掺入D—II抗辙裂剂的沥青混合料抗老化性能研究

樊长昕++马德崇++王威++李雪莲

摘 要：为了解掺入D-II抗辙裂剂的沥青混合料的抗老化性能，采取美国SHRP老化试验方法，对D-II抗辙裂剂掺加量为0%、0.15%、0.3%、0.4%以及0.5%的沥青混合料分别进行了实验室模拟老化，如：高温车辙试验、低温弯曲试验和冻融劈裂试验。试验结果表明：掺入D-II抗辙裂剂的沥青混合料具有很好的抗老化性能，高温抗车辙、低温抗裂以及抗水损性能均很好，且性能稳定。确定合理掺加量为0.4%。

关键词：抗辙裂剂；模拟老化；SHRP；掺加量

中图分类号：U414 文献标識码：A 文章编号：1671-2064（2017）05-0124-03

Study on the Anti-Aging Performance of Asphalt Mixture Added with D - II Anti-Rutting Agent

Fan Changxin

（National and Local Joint Engineering Laboratory of New Materials in Road；Shanxi Transportation Research Institute，Taiyuan Shanxi 030006）

Abstract：To study the anti-aging performance of asphalt mixture added with D - II anti-rutting agent ， use the American SHRP asphalt mixture aging test method， make the laboratory simulation aging test of asphalt mixture adding D - II anti-rutting agent， which amount was 0%， 0.15%， 0.3%， 0.4% and 0.5%，such as： high temperature rutting test， low-temperature bending test and freeze-thaw splitting test. The test results showed that the asphalt mixture added with D - II anti-rutting agent has good stable properties in anti-aging， high temperature rutting performance， low temperature cracking performance and resistance to water damage performance .The reasonable adding quantity is 0.4%.

Key words：Anti-rutting Agent； Simulation Aging； SHRP； Mixing Amount

随着我国交通建设的迅速发展，沥青路面道路的比重越来越多。并且沥青高速公路达到维修养护阶段的规模进展也十分迅速[1]。而目前新建的一些沥青公路在设计服务年限内就会发生路面病害，如车辙、龟裂甚至坑槽等，既影响行车舒适性，又加大了维修养护成本。沥青路面在使用期间承受交通、气候等环境因素的综合作用，沥青混合料的使用性能保持稳定或发生较小变化的能力，称为沥青混合料的抗老化性能[2]。

国内外许多研究报告表明，沥青混合料的抗老化性能与沥青路面的使寿命关联很大。为改善沥青高速公路的质量，以提高沥青混合料的高温抗车辙性能、低温抗开裂以及抗水损害的性能，相关学者提出许多实施改进方案，如使用改性沥青、加入改性剂或改良矿料级配等[3]。掺入改性剂对沥青混合料改性研究是比较常见的方法，目前应用较多的主要有多米克斯、PR、车辙王等抗车辙剂。然而国内对掺入外加改性剂的沥青混合料的抗老化研究还比较少[4]。

因此，为提高沥青高速公路的质量，对沥青混合料的抗老化性能研究十分必要。本文主要对自主研发的D-II抗辙裂剂的抗老化性能进行综合评价，以掺加量为变量通过高温动稳定度车辙试验、低温小梁弯曲试验以及冻融劈裂试验实现实验室规模的短期、长期模拟老化，与未进行老化的混合料进行性能对比，得出结论。

1 试验部分

1.1 主要原材料

石油沥青选用中石化东海牌90号沥青，按照JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》相关标准进行性能检测，其主要技术指标见表1。

德路加D-II抗辙裂剂为黑色松散颗粒，常温存储无粘结聚集现象，各项指标符合出厂要求。

沥青混合料用粗细集料均为石灰岩，矿粉为石灰岩磨制所得。

1.2 试验工艺

沥青混合料类型为AC-20，矿料级配组成见表2。

拌合温度为180℃，压实温度为150～160℃。室内进行沥青混合料的拌合，掺入D-II抗辙裂剂的沥青混合料为干法生产，D-II与加热到190℃的石料先干拌90s，然后加入沥青湿拌90s，再加入矿粉拌和90s。

1.3 试验方案

本文采用美国SHRP计划提出的沥青混合料模拟老化标准进行试验。对不同德路加D-II抗辙裂剂掺加量的沥青混合料进行试验室内短期长期老化处理。D-II掺加量分别为沥青混合料的0%、0.15%、0.3%、0.4%以及0.5%。并进行了老化前后的高温动稳定度车辙、低温小梁弯曲以及冻融劈裂水稳定性试验。通过各掺加量的沥青混合料抗老化性能的对比，全面评价D-II抗辙裂剂的抗老化性能，并确定最佳掺加量。

2 结果与讨论

2.1 老化对沥青混合料高温抗车辙性能的影响

沥青混合料的高温抗车辙性能是指夏季高温行车条件下，在车辆荷载的长期重复作用下，路面不发生车辙泛油等病害的性能[5]。实验室通过车辙试验测得动稳定度来评价其性能。动稳定度是指在规定稳定及荷载条件下，沥青混合料每产生1mm变形的行走次数。

该试验按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）的标准要求进行。车辙实验仪为北京航天航宇测控技术研究所的HYCZ-5型，试件采用碾压成型的300mm×300mm×50mm车辙试件，试验温度为60℃[6]。

本次研究对不同D-II掺加量（0%、0.15%、0.3%、0.4%及0.5%）的沥青混合料分别进行未老化和短期老化的车辙试验，测试结果动稳定度见表3。

表3试验数据说明，未老化和短期老化两种试验条件下，随着D-II抗辙裂剂掺量的增加，动稳定度也在逐步增加。当掺量达到0.3%时，动稳定度为3937次/mm，达到相关标准，满足高温路用条件。说明D-II抗辙裂剂在0.3%的掺量即具有优良的高温抗车辙性能。当掺量为0.4%和0.5%之间时，动稳定度在5000～6000次/mm之间，性能十分稳定。说明0.4%的抗辙裂剂掺加量已经具有优良的高温抗车辙性能。

短期老化和未老化相比，动稳定度均有相应的增长，提高了20%～30%之间。主要是由于在短期老化中沥青中轻质组分的挥发，使得沥青粘度变高，混合料高温性能的整体提升有关。这和目前普遍认为的短期老化后沥青混合料变硬，动稳定度变高的观点一致。当掺量达到为0.4%后，动稳定度的涨幅变小，主要是抗辙裂剂掺量的增加，吸收了部分沥青中的轻质组分，使得短期老化中沥青混合料的变化不大。说明0.4%的掺量下，沥青混合料具有稳定的高温性能抗老化能力。

综上所述，从高温抗车辙性能、抗老化性能以及经济性考虑，0.4%的掺加量已经可以很好地满足相关要求，0.5%的掺加量即造成经济上的浪费。所以，0.4%的抗辙裂剂掺量是合理的。

2.2 老化对沥青混合料低温弯曲性能的影响

冬季我国大部分地区处于零下温度，沥青路面在低温条件下容易发生开裂现象，因此研究沥青混合料的低温抗裂性能十分必要。本次研究采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）中T0715-2011弯曲试验，在小梁跨中给试件施加集中荷载至断裂破坏，测得破坏应变为评价标准。试件为轮碾成型的车辙板切割制作的棱柱体试件，尺寸符合长250mm±2.0mm、宽30mm±2.0mm、高35mm±2.0mm的相关技术要求[7]。分别对不同D-II抗辙裂剂掺加量（0%、0.15%、0.3%、0.4%及0.5%）的沥青混合料进行未老化和长期老化的低温小梁弯曲试验，测试结果破坏应变见表4。

表4试验数据说明，未老化条件下，随着抗辙裂剂掺量的增加，沥青混合料的低温弯曲破坏应变在逐渐提高。当掺加量为0%时，弯曲破坏应变为1816με，无法满足低温抗裂性能的要求。当掺加量达到0.3%时，弯曲破坏应变为2672με，达到JTG F40---2004 《公路沥青路面施工技术规范》中弯曲破坏应变大于2600με的要求。当掺加量达到0.4%到0.5%时，弯曲破坏应变保持在2900με左右，表明沥青混合料低温抗裂性能趋于稳定。

经过长期老化试验后，不同掺量下弯曲破坏应变均会减少。当掺加量为0.3%时，已无法满足规范的要求。当掺加量为0.4%到0.5%时，才能满足老化后弯曲破坏应变大于2600με的要求。

综上所述，从低温抗裂性能、抗老化性能考虑，0.4%～0.5%的掺加量才可以满足抗裂性能的要求。

2.3 老化对沥青混合料水稳性能的影响

水稳定性能是沥青混合料的重要指标，表示沥青混合料的抗水损害能力。我国主要按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）的要求，进行浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验[8]。

冻融劈裂试验的条件比浸水马歇尔试验会苛刻一些，所以本文选用冻融劈裂试验来评价沥青混合料的抗水害性能，试验温度为25℃，加载速率为50mm/min。试件为双面各50次击实的标准马歇尔试件，高度符合63.5±1.3mm的要求。试件成型后经过冻融循环条件后测得劈裂强度，以冻融试件的劈裂强度与未冻融试件的劈裂强度之比TSR作为沥青混合料水稳定性能的评价指标[9]。分别对不同D-II掺加量（0%、0.15%、0.3%、0.4%及0.5%）的沥青混合料进行未老化和长期老化的冻融劈裂试验，测试结果冻融劈裂试验强度比TSR见表5。

从上述表5试验数据分析可得，随着D-II抗辙裂剂的掺入量增加，冻融劈裂试验强度比TSR也在逐步增加。掺加量为0.3%时，TSR刚好满足沥青混合料规范的冻融劈裂试验强度比TSR不小于80%的要求。当加入量为0.4%时TSR达到93.14%，0.5%时TSR达到94.19%，性能十分优异。

老化试验后，TSR变化规律与未老化相似，掺加量为0.3%时即满足沥青混合料规范的长期老化后TSR不小于75%的要求。当加入量为0.4%时TSR达到89.49%，0.5%时TSR达到91.19%，表明沥青混合料体系具有优良的水损抗老化性能。

综上所述，在D-II掺量0.4%与0.5%的条件下，冻融劈裂试验以及老化试验后，AC-20沥青混合料抗水损性能满足相关规范，达到很好的效果。从使用性能和经济性考虑，0.4%的抗辙裂剂掺量是最合理的。

3 结语

（1）从高温抗车辙性能以及经济性考虑，0.4%的掺加量已经可以很好地满足相关要求，0.5%的掺加量即造成经济上的浪费。

（2）从低温抗裂性能考虑，0.4%～0.5%的掺加量才可以满足低温抗裂性能和抗老化性能的要求。

（3）在D-II掺量0.4%与0.5%的条件下，冻融劈裂试验以及老化试验后，AC-20沥青混合料抗水损性能满足相关规范，达到很好的效果。从使用性能和经济性考虑，0.4%的抗辙裂剂掺量是最合理的。

（4）综上所述，德路加D-II掺加量的合理掺加量为沥青混合料的0.4%。此时从高温抗车辙、低温抗裂以及抗水损性能考虑，沥青混合料均具有优良稳定的抗老化性能，满足相关要求。

参考文献

[1]徐志元，练可方，徐伟.沥青及沥青混合料老化试验方法评价分析[J].公路工程，2011，（2） .

[2]杨瑞华，谭波，陆宏新.硬质沥青混合料抗老化性能研究[J].公路工程，2013，38（2）.

[3]陈华鑫，姜艺，李硕，等.沥青混合料老化后的低温性能[J].长安大学学报：自然科学版，2010（1） .

[4]杨红锁.抗车辙剂改性沥青混合料的试验研究[J].山西交通科技，2014（1）.

[5]李惠霞.基于细观力学的沥青混合料紫外光老化研究[D].西安建筑科技大学，2013.

[6]交通部公路科学研究院.JTG F40公路沥青路面施工技術规范[S].北京：人民交通出版社，2004.

[7]杨怡.高模量剂对沥青混合料抗老化性能的影响研究[J].湖南交通科技，2014，（4）.

[8]陈峰.基质沥青和沥青老化行为与机理研究[D].长安大学，2012.

[9]交通部公路科学研究院.JTG E20公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].北京：人民交通出版社，2011.