抗車轍劑改性瀝青混合料的試驗研究

楊紅鎖

（山西路杰公路工程技術咨詢公司，山西 太原 030006）

0 引言

隨著交通量的迅猛增加，瀝青路面的車轍是路面早期損壞中最為突出的問題，其原因除了氣候變暖、重載超載、渠化交通等因素有關外，常規(guī)瀝青混合料不能滿足實際使用要求也是一個很重要的原因[1]。

研究結果表明，車轍主要分為3種類型：結構型車轍、失穩(wěn)型車轍和磨耗型車轍。其中以失穩(wěn)型車轍造成的破壞最為嚴重，其次是磨耗型車轍。出現(xiàn)車轍以后會嚴重影響路面的耐久性和行車質(zhì)量，對路面及通行車輛造成諸多危害，影響了路面的平整度，降低了行車舒適性；同時，車輛在更換方向或超車時容易失控，影響了車輛行駛的穩(wěn)定性等，給高速行車的安全性帶來隱患[2]。

根據(jù)瀝青面層不同層位分工不同，上面層的主要功能為抗疲勞、防水、抗滑等，特別應該具有良好的溫度穩(wěn)定性和耐磨損性；中面層在整個瀝青混合料面層中起到承上啟下的作用，不僅要保證表面層的結構強度，將交通荷載向下傳遞，更重要的是必須具備較大高溫穩(wěn)定性，不產(chǎn)生永久變形。根據(jù)以往高速公路運行情況看，早期車轍主要發(fā)生在中面層。為了改善上述問題，我國高速公路建設采取了多種措施，例如采用“強基薄面”的瀝青路面結構形式、使用SBS改性瀝青混合料、采用抗車轍劑等[3-4]。本文主要研究了外摻抗車轍劑對瀝青混合料性能的影響以及生產(chǎn)工藝，對抗車轍劑改性瀝青混合料的應用提供指導。

1 原材料的選取

本試驗用原材料經(jīng)過了嚴格的篩選。其中，瀝青采用SK70號基質(zhì)瀝青，其技術指標見表1，粗、細集料采用 16～19 mm、9.5～16 mm、4.75～9.5 mm、2.36～4.75 mm、0～2.36 mm的石灰?guī)r，礦粉采用石灰?guī)r礦粉，其技術指標見表2～表4，檢驗結果顯示上述原材料均符合《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》（JTG F40—2004）的相關要求。抗車轍劑選取了以聚乙烯（[CH2-CH2]n）為主體材料的新型抗車轍劑。

表1 瀝青性能試驗數(shù)據(jù)

表2 粗集料技術性質(zhì)

表3 細集料技術性質(zhì)

表4 礦粉技術性質(zhì)

2 混合料級配設計及油石比

本試驗采用AC-20型密級配，礦料的合成級配見表5和圖1，采用與普通熱拌瀝青混合料一致的最佳油石比作為抗車轍劑改性瀝青混合料的油石比，采用GTM旋轉壓實成型的方式。

表5 AC-20級配各篩孔通過率 %

圖1 礦料級配曲線

采用GTM法進行配合比設計，最終確定最佳油石比為4.1%。

室內(nèi)制備抗車轍劑改性瀝青混合料時，將加熱到約180℃集料加入拌和鍋內(nèi)干拌90 s，再加入混合料質(zhì)量0.2%～0.6%的外摻劑拌合90 s，然后加入瀝青濕拌180 s，最后加入礦粉拌和90 s后，即可得到均勻的添加外摻劑的瀝青混合料，繼而進行后續(xù)的路用性能試驗。

3 瀝青混合料性能對比試驗

在相同的試驗條件下，對抗車轍劑改性瀝青混合料和普通瀝青混合料分別進行車轍試驗、低溫彎曲試驗、浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗，對兩種不同瀝青混合料的高、低溫性能以及抗水破壞的能力進行評價。性能試驗數(shù)據(jù)見表6。

表6 摻加抗車轍劑瀝青混凝土的試驗結果

由表6可知，a）該抗車轍劑改性瀝青混合料高、低溫性能及水穩(wěn)定性能指標良好，符合JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》的相關技術要求；b）該抗車轍劑改性瀝青混合料的高溫抗車轍能力遠遠高于同樣條件下普通瀝青混合料；c）抗車轍劑摻量由0.2%增加到0.4%時，混合料的各種性能得到很大程度的提高，由0.4%增加到0.6%時，混合料的各種性能提高幅度不大。

4 瀝青混合料的微觀結構分析及改性機理

本文對普通瀝青混合料和抗車轍劑改性瀝青混合料的樣品微觀結構進行了SEM觀察，發(fā)現(xiàn)普通瀝青混合料的瀝青薄膜層黏附較薄，原因是瀝青在加熱后會呈現(xiàn)大流動狀態(tài)，無法在集料表面形成較厚的黏附層，而外摻抗車轍后，車轍劑雖然熔化但不會流淌，并且會大量黏附于集料表面，這樣有利于隨后加入的熱瀝青與集料黏附，在此過程中抗車轍劑起到了良好的界面劑效果，同時熔化狀態(tài)下的抗車轍劑在拌和過程中能夠充分與瀝青接觸并對其改性，限制了熱瀝青的自由流動，改善了瀝青混合料的抗車轍性。其改性機理：a）抗車轍劑在碾壓過程中二次成型，填充嵌擠到了集料骨架中的空隙，使混合料更加密實，提高了瀝青混合料的承載力；b）它在拌和過程中部分拉絲附著在集料表面，加強了瀝青與集料的黏附，起到纖維加筋作用；c）抗車轍劑與瀝青相互作用，提高瀝青自身的性能；d）抗車轍劑含有的彈性成分具有好的彈性恢復的功能，降低了成型瀝青路面的永久變形的風險。

5 添加工藝

根據(jù)試驗確定添加劑摻配比例（一般為混合料質(zhì)量的0.4%）后，向拌和鍋中加入180～190℃的集料，同時投入抗車轍劑，干拌15～18 s，使抗車轍劑與集料充分拌和，然后再按生產(chǎn)配合比確定的瀝青含量加入瀝青，再拌和40～45 s，即得到抗車轍劑改性瀝青混合料。為使抗車轍劑發(fā)揮最佳作用，在不影響拌和樓產(chǎn)量的情況下，可適當延長抗車轍劑與集料的拌和時間。

6 結論

a）在同樣條件下，抗車轍劑具有顯著的提高瀝青混合料抗車轍能力，動穩(wěn)定度比未使用抗車轍劑的基質(zhì)瀝青混合料提高5～6倍以上，低溫性能及水穩(wěn)定性能也有一定程度的提高。

b）提出了抗車轍劑的施工工藝及使用注意事項，抗車轍劑用量要控制在瀝青混凝土質(zhì)量的0.2%～0.6%之間。綜合考慮路用性能以及成本，抗車轍劑的摻量以混合料的0.4%為宜。

c）抗車轍劑是通過對瀝青混合料的嵌擠作用、加筋作用、膠結作用、變形恢復作用來提高瀝青混合料的路用性能。

d）抗車轍劑改性瀝青混合料社會和經(jīng)濟效益顯著，適應新時期路面建設的需求。