抗車(chē)轍劑改性瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度變異性研究

樊長(zhǎng)昕，王 威

（山西省交通科技研發(fā)有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

抗車(chē)轍劑是瀝青混合料外摻改性劑，直接加入到瀝青混合料拌和站中，無(wú)需進(jìn)行瀝青的改性及儲(chǔ)存，施工簡(jiǎn)便且效果良好，通常應(yīng)用在重載及高溫瀝青路面的中面層，可顯著改善瀝青混合料夏季抵抗變形的能力[1]。目前，我國(guó)瀝青混合料高溫性能的評(píng)價(jià)方法主要是車(chē)轍試驗(yàn)，抗車(chē)轍劑改性瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度需達(dá)到2 800次/mm，且同一試驗(yàn)變異系數(shù)不大于20%[2]。眾多學(xué)者對(duì)抗車(chē)轍劑改性瀝青混合料高溫性能的影響因素做了大量研究。王淑穎認(rèn)為瀝青種類(lèi)、抗車(chē)轍劑和級(jí)配會(huì)影響瀝青混合料抗車(chē)轍性能[3]；張爭(zhēng)奇等人探討了抗車(chē)轍劑摻加量及礦料級(jí)配對(duì)瀝青混合料高溫抗車(chē)轍劑性能的影響規(guī)律[4]；馬峰等人認(rèn)為抗車(chē)轍劑改性瀝青混合料的礦料粒徑和制備方法會(huì)影響其高溫性能[5]。

在施工、檢測(cè)、科研試驗(yàn)中，同一樣品、同樣生產(chǎn)工藝的抗車(chē)轍劑改性瀝青混合料成型的車(chē)轍試件，得到的動(dòng)穩(wěn)定度依然會(huì)出現(xiàn)變異性偏大的情況。由于瀝青混合料是復(fù)雜的混合物，往往由3到5種不同尺寸規(guī)格的集料配合應(yīng)用，其中材料自身及取樣代表性不足造成的變異性，極易造成礦料配比變異性過(guò)大，進(jìn)而影響瀝青混合料性能穩(wěn)定[6]。因此，本文主要考察集料的取樣方法對(duì)其礦料配比和抗車(chē)轍劑改性瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度變異系數(shù)的影響，分析結(jié)果得出結(jié)論。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原材料

1.1.1 抗車(chē)轍劑

抗車(chē)轍劑選用工程應(yīng)用規(guī)模較廣的3種品牌的樣品，分別是德國(guó)巴塞爾公司的Domix抗車(chē)轍劑、法國(guó)PR PLAST.S抗車(chē)轍劑、深圳路特公司的LT抗車(chē)轍劑，其主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 抗車(chē)轍劑技術(shù)指標(biāo)

1.1.2 瀝青

選用加德士90號(hào)A級(jí)基質(zhì)瀝青，各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，其試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 基質(zhì)瀝青試驗(yàn)結(jié)果

1.1.3 礦料

粗集料為山西壽陽(yáng)縣聚興采石場(chǎng)的石灰?guī)r碎石，細(xì)集料為山西文水縣產(chǎn)機(jī)制砂，填料為廣西興安石灰?guī)r礦粉，各項(xiàng)指標(biāo)滿足路面施工技術(shù)規(guī)范JTG F40—2004的要求[7]。

1.2 試驗(yàn)工藝

采用中粒式密級(jí)配石灰?guī)rAC-20瀝青混合料，油石比與實(shí)體工程一致，為4.5%?？管?chē)轍劑為瀝青混合料質(zhì)量的0.4%。

為控制試驗(yàn)誤差，瀝青混合料由同一人進(jìn)行操作成型。拌和溫度175℃～180℃，壓實(shí)溫度155℃～160℃。采用標(biāo)準(zhǔn)碾壓成型的長(zhǎng)300 mm×寬300 mm×高50 mm的車(chē)轍試件。車(chē)轍試驗(yàn)溫度60℃，壓力0.7 MPa。試驗(yàn)設(shè)備為北京航天航宇測(cè)控技術(shù)研究所生產(chǎn)的HYCZ-5型車(chē)轍試驗(yàn)機(jī)。

2 結(jié)果與分析

2.1 集料取樣方法對(duì)礦料配比的影響

車(chē)轍試件的礦料配比與其取樣方法密切相關(guān)[8]。通常粗細(xì)集料需要按照目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)的質(zhì)量比分別取樣混合，礦粉直接稱量最后加入拌和鍋。規(guī)范要求粗細(xì)集料取樣縮分采用分料器法或者四分法。工程中成型試件操作不規(guī)范時(shí)會(huì)采用直接取樣稱量的方法。逐檔篩分復(fù)配法是將各規(guī)格的集料篩分后按每個(gè)篩孔的通過(guò)率復(fù)配。

本試驗(yàn)將粗細(xì)集料按照直接取樣法、四分法和逐檔篩分復(fù)配法分別取樣，然后再次篩分，對(duì)比實(shí)際通過(guò)率與目標(biāo)配合比的誤差。不同取樣法礦料配比通過(guò)率見(jiàn)表3。

表3 不同取樣法礦料配比通過(guò)率 %

結(jié)果表明：粗細(xì)集料不同的取樣方法，對(duì)車(chē)轍試件礦料配比通過(guò)率影響很大。直接取樣法誤差最大，整體粒徑偏粗，其中19 mm篩通過(guò)率已經(jīng)超過(guò)級(jí)配要求下限，誤差8.1%；16 mm篩通過(guò)率誤差達(dá)7.5%。四分法礦料取樣結(jié)果與目標(biāo)配合比基本一致，其實(shí)際通過(guò)率與目標(biāo)配合比最大誤差僅為1.8%，可有效避免取樣時(shí)粗細(xì)集料發(fā)生離析現(xiàn)象。逐檔篩分復(fù)配法是通過(guò)各篩孔分別稱量取樣的，其實(shí)際通過(guò)率和目標(biāo)配合比保持一致，可為瀝青混合料試驗(yàn)提供一種礦料基準(zhǔn)配比，但是需要將全部集料提前篩分，工作繁復(fù)，實(shí)際應(yīng)用較少。

2.2 集料取樣方法對(duì)動(dòng)穩(wěn)定度變異系數(shù)的影響

通過(guò)3種不同的集料取樣方法配制車(chē)轍試件用礦料，分別進(jìn)行抗車(chē)轍劑改性瀝青混合料的車(chē)轍試驗(yàn)，每組做3次平行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。結(jié)果表明：3種抗車(chē)轍劑瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度均大于5 000次/mm，滿足JTG F40—2004規(guī)范中改性瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度不小于2 800次/mm的要求。同等條件下，3種抗車(chē)轍劑改性瀝青混合料高溫性能優(yōu)劣對(duì)比情況為PR PLAST.S>LT>Domix抗車(chē)轍劑。集料的取樣方法對(duì)動(dòng)穩(wěn)定度的平均值影響不大，3種抗車(chē)轍劑Domix、PR PLAST.S和LT改性瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度最大誤差為10.17%、5.89%、9.48%。

表4 不同取樣法抗車(chē)轍劑瀝青混合料車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果

為了更加直觀清晰地表明動(dòng)穩(wěn)定度變異系數(shù)的變化情況，圖1列出了3種不同的集料取樣方法對(duì)瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度變異系數(shù)的影響規(guī)律。結(jié)果顯示：集料取樣方法造成的礦料配比差異性直接影響瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度的變異系數(shù)。3種抗車(chē)轍劑呈現(xiàn)同樣的規(guī)律，即直接取樣法>四分法>逐檔篩分復(fù)配法。其中采用直接取樣法的變異系數(shù)已超過(guò)20%，不滿足JTG E20—2011中變異系數(shù)不大于20%的要求。四分法的變異系數(shù)在12%～16%之間，滿足規(guī)范中變異性的要求。逐檔篩分復(fù)配法配制的瀝青混合料，變異系數(shù)在4%～7%之間，說(shuō)明具有非常好的穩(wěn)定性。

圖1 集料取樣方法對(duì)動(dòng)穩(wěn)定度變異系數(shù)的影響

分析原因主要是粗細(xì)集料不同的取樣方法，對(duì)車(chē)轍試件礦料配比的影響很大。當(dāng)平行試件礦料的組成配比離散性過(guò)大時(shí)，其瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度的均勻性難以保證，變異系數(shù)過(guò)大，由此導(dǎo)致瀝青路面性能的不穩(wěn)定，局部出現(xiàn)變形破壞。逐檔篩分復(fù)配法礦料配比與目標(biāo)配合比具有良好的一致性，因而其3個(gè)平行試驗(yàn)的變異系數(shù)最低。四分法作為常用取料方法，試驗(yàn)和工程實(shí)踐都證明是行之有效的方法，通過(guò)多次縮分能最大程度地避免集料的離析，保證瀝青混合料性能在可控誤差內(nèi)。直接取樣法具有很大的隨機(jī)性，平行試件中粗細(xì)集料的配比很難穩(wěn)定，由于同樣質(zhì)量的粗細(xì)集料比表面積不同造成混合料有效油石比發(fā)生變化，進(jìn)而嚴(yán)重影響結(jié)果的變異系數(shù)。

3 結(jié)論

a）抗車(chē)轍劑改性瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度的變異性與其礦料配比密切相關(guān)。粗細(xì)集料不同的取樣方法，對(duì)車(chē)轍試件礦料配比影響很大。礦料的配比與目標(biāo)配合比誤差越大，其結(jié)果的變異系數(shù)越大。

b）逐檔篩分復(fù)配法與目標(biāo)配合比一致，可為瀝青混合料試驗(yàn)提供一種礦料基準(zhǔn)配比，且其變異系數(shù)最小。四分法作為常用取料方法，可最大程度地避免集料的離析，保證瀝青混合料性能在可控誤差內(nèi)。直接取樣法具有很大的隨機(jī)性，其礦料配比誤差最大，整體粒徑偏粗，變異系數(shù)已超過(guò)20%，不符合規(guī)范要求。

c）為保障抗車(chē)轍劑改性瀝青混合料的性能穩(wěn)定，施工生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)測(cè)各檔礦料配比。