用粉膠比為2.5、3.0、3.5、4.0，采用AC-13 型級配制備5個車轍板試件進行無側限抗壓強度試驗。檢測結果如表6所示。粉膠比與抗壓強度關系如圖2所示。

圖2 粉膠比與抗壓強度關系

表6 不同粉膠比車轍板無側限抗壓強度

由圖2可知，在無側限抗壓強度試驗中可知車轍板最佳粉膠比為4.0，此時車轍板抗壓強度最好。在粉膠比從2.5增加到4 時，車轍板試件抗壓強度從2 651MPa 增加到3 941MPa，粉膠比為4.0時試件抗壓強度增加率最高。對粉膠比與抗壓強度進行線性分析y=-834x+504.5、R2=0.9625，隨著粉膠比的增加瀝青混合料試件抗壓強度越來越好，粉膠比為4.0 時試件在施加壓力后抵抗變形的能力強，抗車轍性能好。因此從性能提升角度考慮，瀝青混合料最佳粉膠比為4.0。

3.4 級配設計

為提高瀝青路面抗車轍性能，本文探究不同粉膠比對瀝青路面抗車轍性能的影響，試驗使用玄武巖作為集料，采用粗細集料占比不同的同種級配制備混合料，記為配合比1、配合比2、配合比3，3 種級配通過各標準篩的質(zhì)量百分率如表7所示。

表7 3種級配通過各標準篩的質(zhì)量百分率

級配1 至級配3 中，粗集料的占比依次增大，本文從同種集料的不同級配組成角度探討其對抗車轍性能影響。在室內(nèi)制備5個車轍板試件進行動穩(wěn)定度試驗，檢測結果如表8所示。

表8 不同級配的瀝青混合料車轍試驗結果

由表8 可知，在動穩(wěn)定度試驗中最佳級配方案為級配3，此時車轍板抗壓強度最好。級配1試件動穩(wěn)定度為2 900次/mm，級配2 試件動穩(wěn)定度為3 000 次/mm，級配3 試件動穩(wěn)定度為3 300次/mm，3個車轍試件均符合規(guī)范要求。級配3粗集料的占比最大，與其他不同粒徑集料表面接觸點相對較多，越容易形成穩(wěn)定骨架，動穩(wěn)定度越好[5]。因此從性能提升角度考慮，瀝青混合料級配類型應該選擇粗集料較多的級配3。

4 結語

為探究瀝青路面抗車轍性能影響因素，本文依托實際項目工程，優(yōu)選原材料，通過改變抗車轍劑摻量，混合料級配設計及粉膠比制備車轍試件，并對試件質(zhì)量進行檢測分析，結果表明瀝青混合料動穩(wěn)定度隨抗車轍劑摻量增大而增大，車轍深度隨抗車轍劑摻量增大而逐漸減小，隨著粉膠比的增加試件抗壓強度越來越好，因此從性能提升和經(jīng)濟性角度考慮，抗車轍劑最佳摻量為0.3%～0.4%，最佳粉膠比為4.0，級配3方案最佳。