摻入D—II抗轍裂劑的瀝青混合料抗老化性能研究

樊長昕++馬德崇++王威++李雪蓮

摘 要：為了解摻入D-II抗轍裂劑的瀝青混合料的抗老化性能，采取美國SHRP老化試驗方法，對D-II抗轍裂劑摻加量為0%、0.15%、0.3%、0.4%以及0.5%的瀝青混合料分別進行了實驗室模擬老化，如：高溫車轍試驗、低溫彎曲試驗和凍融劈裂試驗。試驗結果表明：摻入D-II抗轍裂劑的瀝青混合料具有很好的抗老化性能，高溫抗車轍、低溫抗裂以及抗水損性能均很好，且性能穩定。確定合理摻加量為0.4%。

關鍵詞：抗轍裂劑；模擬老化；SHRP；摻加量

中圖分類號：U414 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）05-0124-03

Study on the Anti-Aging Performance of Asphalt Mixture Added with D - II Anti-Rutting Agent

Fan Changxin

（National and Local Joint Engineering Laboratory of New Materials in Road；Shanxi Transportation Research Institute，Taiyuan Shanxi 030006）

Abstract：To study the anti-aging performance of asphalt mixture added with D - II anti-rutting agent ， use the American SHRP asphalt mixture aging test method， make the laboratory simulation aging test of asphalt mixture adding D - II anti-rutting agent， which amount was 0%， 0.15%， 0.3%， 0.4% and 0.5%，such as： high temperature rutting test， low-temperature bending test and freeze-thaw splitting test. The test results showed that the asphalt mixture added with D - II anti-rutting agent has good stable properties in anti-aging， high temperature rutting performance， low temperature cracking performance and resistance to water damage performance .The reasonable adding quantity is 0.4%.

Key words：Anti-rutting Agent； Simulation Aging； SHRP； Mixing Amount

隨著我國交通建設的迅速發展，瀝青路面道路的比重越來越多。并且瀝青高速公路達到維修養護階段的規模進展也十分迅速[1]。而目前新建的一些瀝青公路在設計服務年限內就會發生路面病害，如車轍、龜裂甚至坑槽等，既影響行車舒適性，又加大了維修養護成本。瀝青路面在使用期間承受交通、氣候等環境因素的綜合作用，瀝青混合料的使用性能保持穩定或發生較小變化的能力，稱為瀝青混合料的抗老化性能[2]。

國內外許多研究報告表明，瀝青混合料的抗老化性能與瀝青路面的使壽命關聯很大。為改善瀝青高速公路的質量，以提高瀝青混合料的高溫抗車轍性能、低溫抗開裂以及抗水損害的性能，相關學者提出許多實施改進方案，如使用改性瀝青、加入改性劑或改良礦料級配等[3]。摻入改性劑對瀝青混合料改性研究是比較常見的方法，目前應用較多的主要有多米克斯、PR、車轍王等抗車轍劑。然而國內對摻入外加改性劑的瀝青混合料的抗老化研究還比較少[4]。

因此，為提高瀝青高速公路的質量，對瀝青混合料的抗老化性能研究十分必要。本文主要對自主研發的D-II抗轍裂劑的抗老化性能進行綜合評價，以摻加量為變量通過高溫動穩定度車轍試驗、低溫小梁彎曲試驗以及凍融劈裂試驗實現實驗室規模的短期、長期模擬老化，與未進行老化的混合料進行性能對比，得出結論。

1 試驗部分

1.1 主要原材料

石油瀝青選用中石化東海牌90號瀝青，按照JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》相關標準進行性能檢測，其主要技術指標見表1。

德路加D-II抗轍裂劑為黑色松散顆粒，常溫存儲無粘結聚集現象，各項指標符合出廠要求。

瀝青混合料用粗細集料均為石灰巖，礦粉為石灰巖磨制所得。

1.2 試驗工藝

瀝青混合料類型為AC-20，礦料級配組成見表2。

拌合溫度為180℃，壓實溫度為150～160℃。室內進行瀝青混合料的拌合，摻入D-II抗轍裂劑的瀝青混合料為干法生產，D-II與加熱到190℃的石料先干拌90s，然后加入瀝青濕拌90s，再加入礦粉拌和90s。

1.3 試驗方案

本文采用美國SHRP計劃提出的瀝青混合料模擬老化標準進行試驗。對不同德路加D-II抗轍裂劑摻加量的瀝青混合料進行試驗室內短期長期老化處理。D-II摻加量分別為瀝青混合料的0%、0.15%、0.3%、0.4%以及0.5%。并進行了老化前后的高溫動穩定度車轍、低溫小梁彎曲以及凍融劈裂水穩定性試驗。通過各摻加量的瀝青混合料抗老化性能的對比，全面評價D-II抗轍裂劑的抗老化性能，并確定最佳摻加量。

2 結果與討論

2.1 老化對瀝青混合料高溫抗車轍性能的影響

瀝青混合料的高溫抗車轍性能是指夏季高溫行車條件下，在車輛荷載的長期重復作用下，路面不發生車轍泛油等病害的性能[5]。實驗室通過車轍試驗測得動穩定度來評價其性能。動穩定度是指在規定穩定及荷載條件下，瀝青混合料每產生1mm變形的行走次數。

該試驗按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20-2011）的標準要求進行。車轍實驗儀為北京航天航宇測控技術研究所的HYCZ-5型，試件采用碾壓成型的300mm×300mm×50mm車轍試件，試驗溫度為60℃[6]。

本次研究對不同D-II摻加量（0%、0.15%、0.3%、0.4%及0.5%）的瀝青混合料分別進行未老化和短期老化的車轍試驗，測試結果動穩定度見表3。

表3試驗數據說明，未老化和短期老化兩種試驗條件下，隨著D-II抗轍裂劑摻量的增加，動穩定度也在逐步增加。當摻量達到0.3%時，動穩定度為3937次/mm，達到相關標準，滿足高溫路用條件。說明D-II抗轍裂劑在0.3%的摻量即具有優良的高溫抗車轍性能。當摻量為0.4%和0.5%之間時，動穩定度在5000～6000次/mm之間，性能十分穩定。說明0.4%的抗轍裂劑摻加量已經具有優良的高溫抗車轍性能。

短期老化和未老化相比，動穩定度均有相應的增長，提高了20%～30%之間。主要是由于在短期老化中瀝青中輕質組分的揮發，使得瀝青粘度變高，混合料高溫性能的整體提升有關。這和目前普遍認為的短期老化后瀝青混合料變硬，動穩定度變高的觀點一致。當摻量達到為0.4%后，動穩定度的漲幅變小，主要是抗轍裂劑摻量的增加，吸收了部分瀝青中的輕質組分，使得短期老化中瀝青混合料的變化不大。說明0.4%的摻量下，瀝青混合料具有穩定的高溫性能抗老化能力。

綜上所述，從高溫抗車轍性能、抗老化性能以及經濟性考慮，0.4%的摻加量已經可以很好地滿足相關要求，0.5%的摻加量即造成經濟上的浪費。所以，0.4%的抗轍裂劑摻量是合理的。

2.2 老化對瀝青混合料低溫彎曲性能的影響

冬季我國大部分地區處于零下溫度，瀝青路面在低溫條件下容易發生開裂現象，因此研究瀝青混合料的低溫抗裂性能十分必要。本次研究采用《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20-2011）中T0715-2011彎曲試驗，在小梁跨中給試件施加集中荷載至斷裂破壞，測得破壞應變為評價標準。試件為輪碾成型的車轍板切割制作的棱柱體試件，尺寸符合長250mm±2.0mm、寬30mm±2.0mm、高35mm±2.0mm的相關技術要求[7]。分別對不同D-II抗轍裂劑摻加量（0%、0.15%、0.3%、0.4%及0.5%）的瀝青混合料進行未老化和長期老化的低溫小梁彎曲試驗，測試結果破壞應變見表4。

表4試驗數據說明，未老化條件下，隨著抗轍裂劑摻量的增加，瀝青混合料的低溫彎曲破壞應變在逐漸提高。當摻加量為0%時，彎曲破壞應變為1816με，無法滿足低溫抗裂性能的要求。當摻加量達到0.3%時，彎曲破壞應變為2672με，達到JTG F40---2004 《公路瀝青路面施工技術規范》中彎曲破壞應變大于2600με的要求。當摻加量達到0.4%到0.5%時，彎曲破壞應變保持在2900με左右，表明瀝青混合料低溫抗裂性能趨于穩定。

經過長期老化試驗后，不同摻量下彎曲破壞應變均會減少。當摻加量為0.3%時，已無法滿足規范的要求。當摻加量為0.4%到0.5%時，才能滿足老化后彎曲破壞應變大于2600με的要求。

綜上所述，從低溫抗裂性能、抗老化性能考慮，0.4%～0.5%的摻加量才可以滿足抗裂性能的要求。

2.3 老化對瀝青混合料水穩性能的影響

水穩定性能是瀝青混合料的重要指標，表示瀝青混合料的抗水損害能力。我國主要按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20-2011）的要求，進行浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗[8]。

凍融劈裂試驗的條件比浸水馬歇爾試驗會苛刻一些，所以本文選用凍融劈裂試驗來評價瀝青混合料的抗水害性能，試驗溫度為25℃，加載速率為50mm/min。試件為雙面各50次擊實的標準馬歇爾試件，高度符合63.5±1.3mm的要求。試件成型后經過凍融循環條件后測得劈裂強度，以凍融試件的劈裂強度與未凍融試件的劈裂強度之比TSR作為瀝青混合料水穩定性能的評價指標[9]。分別對不同D-II摻加量（0%、0.15%、0.3%、0.4%及0.5%）的瀝青混合料進行未老化和長期老化的凍融劈裂試驗，測試結果凍融劈裂試驗強度比TSR見表5。

從上述表5試驗數據分析可得，隨著D-II抗轍裂劑的摻入量增加，凍融劈裂試驗強度比TSR也在逐步增加。摻加量為0.3%時，TSR剛好滿足瀝青混合料規范的凍融劈裂試驗強度比TSR不小于80%的要求。當加入量為0.4%時TSR達到93.14%，0.5%時TSR達到94.19%，性能十分優異。

老化試驗后，TSR變化規律與未老化相似，摻加量為0.3%時即滿足瀝青混合料規范的長期老化后TSR不小于75%的要求。當加入量為0.4%時TSR達到89.49%，0.5%時TSR達到91.19%，表明瀝青混合料體系具有優良的水損抗老化性能。

綜上所述，在D-II摻量0.4%與0.5%的條件下，凍融劈裂試驗以及老化試驗后，AC-20瀝青混合料抗水損性能滿足相關規范，達到很好的效果。從使用性能和經濟性考慮，0.4%的抗轍裂劑摻量是最合理的。

3 結語

（1）從高溫抗車轍性能以及經濟性考慮，0.4%的摻加量已經可以很好地滿足相關要求，0.5%的摻加量即造成經濟上的浪費。

（2）從低溫抗裂性能考慮，0.4%～0.5%的摻加量才可以滿足低溫抗裂性能和抗老化性能的要求。

（3）在D-II摻量0.4%與0.5%的條件下，凍融劈裂試驗以及老化試驗后，AC-20瀝青混合料抗水損性能滿足相關規范，達到很好的效果。從使用性能和經濟性考慮，0.4%的抗轍裂劑摻量是最合理的。

（4）綜上所述，德路加D-II摻加量的合理摻加量為瀝青混合料的0.4%。此時從高溫抗車轍、低溫抗裂以及抗水損性能考慮，瀝青混合料均具有優良穩定的抗老化性能，滿足相關要求。

參考文獻

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[9]交通部公路科學研究院.JTG E20公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程[S].北京：人民交通出版社，2011.