DXG-1 抗车辙剂沥青混合料路用性能研究

李志刚

（河南交院工程技术有限公司，郑州 450000）

早期路面多选用水泥混凝土作为面层，这种类型的结构层行车舒适性较差，噪声较大，后期养护、改造成本较高，已逐渐从高等级公路中退出. 沥青混合料属于柔性结构层，具有良好的路用性能，易于大型机械作业，开放交通较快，同时后期养护维修成本较低，已成为现阶段高等级公路最主要的面层结构层类型［1-2］.但随着交通量日益增多，尤其重轴载车辆，沥青路面在还未达到设计使用年限之前就会出现车辙、裂缝、泛油、拥包等病害，特别是车辙的出现会严重影响行车的舒适性及安全性［3-4］. 这些病害如果不及时处治会导致沥青路面的服务能力进一步恶化，也会造成养护维修成本大幅度增加. 尤其公路交通运输行业的大力兴起，以及渠化交通、超载现象的出现，让路面车辙病害问题显得更为突出［5］. 车辙本身并不是危害最大的，而是车辙出现后维修难度大，也会引起其他路面病害. 在2014 年，长沙理工大学郑健龙院士提出了“基于结构层寿命递增的耐久性沥青路面设计新思想”，指出上面层破坏是沥青路面破坏的根源［6］. 这一理论的提出，更加体现沥青路面路用性能的重要性. 现阶段在高等级公路中用改性沥青来改善沥青路面的高温抗车辙能力最为常见，如SBS改性沥青混合料，能够很好地改善沥青路面的路用性能［7-8］. 在混合料中掺入抗车辙剂来改善沥青路面的高温抗车辙能力已成为道路工作者研究的重要课题［9-10］. 本文选用DXG-1新型抗车辙剂来改善混合料的高温抗车辙能力，通过试验确定DXG-1的最佳掺量，同时将SBS改性混合料与掺DXG-1抗车辙剂混合料的路用性能进行对比分析，为DXG-1抗车辙剂在沥青路面中的应用提供技术帮助.

1 原材料及配合比设计

1.1 沥青

沥青对沥青路面的性能起着决定性作用，因此沥青种类的选取至关重要. 本文选用SBS I-D 改性沥青及70#A级基质沥青展开研究. 两种沥青主要技术指标试验结果分别见表1、表2.

表1 SBS I-D 改性沥青主要技术指标试验结果Tab.1 Test results of main technical indexes of SBS I-D modified asphalt

表2 70#A级基质沥青主要技术指标试验结果Tab.2 Test results of main technical indexes of 70#abase asphalt

1.2 抗车辙剂

本文选用抗车辙剂的型号为DXG-1，黑色固体颗粒，是一种高分子聚合物沥青路面专用添加剂，在混合料中起到加筋、增韧、填充的效果，能够大幅度增强沥青路面的高温抗车辙能力，同时对混合料低温抗开裂、抗水损害及抗滑能力也有较好的改善效果. 其主要技术指标试验结果见表3.

表3 DXG-1 抗车辙剂主要技术指标试验结果Tab.3 Test results of main technical indexes of DXG-1 anti rutting agent

1.3 配合比设计及马歇尔试验结果

本文选用AC-13C 级配类型进行研究，粗集料为3～5 mm、5～10 mm、10～15 mm 玄武岩碎石，细集料为0～3 mm石灰岩机制砂，填料为石灰岩磨细的矿粉，矿料级配设计结果见表4，普通AC-13C、SBS改性AC-13C混合料最佳油石比及马歇尔试验结果见表5.

表4 矿料级配设计结果Tab.4 Results of aggregate gradation design单位：%

表5 最佳油石比及马歇尔试验结果Tab.5 Optimum oil stone ratio and Marshall test results

2 抗车辙剂掺量

DXG-1抗车辙剂能够辅助改善沥青路面的路用性能，尤其对高温抗车辙能力的改善更为显著，加量较少，效果不太明显，掺量过大又会影响混合料内部结构组成，成本增加，达不到理想效果. 夏季炎热环境下，沥青路面在车辆轴载的作用下极易出现车辙病害［11-12］. 评价沥青路面高温稳定性的方法有多种，主要包括：圆柱体单轴静载、车辙试验、重复试验、三轴静载及马歇尔试验等［13-14］. 由于DXG-1抗车辙剂的主要用途是改善沥青路面的高温抗车辙能力，因此本文选用车辙试验及马歇尔试验来确定抗车辙剂最佳掺量.

2.1 高温稳定性

不同DXG-1掺量（混合料中质量占比）的AC-13C普通混合料及SBS改性AC-13C混合料高温抗车辙试验结果见表6，不同DXG-1掺量的AC-13C普通混合料车辙深度及动稳定度试验结果分别见图1、图2.

表6 车辙试验结果Tab.6 Rutting test results

由表6、图1、图2可以得出：随着DXG-1掺量的增加，普通混合料车辙深度逐渐降低，动稳定度试验结果逐渐升高；当DXG-1掺量超过0.4%时，动稳定度试验结果增幅降低，此时混合料内部嵌挤作用已经发挥得比较充分，掺量过大动稳定度试验结果提高幅度减缓，也是不经济的；SBS改性混合料车辙深度及动稳定度试验结果与DXG-1掺量为0.3%时普通混合料相当，表明当DXG-1掺量大于0.3%时，普通混合料高温抗车辙能力优于SBS改性混合料.

图1 车辙深度试验结果Fig.1 Results of rutting depth test

图2 动稳定度试验结果Fig.2 Dynamic stability test results

2.2 马歇尔试验

不同DXG-1掺量的AC-13C普通混合料及SBS改性AC-13C混合料马歇尔试验结果见表7，不同DXG-1掺量的AC-13C普通混合料稳定度及流值试验结果分别见图3、图4.

表7 马歇尔试验结果Tab.7 Marshall test results

由表7、图3、图4可以得出：随着DXG-1掺量的增加，普通混合料稳定度及流值试验结果均逐渐升高；当DXG-1掺量超过0.4%时，稳定度试验结果增幅降低；SBS改性混合料稳定度及流值试验结果与DXG-1掺量为0.5%时普通混合料相当.

图3 稳定度试验结果Fig.3 Stability test results

图4 流值试验结果Fig.4 Flow value test results

3 路用性能

3.1 低温抗裂性

北方季节性冰冻区，当沥青路面内部产生的温缩应力大于混合料的极限容许拉应力时，沥青路面会形成裂缝病害，在雨水及车辆轴载的共同作用下这些病害会进一步恶化，最终形成龟裂、坑槽等严重病害［15-16］. 评价沥青混合料低温抗开裂性能的方法有多种，主要包括：低温弯曲试验、直接拉伸试验、接拉伸试验、应力松弛试验等［17-18］. 本文选用低温小梁弯曲试验对不同DXG-1掺量的AC-13C普通混合料及SBS改性AC-13C混合料进行低温抗裂性试验，抗弯拉强度及弯曲破坏应变试验结果分别见图5、图6.

由图5、图6可以得出：SBS改性混合料的低温抗开裂能力优于掺抗车辙剂的混合料；随着DXG-1掺量的增加，普通混合料抗弯拉强度及弯曲破坏应变试验结果均呈现先升高后降低的趋势，这主要因为DXG-1掺量大于0.5%时会影响混合料内部空间结构，降低沥青的黏韧性，影响混合料的低温抗开裂能力.

图5 抗弯拉强度试验结果Fig.5 Test results of flexural tensile strength

图6 弯曲破坏应变试验结果Fig.6 Test results of bending failure strain

3.2 水稳定性

水损害是沥青路面破坏的主要形式之一，主要表现为松散、坑槽等病害. 沥青路面在车辆轴载及雨水的共同作用下会降低沥青与矿料之间的黏附性，造成沥青胶浆从混合料孔隙中脱落［19-22］. 本文选用浸水马歇尔残留稳定度及冻融劈裂残留比试验来评价不同DXG-1掺量的AC-13C普通混合料及SBS改性AC-13C混合料的抗水损害能力，浸水马歇尔残留稳定度及冻融劈裂残留强度比试验结果见图7、图8.

由图7、图8 可以得出：随着DXG-1 掺量的增加，普通混合料浸水马歇尔残留稳定度及冻融劈裂残留强度比试验结果均逐渐升高，这主要因为DXG-1颗粒在融化后掺杂在矿料中起到了网状包裹作用，改善混合料的整体强度；SBS 改性混合料的抗水损害能力与抗车辙剂掺量为0.4%时的普通混合料相当.

图7 浸水马歇尔残留稳定度试验结果Fig.7 Test results of Marshall residual stability in water immersion

图8 冻融劈裂残留强度比试验结果Fig.8 Test results of freeze-thaw splitting residual strength ratio

3.3 抗滑性能

良好的路面抗滑能力是行车安全的重要保障，因此本文需对不同DXG-1掺量的混合料及SBS改性混合料进行抗滑能力研究［23］. 本文选用摆式摩擦仪进行抗滑性能试验，试验温度为20 ℃，试验结果见图9. 可以得出：随着DXG-1掺量的增加，普通混合料抗滑性能先升高后降低，当DXG-1 掺量为0.5%时，摆值结果达到最大；SBS改性混合料抗滑能力始终优于掺DXG-1普通混合料.

图9 抗滑性能试验结果Fig.9 Test results of anti sliding performance

4 结论

本文选用AC-13C沥青混合料，将DXG-1抗车辙剂分别以0%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%的掺量添加到普通沥青混合料中，并对掺DXG-1的普通混合料及SBS改性混合料进行路用性能对比分析，得出以下结论：

1）随着DXG-1掺量的增加，普通混合料高温稳定性逐渐增强，当DXG-1掺量大于0.5%时，普通混合料高温稳定性优于SBS改性混合料，综合考虑DXG-1最佳掺量为0.4%.

2）SBS改性混合料低温抗开裂能力优于掺抗车辙剂的普通混合料，DXG-1掺量为0.5%时，普通混合料低温抗开裂能力最优.

3）随着DXG-1掺量的增加，普通混合料抗水损害能力逐渐增强；当DXG-1掺量为0.4%时，普通混合料与SBS改性混合料抗水损害能力相当；随着DXG-1掺量的增加，普通混合料抗滑性能先升高后降低，SBS改性混合料抗滑能力始终优于掺DXG-1普通混合料.