抗車轍劑瀝青混合料路用性能試驗研究

2016-12-12 13:45:50謝志方

公路與汽運 2016年6期

謝志方

（湖南省交建工程集團有限公司，湖南株洲 412007）

抗車轍劑瀝青混合料路用性能試驗研究

謝志方

（湖南省交建工程集團有限公司，湖南株洲 412007）

對摻加PR2000抗車轍劑的瀝青混合料進行路用性能試驗研究，結果表明，相比于基質瀝青混合料、SBS改性瀝青混合料，摻加PR2000抗車轍劑的瀝青混合料的抗車轍能力、抗水損壞能力、動穩定度都有很大提高；針對PR2000抗車轍劑瀝青混合料抵抗高溫的能力，在不同頻率（20、10、5 Hz）及溫度（20、40、55℃）下進行動態模量試驗，結果顯示其具有良好的高溫性能，尤其在高溫低頻情況下其抗高溫性能顯著。

公路；PR2000抗車轍劑；瀝青混合料；路用性能

為研究摻加PR2000抗車轍劑的瀝青混合料的路用性能，制備50＃基質瀝青AC-20C、SBS改性瀝青AC-20C、摻加4‰PR2000車轍劑的AC-20C混合料進行試驗，對其路用性能進行對比分析。

1 抗高溫性能對比分析

瀝青混合料是一種粘-彈-塑性材料，受外界溫度及荷載作用時間的影響，其物理學性能將發生改變。高溫穩定性能的“高溫”通常是指在交通荷載反復作用下產生永久變形的溫度范圍，其中永久變形包括車轍、推移、擁包等。實踐證明，在常規車輛荷載條件下，永久變形通常發生在氣溫高于25～30℃時，此時瀝青路表溫度高于40～50℃，已達到或超過瀝青軟化點。隨著溫度的增加和負載的加大，變形幅度將增大。目前，車轍試驗是測評瀝青混合料高溫性能的重要方法。

車轍試驗是由一定負荷的輪子在限定的溫度和一定時間內在瀝青混合料試件的同一軌道上反復碾壓形成深深淺淺的轍槽，通過轍槽深度RD及每1mm轍槽深度需碾壓的次數即動穩定度DS來評估在限定溫度下瀝青混合料抗塑性流動變形的能力。動穩定度DS計算公式為：

式中：N為試驗輪往返速度，設為42次／min；d1、d2分別為時間t1（45min）、t2（60min）的變形量（mm）；C1為試驗機類型修正系數；C2為試件系數。

為評估PR2000抗車轍劑瀝青混合料抵抗車轍的能力，制作3種混合料試件，按照試驗規程進行高溫車轍試驗，試驗結果見表1和圖1。

從表1、圖1可看出：3種瀝青混合料的動穩定度均符合規范要求；相對于未摻加抗車轍劑的50＃基質瀝青混合料，摻加PR2000車轍劑后其抗車轍性能明顯提高，60℃動穩定度提高4.5倍；與SBS改性瀝青混合料相比，摻加PR2000車轍劑混合料的60℃動穩定度提高25%左右。由此可見，摻加PR2000車轍劑瀝青混合料的高溫抗車轍性能優于其他類型瀝青混合料。

表1 瀝青混合料車轍試驗結果

圖1 不同類型瀝青混合料動穩定度試驗結果

2 抗水損壞性能對比分析

由于車輪動荷載的反復作用，路面空隙中的水產生動水壓力和真空負壓抽吸，水滲透至瀝青和集料的表面，導致瀝青的粘附性和粘結強度大大降低，很快便出現瀝青面層剝落、掉粒或松散現象，即水損害。必須對瀝青混合料的抗水損害性能進行試驗研究，探尋一種水穩定性較好的混合料。通常采用浸水馬歇爾試驗及凍融劈裂試驗評價瀝青混合料的水穩定性能。

浸水馬歇爾試驗常用來檢驗瀝青混合料在受水損害時抵抗脫落的能力。將3種瀝青混合料試件放置于（60±1）℃恒溫水槽中，分別保溫35 min和48 h，讀取其穩定度MS，按式（2）計算試件的浸水馬歇爾殘留穩定度MS0。試驗結果見表2和圖2。

式中：MS、MS1分別為試件浸水35 min、48 h后的穩定度（k N）。

混合料類型試件編號殘留穩定度／%穩定度／k N 35 min48 h 試驗值平均值50＃AC-20C 19.237.4380.5 29.328.1687.6 39.747.7579.6 82.5 SBS AC-20C 110.369.0787.5 211.419.7885.7 39.818.5387.0 86.7 4‰PR2000+ 50＃AC-20C 113.5111.7887.2 214.1112.4888.4 313.8912.5390.2 88.6

圖2 不同類型瀝青混合料浸水馬歇爾殘留穩定度試驗結果

凍融劈裂試驗是在凍融循環前后，通過測定瀝青混合料在受水損害前后的劈裂破壞強度比來評價表2 瀝青混合料浸水馬歇爾試驗結果其水穩定性能。以凍融劈裂抗拉強度比TSR作為評價指標，其計算公式見式（3）。TSR越大，則瀝青混合料抗凍融的能力與水穩定性能越優。試驗結果見表3和圖3。

式中：RT1、RT2分別為未進行凍融循環和經受凍融循環試件的劈裂抗拉強度（MPa）。

表3 瀝青混合料凍融劈裂試驗結果

圖3 不同類型瀝青混合料凍融劈裂抗拉強度比

從表2與表3可以看出：3種瀝青混合料的殘留穩定度及殘留強度比均符合規范要求。摻加PR2000抗車轍劑的混合料的殘留穩定度及殘留強度比均比未摻加車轍劑的基質瀝青混合料、SBS改

性瀝青混合料的高，抵抗水損壞的能力更好。

3 低溫抗裂性能對比分析

瀝青混合料低溫抗裂性能的好壞直接影響瀝青混合料的使用性能。中國地域廣闊，南北溫差較大，尤其是高寒地區容易遭受瀝青路面裂縫的危害。因此，加強對瀝青混合料低溫縮裂研究對消除或減少路面低溫裂縫、提高路面使用性能十分必要。

采用彎曲破壞試驗評價瀝青混合料的低溫抗裂性能。試驗溫度為-10℃，采用（30×30×250）mm菱柱體小梁、中點加載方式，跨徑為200 mm，加載速率50 mm／min。試驗結果見表4和圖4。

表4 瀝青混合料彎曲破壞試驗結果

圖4 不同類型瀝青混合料彎曲破壞試驗結果

由表4可知：3種混合料的低溫性能均滿足規范要求；摻加PR2000抗車轍劑的瀝青混合料的彎拉強度、彎拉應變相對未摻加車轍劑的基質瀝青混合料都有一定程度提高，說明PR2000抗車轍劑能提高瀝青混合料的抗低溫性能，但影響程度較小。

4 動態模量對比分析

動態模量試驗能有效評價熱拌瀝青混合料力學特性及荷載抵抗能力。在不同溫度（20、40、55℃）、不同頻率（5、10、20 Hz）下對3種瀝青混合料進行動態模量試驗，結果見表5。

由圖5可知：與SBS改性瀝青混合料相比，在荷載頻率由5 Hz提高到20 Hz的情況下，試驗溫度為20℃時摻加PR2000抗車轍劑的混合料的動態模量分別提高15.8%、17.6%、15.8%，試驗溫度為40℃時分別提高17.6%、20.5%、26.1%，試驗溫度為55℃時分別提高39.3%、48.5%、28.5%。可見，摻加PR2000抗車轍劑后瀝青混合料的動態模量得

到較大提高，在高溫低頻情況下甚至提高48.5%，其抗高溫性能優于SBS改性瀝青混合料。