黏結劑及抗車轍劑對瀝青混合料路用性能的影響

葉林濱

（陜西華山國際工程集團有限公司，陜西 西安 710003）

0 引 言

博茨瓦納馬翁機場項目新建、擴建跑道以及停機坪面層均選用瀝青混凝土面層，跑道和停機坪對于瀝青混凝土面層的泛油和抗車轍要求嚴格。現行材料中，瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA）作為面層不僅美觀耐用、功能優異，而且其結構特性可作為磨耗層；但對于機場跑道及停機坪這些特殊工程，瀝青瑪蹄脂混合料的路用性能，特別是抗車轍性能，并不能完全滿足實際的使用要求［1－3］。

一直以來，國內外學者對黏結劑及抗車轍劑都做了大量研究。東南大學張銳等研究了新型瀝青添加劑TPS的性能，認為加入TPS后瀝青混合料的高溫性能、抗疲勞性能及水穩定性都得到了提高［4］。同濟大學關永勝等研究了間斷級配橡膠瀝青混合料的抗車轍性能，認為室內實驗室設計的ARAC13級配具有良好的抗車轍性能［5］。北京建筑大學郭利楊等研究了新型木質素纖維及抗車轍劑對SMA瀝青混合料的性能影響，認為普通木質素纖維和抗車轍劑能夠很大程度地提高SMA的路用性能［6］。東南大學黃寶濤等研究了瀝青混合料抗車轍性能的分形描述方法，通過分析宏觀和微觀的關聯性，找到了一種依據路用性能來設計瀝青混合料集料級配的方法［7］。通過工藝改進，在瀝青中加入一定的添加劑，可顯著改善瀝青混凝土面層的某些性能或整體性能；因此，選擇合適的添加劑對提高瀝青混凝土面層的使用性能和延長面層的使用壽命，都具有十分重要的意義［8－10］。此外，通過在瀝青混合料中添加抗車轍劑也能夠較大程度地提高瀝青混凝土面層的抗車轍能力。

根據馬翁機場項目對于瀝青混凝土面層泛油和抗車轍的要求，筆者選取南部非洲跑道和路面施工常用的70＃基質瀝青、SBS改性瀝青、Sasolwax FlexTM改性瀝青3種黏結劑，在Sasolwax FlexTM改性瀝青中摻加ARA－W、ARA－B兩種類型的抗車轍劑，通過行車荷載模擬系統（MMLS3）試驗、低溫小梁彎曲試驗、疲勞試驗、浸水馬歇爾試驗及凍融劈裂試驗，研究不同黏結料以及不同類型抗車轍劑對瀝青混合料路用性能的影響。

1 原材料

1．1 黏結劑

（1）70＃基質瀝青。70＃基質瀝青采用韓國雙龍（S－OIL牌）A級道路石油瀝青，檢驗結果及標準要求見表1。

表1 70＃基質瀝青技術性質

（2）SBS改性瀝青。試驗所用SBS改性瀝青為南非防水公司生產，其技術指標見表2。

表2 SBS改性瀝青技術性質

（3）Sasolwax FlexTM改 性 瀝 青。Sasolwax FlexTM改性瀝青是一種自制的改性瀝青，通過整合改性SBS和Sasobit瀝青的技術概念，增強了彈性復原能力及高溫抗變形能力［11－15］。該產品需要使用專有的交聯劑Sasolwax Link TXTM來提高聚合物和瀝青的相容性，使稠度受控的聚合物改性瀝青得以生產［16］。Sasolwax FlexTM改性瀝青的技術指標見表3。

表3 Sasolwax FlexTM改性瀝青的技術性質

1．2 集料

粗集料和細集料由距項目所在地100km的采石場加工生產，礦粉采用4．75～9．5mm石灰巖礦粉。經試驗檢測，集料技術指標均滿足標書和相關規范要求。

1．3 抗車轍劑

選用ARA－B、ARA－W 兩種抗車轍劑，其檢測指標見表4。其中，ARA為抗車轍劑英文首字母縮寫，W代表白色，B代表黑色。

表4 抗車轍劑主要性能的檢測結果

2 混合料的配合比設計

筆者采用普通SMA－13級配，根據礦料級配范圍及集料篩分結果并經過調試，確定瀝青混合料的合成級配曲線，最終確定礦料的級配組成，見表5。通過馬歇爾試驗確定3種不同黏結劑的瀝青混合料的最佳油石比分別為6．0%、6．2%、6．3%。

表5 瀝青混合料礦料級配

3 路用性能對比分析

3．1 高溫性能

對5種SMA－13瀝青混合料進行行車荷載模擬系統（MMLS3）試驗。行車荷載模擬系統（MMLS3）是一種加速路面試驗工具，允許應用真實的車輪接觸應力來評估路面結構和道路鋪設材料的車轍。分析3種不同類型黏結劑以及不同類型抗車轍劑對SMA－13瀝青混合料高溫性能的影響，對其施加100 000標準車輪負載，試驗結果見圖1。其中，70＃SMA－13 為 70＃基 質 瀝 青 混 合 料，SBSSMA－13為SBS改性瀝青混合料，SF－SMA－13為Sasolwax FlexTM改性瀝青混合料，SF－SMA－13＋B、SF－SMA－13＋W 分別為Sasolwax FlexTM改性瀝青混合料摻加白色和黑色抗車轍劑。

圖1 MMLS3試驗結果

由圖1可知，在施加100 000標準車輪負載后，Sasolwax FlexTM改性瀝青混合料的車轍深度分別是70＃基質瀝青混合料和SBS改性瀝青混合料的0．61、0．81倍。3種類型黏結劑混合料的動穩定度由大 到 小 依 次 為 SF－SMA－13、SBS－SMA－13、70＃SMA－13，車轍深度分別為1．44、1．78、2．38mm。在Sasolwax FlexTM改性瀝青混合料中加入ARA－B和ARA－W型抗車轍劑，車轍深度分別為1．26mm和1．35mm，為未加抗車轍劑的1．07倍和1．14倍，白色抗車轍劑對SF－SMA－13動穩定度的改善效果比黑色抗車轍劑好。由此說明，不同黏結劑及不同抗車轍劑對瀝青混合料的高溫性能影響很大，Sasolwax FlexTM改性瀝青具有很好的抗車轍性能，白色抗車轍劑ARA－W的對車轍的改善效果優于黑色抗車轍劑ARA－B。

3．2 低溫性能

對5種SMA－13瀝青混合料進行低溫小梁彎曲試驗，研究3種不同類型黏結劑及抗車轍劑對SMA－13瀝青混合料低溫性能的影響，試驗結果見表6。

表6 低溫小梁彎曲試驗結果

由表6可知，Sasolwax FlexTM改性瀝青混合料的抗彎拉強度要高于70＃基質瀝青混合料及SBS改性瀝青混合料，3種類型黏結劑混合料的抗彎拉強度由大到小依次為 SF－SMA－13、SBS－SMA－13、70＃SMA－13。由此可見，SF－SMA－13的低溫性能優于70＃SMA－13和 SBS－SMA－13；SF－SMA－13加入抗車轍劑后，混合料的抗彎拉強度變化不大，說明2種抗車轍劑基本不影響瀝青混合料的低溫性能。

3．3 抗疲勞性能

選用應變控制的荷載模式與UTM試驗機對5種SMA－13瀝青混合料進行疲勞試驗，分析3種不同類型黏結劑及抗車轍劑對SMA－13瀝青混合料抗疲勞性能的影響，試驗結果見表7。

表7 疲勞壽命

由表7可知，Sasolwax FlexTM改性瀝青混合料的疲勞壽命要遠遠高于加入其他2種黏結劑的瀝青混合料。SF－SMA－13的疲勞壽命分別是70＃SMA－13和SBS－SMA－13疲勞壽命的8．9倍、2．4倍。由此可見：Sasolwax FlexTM改性瀝青使瀝青混合料的疲勞壽命有了很大的提高，可有效延長路面的使用壽命；在SF－SMA－13加入2種抗車轍劑后，其混合料的疲勞壽命變化不大。

3．4 水穩定性能

對5種SMA－13瀝青混合料進行浸水馬歇爾試驗與凍融劈裂試驗，分析3種不同類型黏結劑及2種抗車轍劑對瀝青混合料水穩定性能的影響，試驗結果見表8。

表8 水穩定性能試驗結果

由表8可知，SF－SMA－13的殘留穩定度分別是70＃SMA－13、SBS－SMA－13殘留穩定度的1．05倍、1．02倍，凍融劈裂比分別為 70＃SMA－13、SBSSMA－13 的 1．06 倍、1．04 倍。 可 見，Sasolwax FlexTM改性瀝青型黏結劑提高了瀝青混合料的抗水損害能力。3種類型黏結劑的瀝青混合料抗水損害能力從大到小依次為 SF－SMA－13、SBS－SMA－13、70＃SMA－13；在SF－SMA－13中加入2種類型的抗車轍劑，瀝青混合料的殘留穩定度及凍融劈裂比沒有明顯變化，由此可知ARA－B、ARA－W兩種類型的車轍劑不能提高瀝青混合料的抗水損害能力。

4 結 語

（1）Sasolwax FlexTM改性瀝青型黏結劑能夠提高瀝青混合料的高溫性能和水穩定性能，此類型黏結劑的混合料SF－SMA－13的高溫穩定性與水穩定性能明顯優于70＃SMA－13和 SBS－SMA－13兩種類型，滿足博茨瓦納馬翁機場對瀝青混凝土面層抗車轍性能要求高的特點，可廣泛應用于當地機場的建設。

（2）相比于70＃SMA－13、SBS－SMA－13，Sasolwax FlexTM改性瀝青型黏結劑能夠明顯提高瀝青混合料的疲勞壽命；Sasolwax FlexTM改性瀝青混合料的低溫性能優于其他2種黏結劑類型混合料，因此可以應用于對疲勞壽命要求高的面層。

（3）Sasolwax FlexTM改 性 瀝 青 混 合 料中加入ARA－B和ARA－W兩種類型抗車轍劑后，瀝青混凝土面層的抗車轍性能得到了明顯的提高，能完全滿足跑道和停機坪對瀝青混凝土面層抗車轍性能的要求；但2種抗車轍劑對面層的低溫性能、抗疲勞性能、抗水損害性能影響不大，后續可以繼續添加其他外摻劑進行研究。

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