抗车辙剂和湖沥青对沥青混合料路用性能影响试验研究

■高 超奚 进

(1中咨华科交通建设技术有限公司，北京 100195；2 江西省交通科学研究院，南昌 330038)

抗车辙剂和湖沥青对沥青混合料路用性能影响试验研究

■高 超1奚 进2

(1中咨华科交通建设技术有限公司，北京 100195；2 江西省交通科学研究院，南昌 330038)

为了比较分析添加抗车辙剂和湖沥青对沥青混合料路用性能的影响，本文对沥青混合料进行配合比设计，并在沥青混合料中分别添加3‰的国产某品牌抗车辙剂和25%的湖沥青，通过采用高温车辙试验、冻融劈裂试验、浸水马歇尔试验、低温弯曲试验，对添加抗车辙剂后的沥青混合料高温性能、水稳定性能、低温性能进行评价。研究表明：湖沥青和抗车辙剂均能改善沥青混合料的高温、抗水损和低温方面性能；在改善高温性能方面抗车辙剂优于湖沥青，在低温和抗水损害方面湖沥青优于抗车辙剂。

抗车辙剂 湖沥青 沥青混合料 路用性能 试验研究

1 引言

我国经济快速发展的背景下，交通运输业繁荣发展，重载交通不断增多，超载现象时常发生，导致爬坡路段、超载严重和车流量较大路段沥青路面抗车辙能力不足，出现车辙、推移和拥包等病害，使得路道路路用性能下降，道路寿命缩短。

国外较多采用抗车辙剂来提高道路抗永久变形的能力。抗车辙剂在提高道路高温性能的同时不会降低道路的其它性能，而且工艺简单，便于施工。

湖沥青属于涌出地面的天然沥青，在国外广泛使用，表现出优良的路用性能，主要体现在：(1)高温抗车辙性能好。湖沥青是在高温下经过亿万年充分氧化后形成的，分子量较大，不含蜡，且灰分呈珊瑚状，在高温下可以将沥青轻组分吸入孔隙中，具有较高的聚合度，这使得湖沥青温度敏感性降低、软化点提高，抗车辙能力增强[1-3]。(2)抗水损害性能好。湖沥青中含有大量的氮、氧等，使得沥青的极性增强，对集料的粘附性得到提高，从而使得抗水损害性能提高[1-3]。(3)抗老化性能好。湖沥青中氮以官能团形式出现，且含量是普通沥青的几十倍，对自由氧化基具有较高的抗性，这使得湖沥青具有较优的抗老化性能。另外由于湖沥青本身是沥青，不属于改性剂，与沥青成分完全相同，将其加入石油沥青中，两者相容性较好[1-3]。

国内对分别添加抗车辙剂和湖沥青来改善道路性能均有一定的研究，但是对两者对比研究较少。因此，本文对同一配比的沥青混合料分别添加抗车辙剂和湖沥青，进行对比研究。

2 试验材料

2.1 湖沥青性能指标

本文中采用的湖沥青是特立尼达湖沥青，该沥青技术指标见表1，试验结果表明该种湖沥青具有较好的高温性能和抗老化性能。

2.2 基质沥青指标

本次研究选择了中海油A级50号道路石油沥青，其各项试验结果均满足 《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)，详见表2。

表1 特立尼达湖沥青试验结果

表2 基质沥青试验结果

2.3 抗车辙剂技术性能

研究中采用的是某国产品牌抗车辙剂，其外观为灰黑色颗粒状，掺量为沥青混合料总质量的3‰，该抗车辙剂是多种聚合物共混后制备出的沥青混合料改性剂。它可以对沥青加以改性，提高沥青的高温性能；且增强集料表面粘结力；另外具有填充混合料起到加筋作用[4]。从而大幅提高沥青混合料高温稳定性能，已在多条高速公路得到成功应用。其基本性质如表3所示。

表3 抗车辙剂技术性质

2.4 其它原材料

研究中混合料所采用的集料为辉绿岩和机制砂，填料为石灰岩磨细加工的矿粉。

3 配合比设计

3.1 级配确定

本文对沥青混合料进行配合比进行设计，所设计沥青混合料为AC-13C型。在确定级配时为了提高混合料的性能，需要尽量保证合成级配曲线为平缓的“S型”曲线，不出现拐点，并且减少较小粒径及较大粒径集料的用量[5-6]。根据上述要求选取合适的沥青混合料级配，如表4和图1所示。

图1 合成级配曲线图

表4 合成级配

3.2 油石比确定

以0.5%为间隔按照4.0%、4.5%、5.0%、5.5%、6.0%油石比成型5组马歇尔试件，对各试件进行力学及体积指标测试，其结果如表5所示。

表5 沥青混合料力学及体积指标

从表5可以确定最佳油石比为5.0%，其各项指标均满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)要求。

3.3 改性沥青混合料制备

本文在上述沥青混合料配合比设计基础上，分别加入抗车辙剂(混合料总质量3‰)和湖沥青(湖沥青与基质沥青质量的比值为1:3)，制备抗车辙剂沥青混合料和湖沥青混合料。

4 路用性能

4.1 高温性能

本研究遵照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ E20—2011)要求，成型尺寸为300mm×300mm×50mm的车辙试件，对沥青混合料高温性能进行评价，其试验结果如表6和图2所示[4]。

图2 不同沥青混合料高温性能试验结果

表6 不同沥青混合料高温性能试验结果

从表6和图2可知：(1)未添加抗车辙剂或者湖沥青的基质沥青混合料、加入湖沥青的沥青混合料和加入抗车辙剂的沥青混合料动稳定度均满足 《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ E20—2011)中1-4区动稳定度要求。加入抗车辙剂或者湖沥青后沥青混合料抗车辙性能提高，说明抗车辙剂和湖沥青均可以改善沥青混合料的高温稳定性能。(2)加入抗车辙剂的混合料动稳定度结果＞加入湖沥青混合料动稳定度＞未加抗车辙剂或者湖沥青的混合料动稳定度，说明抗车辙剂在改善混合料高温性能方面比湖沥青更优。

4.2 水稳定性能

本研究遵照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ E20—2011)要求，分别成型75次击实次数的马歇尔试件10个和50次击实次数的马歇尔试件10个，采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验评价混合料的抗水损害性能，其试验结果如表7和图3所示。

图3 不同沥青混合料水稳定性试验结果

表7 不同沥青混合料水稳定性试验结果

从表7和图3可知：(1)未添加抗车辙剂或者湖沥青的基质沥青混合料、加入湖沥青的沥青混合料和加入抗车辙剂的沥青混合料残留稳定度比和冻融劈裂强度比均满足 《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ E20—2011)中1-4区残留稳定度比和冻融劈裂强度比要求。且加入抗车辙剂或者湖沥青后沥青混合料残留稳定度和冻融劈裂强度比均较基质沥青混合料有所提高，说明抗车辙剂和湖沥青均可以改善沥青混合料的抗水损害性能。(2)加入湖沥青混合料抗水损性能＞加入抗车辙剂的混合料抗水损性能＞未加抗车辙剂或者湖沥青的混合料抗水损性能，说明湖沥青在改善混合料抗水损害性能方面比抗车辙剂更优。

4.3 低温性能

本研究按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ E20—2011)要求，成型尺寸为300mm×300mm×50mm的车辙试件，再切割成尺寸为35mm×30mm×250mm的标准小梁试件，并在试验条件为‐10℃下进行低温弯曲试验，其试验结果如表8和图4所示。

图4 不同沥青混合料低温性能试验结果