雙摻外加劑對瀝青混合料路用性能的影響

【摘 要】本文采用對瀝青混合料摻加不同劑量抗車轍劑和纖維的方法，通過車轍試驗和凍融劈裂試驗研究，分析同時使用兩種不同外加劑對瀝青混合料的高溫抗車轍能力以及低溫抗裂能力的影響。通過采用不同的混合料材料組成條件進行行試驗，分析兩種外加劑對混合料各種性能，特別是高溫穩定性和低溫抗裂性的改善效果和改善規律，同時也確定了又摻外加劑瀝青混合料的最佳油石比。結果表明，單摻墾特萊抗車轍劑或木質素纖維對瀝青混合料水溫性能都有一定的改善，雙摻外加劑對瀝青混合料水穩性的改善效果優于單摻墾特萊抗車轍劑或木質素纖維的改善效果。

【關鍵詞】瀝青混合料；高溫穩定性；低溫抗裂性；外加劑

0 概述

隨著我國高速公路的發展，車流量大、軸載大和渠化交通的特點越來越突出，高溫車轍和低溫開裂這兩大瀝青混凝土路面早期破壞也倍受關注。然而，國內外大量的研究僅僅針對兩種病害中的一種，對于同時有效地防治這兩種病害并沒有太多的成功經驗[1]。瀝青混合料中單摻抗車轍劑[2，3]和木質素纖維[4]可以分別改善混合料的高溫和低溫性能，但綜合這兩種外加劑優缺點，在瀝青混合料中同時摻入這兩種外加劑，研究其混合料路用性能仍然是一個空白。

本文通過在普通瀝青混合料中摻入抗車轍劑、木質素纖維兩種不同功能的外加劑，同時改善瀝青混合料高低溫穩定性、水穩定性等路用性能，進而防治車轍、裂縫兩大病害，在提高瀝青混合料抗高溫溫度上限值的同時降低其抗低溫溫度下限值，提出一種溫度范圍適應更為廣闊的寬溫域瀝青混合料。

1 雙摻外加劑瀝青混合料

根據以往研究結果[5]，單摻抗車轍劑對瀝青混合料的高溫穩定性有明顯改善，動穩定度有明顯提高，但對低溫性能改善不是那么明顯；相反，單摻木質素纖維對混合料的低溫性能有明顯改善，但對高溫穩定性改善不怎么明顯。

2 雙摻外加劑瀝青混合料配合比設計

以往的試驗結果表明，在普通AC-13、AC-16型瀝青混合料中摻入墾特萊抗車轍劑占瀝青混合料總量3.9‰～6.3‰時，路用性能可以得到較好地改善；而在普通AC-13、AC-16型瀝青混合料中摻入木質素纖維摻量為瀝青混合料總量3.6‰時，混合料的路用性能（主要是低溫性能）有明顯改善，可以認為這一纖維摻量是木質素纖維的最佳用量。

3 雙摻外加劑瀝青混合料作用機理

混合料中同時摻入這兩種外加劑后，混合料的高低溫性能都得到改善，并且可以兼顧混合料的其他路用性能。其作用機理在于：

（1）墾特萊抗車轍劑融入基質瀝青中，使得瀝青粘度增強，抗車轍因子增大，故瀝青與集料之間的粘結力增大，混合料抗剪強度增加，混合料的高溫性能得到改善。

（2）木質素纖維與瀝青的界面作用：木質素纖維有很大的比表面積，每克纖維的表面積可接近一平方米。這么巨大的表面積可使木質素纖維吸附大量的瀝青，形成有一定厚度的界面層。瀝青中酸性樹脂組分是一種表面活性物質，它在纖維表面產生的吸附作用、物理浸潤作用以及化學鍵作用，使瀝青呈單分子狀排列在纖維表面，形成結合力牢固的“結構瀝青”界面層，如圖1所示：

圖2 短纖維與裂紋面垂直的模型

當混合料受荷載作用時，裂紋尖端發生應力集中，裂紋擴展，當裂紋尺寸達到臨界值時，出現失穩擴展，則產生較大的裂縫直至斷裂破壞。由于三維隨機各向短纖維阻滯了裂紋的擴展，延緩了材料失穩擴展、斷裂出現的時間，因而復合成的混合料的抗疲勞性能得到明顯改善。從另一方面講，纖維的拔出需要額外的能量，建立新表面時應力的重新分布等也需要消耗能量，這就對復合體產生了增韌效應，從而增強了混合料（復合體）的抗疲勞能力。

4 不同方案類型下的瀝青混合料路用性能對比研究

瀝青混合料方案類型為AC-13，

AC-13+0.4%K，AC-13+0.36%M、AC-13+0.4%K+0.36%M；集料類型為石灰巖，瀝青采用殼牌70#基質瀝青，分別在各自最佳油石比下進行路用性能試驗并進行對比研究，對比試驗結果列于表1：

從表1中可以看出，隨著兩種外加劑的加入，不僅使普通AC-13型瀝青混合料高低溫性和水穩性都得到明顯改善，而且相對于單摻混合料也有一定的變化；其中高溫性能上，雙摻外加劑瀝青混合料相對于基質AC-13型混合料動穩定度提高8.4倍，相對AC-13+4‰K型混合料提高11.2%，而AC-13+3.6‰M型混合料相對基質AC-13型混合料動穩定度僅有略微提高。

低溫性能方面，雙摻外加劑瀝青混合料低溫破壞應變相對普通AC-13型混合料提高2.1倍，相對AC-13+3.6‰M型混合料提高3%，可見對瀝青混合料低溫性能改善發揮作用的是木質素纖維。

抗水損壞性能對比研究發現，雙摻外加劑瀝青混合料殘留穩定度相對普通AC-13型混合料提高8.3%，相對于AC-13+4‰K型混合料提高5.1%，相對于AC-13+3.6‰M型混合料提高6.4%。凍融劈裂殘留強度比AC-13+4‰M+3.6‰K型混合料相對基

質AC-13型混合料提高了9.4%，相對AC-13+4‰K型混合料則降低了7.7%，相對AC-13+3.6‰M型混合料提高了8.3%。表明雙摻外加劑對瀝青混合料水穩性的改善效果優于單摻墾特萊抗車轍劑或木質素纖維的改善效果，單摻外加劑墾特萊抗車轍劑或木質素纖維對瀝青混合料水穩性能都有一定的改善，但兩種外加劑的同時摻入改善效果會更佳。

5 結論

1）雙摻外加劑對高溫性能較單一抗車轍劑相比效果不明顯；

2）雙摻外加劑瀝青混合料低溫破壞應變相對其他類型混合料有了大幅度的提高；

3）雙摻外加劑對瀝青混合料水穩性的改善效果優于單摻墾特萊抗車轍劑或木質素纖維的改善效果。

參考文獻

[1]沈金安.瀝青及瀝青混合料路用性能