油石比對抗車轍劑瀝青混合料性能的影響

樊長昕，王 威，馬德崇

(1.山西省交通科技研發有限公司 太原市 030032；2.湖南城市學院 材料與化學工程學院 益陽市 413000)

0 引言

經過近十五年的工程推廣應用，抗車轍劑已經證明是有效的瀝青混合料外摻改性劑[1]。抗車轍劑通常加入到瀝青路面中面層中，不影響基質瀝青混合料的級配和油石比，摻量為瀝青混合料質量的0.3%～0.5%即可顯著提升路面的高溫抗車轍性能[2]。由于抗車轍劑是現場直投式添加應用，抗車轍劑瀝青混合料的性能受加熱溫度、礦料級配、油石比、添加量、出料溫度等生產工藝參數的影響嚴重[3]。

抗車轍劑瀝青混合料在生產過程中有時受到拌和站計量系統精度、人員操作不當、原料供應、設備管理問題等因素影響，其油石比在抽檢中會有一定范圍內的波動。油石比即瀝青用量，是瀝青混合料檢測的關鍵項目[4]。油石比的變化對抗車轍劑瀝青混合料的性能穩定影響嚴重，容易造成路面過早出現病害，減少路面服役年限[5]。因此為提高抗車轍劑瀝青混合料的性能穩定性，研究油石比的變化對其性能影響十分必要。

選用工程應用較廣的三種抗車轍劑，以基質瀝青混合料最佳油石比±0.3%范圍內的7個油石比為變量，分別進行瀝青混合料的高溫車轍、低溫小梁彎曲、抗水損害試驗，全面評價油石比對抗車轍劑瀝青混合料路用性能的影響程度。

1 試驗

1.1 原材料

(1)抗車轍劑

抗車轍劑選用工程應用規模較大的三種品牌的樣品，分別是德國巴塞爾公司的Domix抗車轍劑、法國PR PLAST.S抗車轍劑、深圳路特公司的LT抗車轍劑。其主要技術指標見表1。

表1 抗車轍劑技術指標

(2)瀝青

選用殼牌90號A級基質瀝青，性能指標均滿足現行規范技術要求。其試驗結果見表2。

表2 殼牌90號A級基質瀝青試驗結果

(3)礦料

粗集料為山西壽陽縣聚興采石場的石灰巖碎石，細集料為山西文水縣產機制砂，填料為廣西興安石灰巖礦粉。各項指標滿足路面施工技術規范JTG F40-2004的要求。

1.2 瀝青混合料配合比

(1)級配

根據抗車轍劑在實體工程中的應用，采用中粒式密級配石灰巖AC-20瀝青混合料，其合成級配通過率見表3。

表3 合成級配通過率

(2)最佳油石比

基質瀝青混合料馬歇爾試驗結果見表4。通過馬歇爾體積和力學參數確定基質瀝青混合料的最佳油石比為4.3%。

表4 基質瀝青混合料馬歇爾試驗結果

1.3 試驗方案

本試驗以AC-20石灰巖基質瀝青混合料最佳油石比4.3%±0.3%范圍內的不同油石比，即4.0%～4.6%間隔0.1%的7個油石比為變量，分別進行摻加三種抗車轍劑的瀝青混合料性能測試，摻量為瀝青混合料質量的0.4%。通過車轍、小梁彎曲、凍融劈裂試驗，全面評價油石比的變化對其高溫、低溫、抗水損害性能的綜合影響。

2 試驗結果與分析

2.1 抗車轍劑瀝青混合料高溫性能

采用60℃車轍試驗動穩定度作為瀝青混合料高溫性能的評價指標。不同油石比條件下的抗車轍劑瀝青混合料動穩定度結果見表5，其變化趨勢見圖1。結果表明：三種品牌抗車轍劑的加入，其瀝青混合料動穩定度均達到2800次/mm的規范要求。隨著油石比的增加，表現出同樣的趨勢，即先增加后減少，在最佳油石比附近出現峰值。其中Domix在4.1%的油石比下動穩定度最高，LT的峰值出現在4.4%，而PR PLAST.S在4.1%～4.5%范圍內的動穩定度均保持在9200次/mm左右，性能穩定。

表5 不同油石比車轍試驗動穩定度結果(次/mm)

圖1 動穩定度與油石比的變化趨勢圖

過多或過少的油石比均會削弱瀝青混合料的高溫性能。當油石比較低時，集料表面的瀝青膜較薄，混合料內部的粘聚力差導致整體強度較低，抗車轍性能弱。隨著瀝青的進一步增多，混合料內部出現多余的自由瀝青，降低混合料的粘結力和內摩阻角，導致高溫性能的減弱[6]。因此，抗車轍劑瀝青混合料在最佳油石比±0.2%范圍內其高溫性能最佳，油石比變化過大時，會造成動穩定度變異系數過大，抗車轍性能衰減，影響路用性能。

2.2 抗車轍劑瀝青混合料低溫性能

采用-10℃低溫小梁彎曲試驗的破壞應變作為瀝青混合料低溫性能的評價指標。不同油石比條件下的抗車轍劑瀝青混合料小梁彎曲試驗破壞應變結果見表6，其變化趨勢見圖2。結果表明：同等條件下，低溫性能PR PLAST.S>Domix>LT抗車轍劑。三種抗車轍劑瀝青混合料彎曲破壞應變整體上隨油石比的增加而增大，隨后出現小幅的下降，峰值均在4.4%～4.5%之間。當油石比低于最佳油石比4.3%時，低溫性能會有大幅的下降，無法滿足改性瀝青混合料破壞應變大于2500με的最低要求。主要由于膠結料瀝青的含量過低時，混合料內部的粘聚力差，降低混合料的勁度和應力松弛性能，在溫度和荷載的作用下導致過大的彎曲應變，造成路面的開裂。

表6 不同油石比小梁彎曲試驗破壞應變結果(με)

圖2 破壞應變與油石比的變化趨勢圖

而隨著油石比的增加，其低溫性能會得到顯著改善。一方面瀝青膠結料的彈性變形增強瀝青混合料的應力松弛性能，其收縮性變大；另一方面，抗車轍劑在偏多的瀝青環境中會更好溶脹起到對基質瀝青的部分改性作用，同時吸收瀝青后的抗車轍劑變軟會起到加筋和嵌擠填充的作用[7]。因此，適量地增加油石比對抗車轍劑瀝青混合料低溫抗裂性能有益，最佳油石比增加0.2%為宜。

2.3 抗車轍劑瀝青混合料抗水損害性能

采用凍融劈裂試驗殘留強度比TSR作為瀝青混合料抗水損害性能的評價指標。不同油石比條件下的抗車轍劑瀝青混合料殘留強度比TSR結果見表7，其變化趨勢見圖3。試驗結果表明：油石比從4.0%增加到4.6%，三種抗車轍劑瀝青混合料的TSR均呈現增長的趨勢，且PR PLAST.S>Domix>LT抗車轍劑。當油石比低于4.2%時，水穩定性無法滿足改性瀝青混合料TSR大于80%的最低要求。分析原因主要是瀝青含量低使混合料內部空隙率過大，集料表面的瀝青膜薄，造成水分過多地侵入到瀝青與集料的界面。由于集料對水分的吸引力大于瀝青的吸引力，從而導致瀝青與集料粘結力降低，引起瀝青膜的脫落，造成路面水損害的發生[8]。

表7 不同油石比凍融劈裂試驗殘留強度比TSR結果(%)

圖3 TSR與油石比的變化趨勢圖

相反地，油石比增加使得瀝青混合料內部的空隙率降低，路面的密水性增加，水分難以進入到瀝青混合料內部，減少了水損害的發生。同時適量多的瀝青會使抗車轍劑起到改性基質瀝青的作用，使得瀝青的粘性增強，增大瀝青與集料的界面強度，從而提高抗車轍劑瀝青混合料的抗水損害性能。但是過多的瀝青使空隙率過低會導致瀝青混合料抗老化性能的下降[9]。因此，從水損害的角度考慮，抗車轍劑瀝青混合料的油石比應在最佳油石比到+0.3%為宜。

3 結論

(1)油石比的變化對抗車轍劑瀝青混合料性能影響很大，過低和過多的油石比均會使混合料高溫、低溫、抗水損害性能降低。Domix、PR PLAST.S、LT三種抗車轍劑呈現同樣的影響規律。過低的油石比使混合料空隙率增大，瀝青膜變薄，高溫、低溫、抗水損害性能均降低，容易造成路面破壞。適量多的瀝青會使抗車轍劑更好地溶脹起到改性基質瀝青的作用，使得瀝青的粘性增強，同時吸收瀝青后的抗車轍劑變軟會起到加筋和嵌擠填充的作用，提高混合料的整體性能。

(2)綜合考慮抗車轍劑瀝青混合料的高溫、低溫、水穩定性能，其油石比應在基質瀝青混合料最佳油石比到+0.2%為宜，即4.3%～4.5%的油石比性能最佳。

(3)為保障抗車轍劑瀝青混合料的性能穩定，施工生產過程中應嚴格監測瀝青含量。