抗车辙剂对沥青混合料性能的影响研究

抗车辙剂对沥青混合料性能的影响研究

张益周超

重庆交通大学重庆400074

摘要：随着公路交通量的增长、汽车轴载的加大，在车辆荷载的长期作用下，沥青路面容易出现车辙等破坏现象。抗车辙剂通过集料表面的增粘、加筋、填充以及沥青改性、弹性恢复等多重作用而提高沥青混合料的高温稳定性。依托云南大理至丽江高速公路路面工程,通过抗车辙沥青混合料的各项路用性能试验分析及其压实特性试验分析，评价不同抗车辙剂对沥青混合料路用性能改善效果差异，及不同温度下对沥青混合料压实特性的影响。

关键词：抗车辙剂、沥青混合料路用性能、压实特性

0引言

在开裂、泛油、剥落、车辙等沥青路面病害中，车辙一直是沥青路面损害的主要问题之一。由于沥青材料或结构设计等原因，近年来车辙已成为沥青路面常见病害，目前许多高速公路主车道车辙深度都达到了10mm以上甚至20mm以上，这一现象在高温多雨地区尤为严重。车辙的出现严重影响路面的使用和服务质量。

抗车辙剂可以显著提高沥青混合料的高温稳定性，不会对混合料的最佳沥青用量以及马歇尔稳定度结果产生明显的影响，也不会降低沥青混合料的水稳定性和低温性能。基于此，本研究选择了3种抗车辙剂，采用3‰和4‰两种不同掺量(以沥青混合料质量计，本文中均以沥青混合料质量计算抗车辙剂掺量)，对相同级配，相同沥青用量的沥青混合料的抗车辙、抗水损害、抗低温性能及不同沥青混合料在同样降温梯度条件下压实特性进行试验研究，以对比其路用性能。

1试验

1.1试验材料

（1）沥青

本研究采用壳牌70号A级道路石油沥青，其各项指标均满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）的要求。

（2）集料

本研究采用石灰岩集料，其各项指标均满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）的要求。

（3）填料

本研究采用石灰岩磨细矿粉作为填料，其各项指标均满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）的要求。

（4）抗车辙剂

抗车辙剂为本研究依托工程云南大理至丽江高速公路路面工程建设指挥部提供的三种抗车辙剂,编号为1#抗车辙剂、2#抗车辙剂、3#抗车辙剂。

1.2试验方法

1.2.1抗车辙沥青混合料路用性能试验方案

采用抗车辙剂以后，由于抗车辙性会使沥青混合料的路用性能发生变化，该性能的变化直接影响沥青混合料在不同气候水文下的性能变化，故对沥青混合料地区区域适宜性能要求的选择就尤为重要。

目前国内对沥青混合料性能的评价主要包括：评价高温稳定性的抗车辙试验、评价低温性能的小梁弯曲试验、评价抗水损害性能的冻融劈裂试验。本研究比对试验方案为，分别就3‰、4‰掺量下1#抗车辙剂沥青混合料、2#抗车辙剂沥青混合料、3#抗车辙剂沥青混合料的冻融劈裂强度比、动稳定度、弯曲试验破坏应变(-10℃)进行对比试验分析。

1.2.2抗车辙沥青混合料压实特性试验方案

采用抗车辙剂以后，由于抗车辙剂对沥青中的轻质油份具有较大的吸附作用，不同品牌不同配方的抗车辙剂的吸附作用差别较大，有的抗车辙剂吸收大量轻质油后，沥青混合料容易变得干涩，在碾压过程温度敏感性很强，其有效碾压的温度范围小，不利于沥青混合料压实度的控制。

本研究将采用旋转压实仪，通过对不同抗车辙沥青混合料，在不同温度梯度条件下压实特性的比较，研究不同抗车辙剂对沥青混合料可压实特性的影响，从而比较其施工压实特性。沥青混合料压实特性比对试验方案为，分别就3‰、4‰掺量下1#抗车辙剂沥青混合料、2#抗车辙剂沥青混合料、3#抗车辙剂沥青混合料在SGC旋转压实温度165℃、150℃、135℃下的压实特性进行对比试验分析。

2结果与讨论

2.1抗车辙沥青混合料路用性能试验分析

按《沥青和沥青混合料试验规程》（JTGE20-2011）中试验方法T0719-2011、T0729-2000、T0715-2011，对掺加抗车辙剂的沥青混合料的高温稳定性、水稳定性、低温性能进行试验研究，试验结果见表2.1。

从表2.1可以看出，只考虑抗车辙这一高温性能，2号抗车辙剂4‰掺量的AC-20F沥青混合料的动稳定度最大，其抗车辙性能也最好，1号抗车辙剂4‰掺量的AC-20F沥青混合料次之，其余试验条件下的沥青混合料动稳定度检测结果均不足7000次/mm。

从冻融劈裂残留强度比的试验结果可以看出，1号抗车辙剂4‰掺量的AC-20F沥青混合料和2号抗车辙剂4‰掺量AC-20F沥青混合料的基本一致，说明两种沥青混合料的水稳性基本相同且均符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）表5.3.4-2对湿润区普通沥青混合料冻融劈裂残留强度比的技术要求。

从弯曲试验破坏应变（-10℃）的试验结果可以看出，1号抗车辙剂4‰掺量的AC-20F沥青混合料的低温性能好于2号抗车辙剂4‰掺量AC-20F沥青混合料，而2号抗车辙剂4‰掺量AC-20F沥青混合料的弯曲试验破坏应变（-10℃）试验结果不符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）表5.3.4-3对2-4区普通沥青混合料低温弯曲破坏应变的技术要求。

综合考虑沥青混合料的高、低温性能以及水稳性能，1号抗车辙剂4‰掺量的AC-20F沥青混合料是本研究中唯一能够符合云南大理至丽江高速公路路面工程设计文件对混合料动稳定度及《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）对混合料冻融劈裂残留强度比和弯曲试验破坏应变（-10℃）要求的抗车辙沥青混合料，在动稳定度接近最高的2号抗车辙剂4‰掺量沥青混合料且2号抗车辙剂4‰掺量沥青混合料低温性能不符合规范要求的情况下，1号抗车辙剂4‰掺量是通过试验比对确定抗车辙剂的最优选择。

1号抗车辙剂4‰掺量AC-20F沥青混合料在本研究确定的设计级配和最佳油石比条件下，其马歇尔试验各项指标符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）表5.3.3-1对AC-20F沥青混合料马歇尔试验指标的技术要求（见表2.2）。

需要补充说明的是，本研究在3种抗车辙剂对比时，首先是选用了1号抗车辙剂进行配合比设计并确定最佳级配和最佳油量，因此不排除采用2号抗车辙剂进行配合比设计确定最佳级配和最佳油量后，其各项性能指标发生一定变化。当然，根据本研究现有的试验结果看，采用同样级配和油量的条件下，与1号抗车辙剂相比，采用2号抗车辙剂时沥青混合料空隙率偏大，说明2号抗车辙剂的吸油率较大，在达到同样空隙率的条件下，2号可能需要更多的沥青填充空隙，这对于实体工程来说是不经济的，且其各方面性能与1号抗车辙剂相比也难有大幅提高。

2.2抗车辙沥青混合料压实特性试验分析

与抗车辙沥青混合料路用性能试验研究相同，本研究对不同抗车辙剂、不同掺量的AC-20F沥青混合料的压实特性试验也采用2.1.1节所确定的级配和最佳油石比。

由于旋转压实的试件成型方法比马歇尔击实方法更能模拟实际碾压的效果，且每一个旋转压实试所使用沥青混合料约4800g，能更好地避免混合料离析的现象，因此对于抗车辙剂沥青混合料压实特性的试验比对，本研究采用在165℃、150℃、135℃三个温度条件下通过旋转压实成型试件，并测试其密实度的方法进行。压实次数选择标准压实次数——100次。

将三种抗车辙剂不同抗车辙剂掺量的试验数据按照压实温度与试件密实度的关系作图，见图2.1～图2.3。

从表图2.1～图2.3可以看出，随着压实温度的增加，试验的抗车辙剂在各种掺量条件下试件的密实度都随着压实温度的上升而有所提高，这说明抗车辙AC-20F沥青混合料碾压温度越高越易压实，沥青混合料的密实度会越大。

135℃的压实温度时，三种抗车辙剂在3‰、4‰掺量下，试件密实度集中在92%～93%之间，各种条件下的试件密实度差别不大，说明135℃的碾压温度下，三种抗车辙沥青混合料均不太易压实。要获得较好的密实度，就需要提高压实温度。

从试验结果来看，当温度提高到165℃时，1号抗车辙剂3‰和4‰掺量的试件密实度分别提高到了95.6%和96.4%，而2号抗车辙剂3‰和4‰掺量的试件密实度分别为93.8%和94.1%，3号抗车辙剂3‰和4‰掺量的试件密实度分别为94.1%和93.6%，说明压实温度的提高更有助于提高1号抗车辙剂沥青混合料试件的密实度，当压实温度为165℃时，1号抗车辙剂沥青混合料比2号抗车辙剂和3号抗车辙剂沥青混合料更易压实，即1号抗车辙剂沥青混合料的压实性能好于2号和3号抗车辙剂沥青混合料。2号和3号抗车辙剂沥青混合料要想获得更好的密实度就需要继续提高压实温度，而在实际施工过程中，提高压实温度就意味着需要增加燃料支出，造成生产成本的提高，经济性也不如1号抗车辙剂沥青混合料。

3结论

本研究通过理论分析和试验验证，得出以下结论：

1、同样使用本研究确定的级配和油石比，根据抗车辙剂沥青混合料性能比对试验结果，1号抗车辙剂4‰掺量是最优选择。

2、1号抗车辙剂4‰掺量AC-20F沥青混合料的动稳定度满足设计文件的技术要求，马歇尔试验指标、冻融劈裂残留强度比和弯曲试验破坏应变（-10℃）试验结果都能满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）对普通沥青混合料的技术要求。

3、压实温度的提高有助于提高三种抗车辙剂沥青混合料的压实特性；同样使用本研究所确定的级配和油石比，三种抗车辙剂在3‰和4‰掺量条件下，1号抗车辙剂沥青混合料AC-20F最易压实，要达到规定压实度所需温度最低。

参考文献

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