抗车辙剂改性沥青混合料的试验研究

杨红锁

（山西路杰公路工程技术咨询公司，山西 太原 030006）

0 引言

随着交通量的迅猛增加，沥青路面的车辙是路面早期损坏中最为突出的问题，其原因除了气候变暖、重载超载、渠化交通等因素有关外，常规沥青混合料不能满足实际使用要求也是一个很重要的原因[1]。

研究结果表明，车辙主要分为3种类型：结构型车辙、失稳型车辙和磨耗型车辙。其中以失稳型车辙造成的破坏最为严重，其次是磨耗型车辙。出现车辙以后会严重影响路面的耐久性和行车质量，对路面及通行车辆造成诸多危害，影响了路面的平整度，降低了行车舒适性；同时，车辆在更换方向或超车时容易失控，影响了车辆行驶的稳定性等，给高速行车的安全性带来隐患[2]。

根据沥青面层不同层位分工不同，上面层的主要功能为抗疲劳、防水、抗滑等，特别应该具有良好的温度稳定性和耐磨损性；中面层在整个沥青混合料面层中起到承上启下的作用，不仅要保证表面层的结构强度，将交通荷载向下传递，更重要的是必须具备较大高温稳定性，不产生永久变形。根据以往高速公路运行情况看，早期车辙主要发生在中面层。为了改善上述问题，我国高速公路建设采取了多种措施，例如采用“强基薄面”的沥青路面结构形式、使用SBS改性沥青混合料、采用抗车辙剂等[3-4]。本文主要研究了外掺抗车辙剂对沥青混合料性能的影响以及生产工艺，对抗车辙剂改性沥青混合料的应用提供指导。

1 原材料的选取

本试验用原材料经过了严格的筛选。其中，沥青采用SK70号基质沥青，其技术指标见表1，粗、细集料采用 16～19 mm、9.5～16 mm、4.75～9.5 mm、2.36～4.75 mm、0～2.36 mm的石灰岩，矿粉采用石灰岩矿粉，其技术指标见表2～表4，检验结果显示上述原材料均符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）的相关要求。抗车辙剂选取了以聚乙烯（[CH2-CH2]n）为主体材料的新型抗车辙剂。

表1 沥青性能试验数据

表2 粗集料技术性质

表3 细集料技术性质

表4 矿粉技术性质

2 混合料级配设计及油石比

本试验采用AC-20型密级配，矿料的合成级配见表5和图1，采用与普通热拌沥青混合料一致的最佳油石比作为抗车辙剂改性沥青混合料的油石比，采用GTM旋转压实成型的方式。

表5 AC-20级配各筛孔通过率 %

图1 矿料级配曲线

采用GTM法进行配合比设计，最终确定最佳油石比为4.1%。

室内制备抗车辙剂改性沥青混合料时，将加热到约180℃集料加入拌和锅内干拌90 s，再加入混合料质量0.2%～0.6%的外掺剂拌合90 s，然后加入沥青湿拌180 s，最后加入矿粉拌和90 s后，即可得到均匀的添加外掺剂的沥青混合料，继而进行后续的路用性能试验。

3 沥青混合料性能对比试验

在相同的试验条件下，对抗车辙剂改性沥青混合料和普通沥青混合料分别进行车辙试验、低温弯曲试验、浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验，对两种不同沥青混合料的高、低温性能以及抗水破坏的能力进行评价。性能试验数据见表6。

表6 掺加抗车辙剂沥青混凝土的试验结果

由表6可知，a）该抗车辙剂改性沥青混合料高、低温性能及水稳定性能指标良好，符合JTG F40—2004《公路沥青路面施工技术规范》的相关技术要求；b）该抗车辙剂改性沥青混合料的高温抗车辙能力远远高于同样条件下普通沥青混合料；c）抗车辙剂掺量由0.2%增加到0.4%时，混合料的各种性能得到很大程度的提高，由0.4%增加到0.6%时，混合料的各种性能提高幅度不大。

4 沥青混合料的微观结构分析及改性机理

本文对普通沥青混合料和抗车辙剂改性沥青混合料的样品微观结构进行了SEM观察，发现普通沥青混合料的沥青薄膜层黏附较薄，原因是沥青在加热后会呈现大流动状态，无法在集料表面形成较厚的黏附层，而外掺抗车辙后，车辙剂虽然熔化但不会流淌，并且会大量黏附于集料表面，这样有利于随后加入的热沥青与集料黏附，在此过程中抗车辙剂起到了良好的界面剂效果，同时熔化状态下的抗车辙剂在拌和过程中能够充分与沥青接触并对其改性，限制了热沥青的自由流动，改善了沥青混合料的抗车辙性。其改性机理：a）抗车辙剂在碾压过程中二次成型，填充嵌挤到了集料骨架中的空隙，使混合料更加密实，提高了沥青混合料的承载力；b）它在拌和过程中部分拉丝附着在集料表面，加强了沥青与集料的黏附，起到纤维加筋作用；c）抗车辙剂与沥青相互作用，提高沥青自身的性能；d）抗车辙剂含有的弹性成分具有好的弹性恢复的功能，降低了成型沥青路面的永久变形的风险。

5 添加工艺

根据试验确定添加剂掺配比例（一般为混合料质量的0.4%）后，向拌和锅中加入180～190℃的集料，同时投入抗车辙剂，干拌15～18 s，使抗车辙剂与集料充分拌和，然后再按生产配合比确定的沥青含量加入沥青，再拌和40～45 s，即得到抗车辙剂改性沥青混合料。为使抗车辙剂发挥最佳作用，在不影响拌和楼产量的情况下，可适当延长抗车辙剂与集料的拌和时间。

6 结论

a）在同样条件下，抗车辙剂具有显著的提高沥青混合料抗车辙能力，动稳定度比未使用抗车辙剂的基质沥青混合料提高5～6倍以上，低温性能及水稳定性能也有一定程度的提高。

b）提出了抗车辙剂的施工工艺及使用注意事项，抗车辙剂用量要控制在沥青混凝土质量的0.2%～0.6%之间。综合考虑路用性能以及成本，抗车辙剂的掺量以混合料的0.4%为宜。

c）抗车辙剂是通过对沥青混合料的嵌挤作用、加筋作用、胶结作用、变形恢复作用来提高沥青混合料的路用性能。

d）抗车辙剂改性沥青混合料社会和经济效益显著，适应新时期路面建设的需求。