黏结剂及抗车辙剂对沥青混合料路用性能的影响

叶林滨

（陕西华山国际工程集团有限公司，陕西 西安 710003）

0 引 言

博茨瓦纳马翁机场项目新建、扩建跑道以及停机坪面层均选用沥青混凝土面层，跑道和停机坪对于沥青混凝土面层的泛油和抗车辙要求严格。现行材料中，沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）作为面层不仅美观耐用、功能优异，而且其结构特性可作为磨耗层；但对于机场跑道及停机坪这些特殊工程，沥青玛蹄脂混合料的路用性能，特别是抗车辙性能，并不能完全满足实际的使用要求［1－3］。

一直以来，国内外学者对黏结剂及抗车辙剂都做了大量研究。东南大学张锐等研究了新型沥青添加剂TPS的性能，认为加入TPS后沥青混合料的高温性能、抗疲劳性能及水稳定性都得到了提高［4］。同济大学关永胜等研究了间断级配橡胶沥青混合料的抗车辙性能，认为室内实验室设计的ARAC13级配具有良好的抗车辙性能［5］。北京建筑大学郭利杨等研究了新型木质素纤维及抗车辙剂对SMA沥青混合料的性能影响，认为普通木质素纤维和抗车辙剂能够很大程度地提高SMA的路用性能［6］。东南大学黄宝涛等研究了沥青混合料抗车辙性能的分形描述方法，通过分析宏观和微观的关联性，找到了一种依据路用性能来设计沥青混合料集料级配的方法［7］。通过工艺改进，在沥青中加入一定的添加剂，可显著改善沥青混凝土面层的某些性能或整体性能；因此，选择合适的添加剂对提高沥青混凝土面层的使用性能和延长面层的使用寿命，都具有十分重要的意义［8－10］。此外，通过在沥青混合料中添加抗车辙剂也能够较大程度地提高沥青混凝土面层的抗车辙能力。

根据马翁机场项目对于沥青混凝土面层泛油和抗车辙的要求，笔者选取南部非洲跑道和路面施工常用的70＃基质沥青、SBS改性沥青、Sasolwax FlexTM改性沥青3种黏结剂，在Sasolwax FlexTM改性沥青中掺加ARA－W、ARA－B两种类型的抗车辙剂，通过行车荷载模拟系统（MMLS3）试验、低温小梁弯曲试验、疲劳试验、浸水马歇尔试验及冻融劈裂试验，研究不同黏结料以及不同类型抗车辙剂对沥青混合料路用性能的影响。

1 原材料

1．1 黏结剂

（1）70＃基质沥青。70＃基质沥青采用韩国双龙（S－OIL牌）A级道路石油沥青，检验结果及标准要求见表1。

表1 70＃基质沥青技术性质

（2）SBS改性沥青。试验所用SBS改性沥青为南非防水公司生产，其技术指标见表2。

表2 SBS改性沥青技术性质

（3）Sasolwax FlexTM改 性 沥 青。Sasolwax FlexTM改性沥青是一种自制的改性沥青，通过整合改性SBS和Sasobit沥青的技术概念，增强了弹性复原能力及高温抗变形能力［11－15］。该产品需要使用专有的交联剂Sasolwax Link TXTM来提高聚合物和沥青的相容性，使稠度受控的聚合物改性沥青得以生产［16］。Sasolwax FlexTM改性沥青的技术指标见表3。

表3 Sasolwax FlexTM改性沥青的技术性质

1．2 集料

粗集料和细集料由距项目所在地100km的采石场加工生产，矿粉采用4．75～9．5mm石灰岩矿粉。经试验检测，集料技术指标均满足标书和相关规范要求。

1．3 抗车辙剂

选用ARA－B、ARA－W 两种抗车辙剂，其检测指标见表4。其中，ARA为抗车辙剂英文首字母缩写，W代表白色，B代表黑色。

表4 抗车辙剂主要性能的检测结果

2 混合料的配合比设计

笔者采用普通SMA－13级配，根据矿料级配范围及集料筛分结果并经过调试，确定沥青混合料的合成级配曲线，最终确定矿料的级配组成，见表5。通过马歇尔试验确定3种不同黏结剂的沥青混合料的最佳油石比分别为6．0%、6．2%、6．3%。

表5 沥青混合料矿料级配

3 路用性能对比分析

3．1 高温性能

对5种SMA－13沥青混合料进行行车荷载模拟系统（MMLS3）试验。行车荷载模拟系统（MMLS3）是一种加速路面试验工具，允许应用真实的车轮接触应力来评估路面结构和道路铺设材料的车辙。分析3种不同类型黏结剂以及不同类型抗车辙剂对SMA－13沥青混合料高温性能的影响，对其施加100 000标准车轮负载，试验结果见图1。其中，70＃SMA－13 为 70＃基 质 沥 青 混 合 料，SBSSMA－13为SBS改性沥青混合料，SF－SMA－13为Sasolwax FlexTM改性沥青混合料，SF－SMA－13＋B、SF－SMA－13＋W 分别为Sasolwax FlexTM改性沥青混合料掺加白色和黑色抗车辙剂。

图1 MMLS3试验结果

由图1可知，在施加100 000标准车轮负载后，Sasolwax FlexTM改性沥青混合料的车辙深度分别是70＃基质沥青混合料和SBS改性沥青混合料的0．61、0．81倍。3种类型黏结剂混合料的动稳定度由大 到 小 依 次 为 SF－SMA－13、SBS－SMA－13、70＃SMA－13，车辙深度分别为1．44、1．78、2．38mm。在Sasolwax FlexTM改性沥青混合料中加入ARA－B和ARA－W型抗车辙剂，车辙深度分别为1．26mm和1．35mm，为未加抗车辙剂的1．07倍和1．14倍，白色抗车辙剂对SF－SMA－13动稳定度的改善效果比黑色抗车辙剂好。由此说明，不同黏结剂及不同抗车辙剂对沥青混合料的高温性能影响很大，Sasolwax FlexTM改性沥青具有很好的抗车辙性能，白色抗车辙剂ARA－W的对车辙的改善效果优于黑色抗车辙剂ARA－B。

3．2 低温性能

对5种SMA－13沥青混合料进行低温小梁弯曲试验，研究3种不同类型黏结剂及抗车辙剂对SMA－13沥青混合料低温性能的影响，试验结果见表6。

表6 低温小梁弯曲试验结果

由表6可知，Sasolwax FlexTM改性沥青混合料的抗弯拉强度要高于70＃基质沥青混合料及SBS改性沥青混合料，3种类型黏结剂混合料的抗弯拉强度由大到小依次为 SF－SMA－13、SBS－SMA－13、70＃SMA－13。由此可见，SF－SMA－13的低温性能优于70＃SMA－13和 SBS－SMA－13；SF－SMA－13加入抗车辙剂后，混合料的抗弯拉强度变化不大，说明2种抗车辙剂基本不影响沥青混合料的低温性能。

3．3 抗疲劳性能

选用应变控制的荷载模式与UTM试验机对5种SMA－13沥青混合料进行疲劳试验，分析3种不同类型黏结剂及抗车辙剂对SMA－13沥青混合料抗疲劳性能的影响，试验结果见表7。

表7 疲劳寿命

由表7可知，Sasolwax FlexTM改性沥青混合料的疲劳寿命要远远高于加入其他2种黏结剂的沥青混合料。SF－SMA－13的疲劳寿命分别是70＃SMA－13和SBS－SMA－13疲劳寿命的8．9倍、2．4倍。由此可见：Sasolwax FlexTM改性沥青使沥青混合料的疲劳寿命有了很大的提高，可有效延长路面的使用寿命；在SF－SMA－13加入2种抗车辙剂后，其混合料的疲劳寿命变化不大。

3．4 水稳定性能

对5种SMA－13沥青混合料进行浸水马歇尔试验与冻融劈裂试验，分析3种不同类型黏结剂及2种抗车辙剂对沥青混合料水稳定性能的影响，试验结果见表8。

表8 水稳定性能试验结果

由表8可知，SF－SMA－13的残留稳定度分别是70＃SMA－13、SBS－SMA－13残留稳定度的1．05倍、1．02倍，冻融劈裂比分别为 70＃SMA－13、SBSSMA－13 的 1．06 倍、1．04 倍。 可 见，Sasolwax FlexTM改性沥青型黏结剂提高了沥青混合料的抗水损害能力。3种类型黏结剂的沥青混合料抗水损害能力从大到小依次为 SF－SMA－13、SBS－SMA－13、70＃SMA－13；在SF－SMA－13中加入2种类型的抗车辙剂，沥青混合料的残留稳定度及冻融劈裂比没有明显变化，由此可知ARA－B、ARA－W两种类型的车辙剂不能提高沥青混合料的抗水损害能力。

4 结 语

（1）Sasolwax FlexTM改性沥青型黏结剂能够提高沥青混合料的高温性能和水稳定性能，此类型黏结剂的混合料SF－SMA－13的高温稳定性与水稳定性能明显优于70＃SMA－13和 SBS－SMA－13两种类型，满足博茨瓦纳马翁机场对沥青混凝土面层抗车辙性能要求高的特点，可广泛应用于当地机场的建设。

（2）相比于70＃SMA－13、SBS－SMA－13，Sasolwax FlexTM改性沥青型黏结剂能够明显提高沥青混合料的疲劳寿命；Sasolwax FlexTM改性沥青混合料的低温性能优于其他2种黏结剂类型混合料，因此可以应用于对疲劳寿命要求高的面层。

（3）Sasolwax FlexTM改 性 沥 青 混 合 料中加入ARA－B和ARA－W两种类型抗车辙剂后，沥青混凝土面层的抗车辙性能得到了明显的提高，能完全满足跑道和停机坪对沥青混凝土面层抗车辙性能的要求；但2种抗车辙剂对面层的低温性能、抗疲劳性能、抗水损害性能影响不大，后续可以继续添加其他外掺剂进行研究。

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