抗车辙剂在某高速公路路面工程中的应用

殷南东，刘宇飞

（湖南通泰工程有限公司，湖南 长沙 410004）

随着我国高等级公路建设事业的飞速发展，公路交通量大幅增加，大流量、大轴载交通和交通渠化的加剧，使得路面车辙破坏成为突出的高速公路沥青路面早期破损形式。路面结构层上部由于受水平、垂直荷载的共同作用，上面层发生剪切位移。随着路面结构层位的下移，水平荷载的影响逐渐减小，结构层主要承受垂直荷载的作用，以发生竖向压缩变形为主。竖向压应变的峰值位于沥青面层的中下部，因此，主要承受竖向荷载作用的中面层是沥青路面车辙产生的根源，尤其是长大纵坡等路段因紧急刹车、车速慢导致轮胎接地时间长，车辙尤为严重。车辙按成因不同分三类：由沥青路面以下各结构层的永久性变形引起的结构性车辙；由混合料的侧向流动变形引起的失稳性车辙；压密性车辙和磨损性车辙。通过现场调查并进行路面钻芯和切割取样分析，综合室内试验结果分析，总体来说车辙产生的因素可分为外因和内因两个方面。外部因素主要包括高温、重荷载、渠化交通、车流量、路面坡度等。内部因素主要包括原材料性质、材料设计、施工质量控制等。

1 抗车辙剂的作用机理

预防车辙的常用措施有：a）调整矿料级配，采用更粗的级配 级配太粗虽然能改善抗车辙性能，但可能导致混合料离析及水损坏；b）对沥青进行改性 这一措施存在基质沥青与改性剂的相容性问题，而且在运输和储存过程中可能出现离析；c）掺加抗车辙剂 在沥青混合料中掺加各种纤维等抗车辙剂，或采用SMA、LSAM、ATPB等结构层。

抗车辙剂指以预防沥青路面车辙病害为主要应用目的的沥青改性剂，这是一种功能上的定义，凡是以抗车辙为目的的相关沥青改性剂均为广义上的抗车辙剂。抗车辙剂的作用机理主要有以下四方面。

1.1 嵌挤作用

抗车辙剂在施工过程中由于高温的作用而软化，这些微粒在碾压过程中热成型，相当于具有高粘附性的单一粒径细集料填充嵌挤到了集料骨架中的空隙，增加了沥青混合料结构的骨架作用，加强了混合料之间的相互作用力，使混合料之间更加紧密，降低了成型路面的渗透性，同时增加了沥青混合料承受荷载的能力。

1.2 加筋作用

由于抗车辙剂中聚合物形成的微结晶区具有相当的劲度，它在拌和过程中部分拉丝成塑料纤维，在集料骨架内搭桥交联而形成纤维，具有加筋作用。由于聚合物纤维的存在，它在胶结料中形成网状，加强了沥青矿粉胶结料体系的相互作用和整体性。

1.3 胶结作用

将抗车辙剂投入沥青混合料的拌和锅中，在170～180℃的温度下，首先通过与矿料干拌，使它软化，然后继续加入沥青拌和。抗车辙剂颗粒与沥青间的胶结作用，使沥青性能得到改善，提高了沥青的软化点，降低了沥青对温度的敏感性，增加了沥青与矿料的粘附能力。

1.4 变形恢复作用

抗车辙剂的弹性成分在较高温度时具有使路面的变形部分恢复弹性的功能，因而减少了成型沥青路面的永久变形。

2 抗车辙剂的类型

国外的抗车辙剂主要有：法国的PR，主要成分为聚合物；德国的DOMIX，主要成分为塑料改性剂；壳牌沥青公司的SEAM颗粒等。

国内的抗车辙剂主要有：交通运输部公路科学研究院研发的RA沥青改性剂，是以天然沥青和高分子化合物聚合而成，为国家火炬计划产品和国家专利产品；长安大学公路学院研发的BX沥青混合料添加剂，是在反复对比试验的基础上研发的高性能路用产品，是一种完全优于改性沥青加工工艺的高性能沥青混合料改性剂，特别能改善路面低温抗冻、抗水损、抗车辙等性能，显著提高沥青混合料马歇尔稳定度、低温弯曲应变系数、浸水马歇尔残留稳定度，与改性沥青比较，具有使用、存储、运输方便，成本低等特点，在使用过程中各项指标均高于或等同于SBS改性沥青。

3 掺加抗车辙剂的沥青混合料抗车辙性能试验

娄新高速公路是湖南省高速公路网规划“五纵七横”中的第三横——娄底至怀化高速公路的一段，起于上海至昆明国家高速公路娄底互通，止于新化县城南的新建村，路线长96.71km。原设计对长大纵坡路段路面未采取特殊措施，而娄底地区重车较多，受汽车荷载作用，长大纵坡路段路面极易形成车辙、拥包、推移等病害。经技术、经济论证，决定在长大纵坡路段（坡度＞3%以及坡度＞2%且坡长大于1km路段）路面中面层AC—20S沥青混凝土中掺加抗车辙剂，以提高长大纵坡路段路面抗车辙性能。为保证使用效果，选用两种抗车辙剂（分别为德国产Duroflex抗车辙剂和国产北美孚玄武岩矿物纤维），对分别掺加这两种改性剂的AC—20S沥青混合料进行水稳定性能（浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验）、高温稳定性能（车辙试验）以及低温抗裂性能（低温小梁弯曲试验）试验。

Duroflex抗车辙剂外观为灰褐色、不规则固体颗粒状，其主要物理指标见表1。

表1 Duroflex抗车辙剂的主要物理指标

北美孚玄武岩矿物纤维是由玄武岩矿石在约1 500℃高温下熔炼抽丝制成的分散纤维，外观为平均长度为3～6mm、平均直径约为5μm的不规则絮状纤维，其主要物理指标见表2。

表2 北美孚玄武岩矿物纤维的主要物理指标

3.1 抗车辙剂掺量

参考相关文献并根据厂商提供的说明书给出的推荐掺量，本次试验中，Duroflex掺量选定为混合料质量的0.3%，对北美孚玄武岩矿物纤维，掺量选定为混合料掺量的0.4%（车辙试验采用两组掺量，分别为0.4%和0.5%）

3.2 油石比

采用SBS改性沥青，不掺加任何添加剂时，AC—20S混合料的最佳油石比为4.4%，参考相关文献并根据经验，掺加Duroflex抗车辙剂和玄武岩矿物纤维后，油石比一般会相应增加。试验室采用4.5%的油石比对两种抗车辙剂分别成型马歇尔试件并实测孔隙率等体积指标，结果见表3。

表3 AC—20S沥青混合料马歇尔体积指标

从表3可以看出，各项指标均满足要求。因此，掺加两种抗车辙剂后的混合料最佳油石比均选定为4.5%。

3.3 掺抗车辙剂沥青混合料试验验证

根据以上矿料级配、抗车辙剂掺量、油石比以及拌和参数，成型相应的试件进行浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、车辙试验以及低温小梁弯曲试验来验证掺加抗车辙剂后的混合料的水稳定性、高温稳定性以及低温抗裂性能，并与不掺抗车辙剂的混合料的相关性能进行对比。

3.3.1 浸水马歇尔试验

双面击实75次成型马歇尔试件，进行浸水马歇尔试验，试验结果见表4。

表4 浸水马歇尔试验结果

3.3.2 冻融劈裂试验

双面击实50次成型马歇尔试件，进行冻融劈裂试验，试验结果见表5。

表5 冻融劈裂试验结果

3.3.3 车辙试验

在60℃、轮胎接地压强0.7MPa条件下进行车辙试验以检验混合料的高温稳定性。其中，Duroflex掺量为0.3%，玄武岩矿物纤维掺量分别为0.4%、0.5%两种，试验结果见表6。

表6 车辙试验结果

由车辙试验结果可以看出，掺加两种抗车辙剂后，沥青混合料动稳定度均有显著提高：

a）掺0.3%的Duroflex后，混合料的动稳定度平均为9511次／mm，碾压60min车辙变形平均深度为1.461mm；

b）掺0.4%的Duroflex后，动稳定度平均为8 619次／mm，碾压60min车辙变形平均深度为1.902mm；

c）掺0.5%玄武岩矿物纤维动稳定度平均为10 195次／mm，碾压60min车辙变形平均深度为1.289mm，试验完成后试件外观无明显辙痕。

3.3.4 低温小梁弯曲试验

对掺0.3%Duroflex和掺0.4%玄武岩矿物纤维的两组沥青混合料进行低温小梁弯曲试验以验证掺加抗车辙剂后混合料的低温抗裂性能。试验条件取温度为－10℃，加载速率为50mm／min。试验结果见表7。

表7 低温小梁弯曲试验结果

由低温小梁弯曲试验结果可以看出，掺加0.3%Duroflex的混合料极限破坏应变平均为3 100με，掺加0.4%玄武岩矿物纤维的混合料极限破坏应变平均为3 236με，均能够满足施工指导意见要求，且比不掺抗车辙剂时有显著提高。

4 结论

通过对掺加Duroflex抗车辙剂和北美孚玄武岩矿物纤维的沥青混合料进行水稳定性、高温稳定性以及低温抗裂性试验，结果表明各项性能均能满足要求，在一定的掺量下，对于提高混合料的高温稳定性均具有显著的作用，可以较好地提高沥青路面的抗车辙性能。

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