抗车辙剂在AC-20F沥青混合料中的应用研究

张驰

（中铁十八局集团第五工程有限公司天津300459）

随着我国交通路网的不断发展，交通流量日也渐增大，导致沥青路面出现的病害越来越多。其中，车辙的病害最为严重。车辙不仅会降低路面强度，诱发各种病害，还会影响路面平整度，降低道路通行的舒适性。在雨雪天气下，会影响行车稳定性，导致车辆失控，引发交通事故。在车辙病害的防治方面，国内外研究的主要集中在矿料级配的改善、沥青胶结料性能的提高以及在混合料中掺加外加剂的方式等[1-3]。其中，在沥青混合料中掺拌抗车辙剂，会显著提高沥青混合料的高温稳定性，且不会降低其水稳定性和低温性能，也不影响混合料最佳沥青用量及马歇尔稳定度。因此取得到了极大地推广和应用[4,5]。

1 工程概况

昆明东南绕城高速公路建设项目起于昆曲高速中对龙立交，止于昆玉高速余家海立交，全长130 km。本合同段为路面工程LM2标，对于本项目AC-20F抗车辙沥青混凝土中面层的施工，动稳定度（车辙）要求6000次/mm。对于这种高动稳定度要求的沥青混合料，以往都是采用改性沥青掺加抗车辙剂才能达到指标要求，而本项目采用70#A级道路石油沥青施工，难度增大。因此，希望设计出混合料的生产配合比并探索出一套有效的施工方法，为后续施工提供技术支持，为其他类似工程提供参考。

2 生产配合比设计

2.1 矿料合成级配规定范围

设计要求下的矿料合成级配规定范围见表1。

表1 矿料合成级配参数范围

2.2 选定最佳矿料级配

根据各矿料筛分结果及AC-20F设计级配范围要求，通过计算机合成，确定各矿料的配合比例。选取3组不同粗细的矿料级配，它们分界筛孔4.75 mm的通过率分别为53.1%、50.2%、45.7%，处于中值附近，矿粉掺量均为4%左右。

其中，级配1的掺配比例为：2#：3#：4#：5#：矿粉=32%：12%：22%：30%：4%；

级配2的掺配比例为：2#：3#：4#：5#：矿粉=32%：15%：22%：27%：4%；

级配3的掺配比例为：2#：3#：4#：5#：矿粉=38%：15%：13%：30%：4%，

掺配结果见表2。

表2 矿料级配设计通过百分率（%）

2.3 确定最佳矿料级配

依据经验最佳沥青用量取4.0%，分别对三个不同矿料级配进行马歇尔试验，试验结果见表3。

表3 沥青混合料马歇尔试验结果

对上表测试结果进行对比分析，3种级配中只有级配2和级配3稳定度≥8 kN符合，其中级配3空隙率和沥青饱和度更接近目标值中值，且混合料马氏密度最大，所以选定级配3为生产配合比设计级配。

2.4 确定最佳沥青用量

以目标配合比中最佳沥青用量4.1%为中值，以0.5%为间隔，取3.6%、4.1%、4.6%沥青含量分别成型马歇尔试件，测定各马歇尔试件的毛体积相对密度、理论最大相对密度、空隙率（VV）、矿料间隙率（VMA）、沥青饱和度（VFA）、稳定度、流值。具体试验结果见表4。

表4 沥青混合料马歇尔试验结果

以沥青含量为横坐标、分别以马歇尔试件毛体积密度、稳定度、空隙率(VV)、流值、矿料间隙率(VMA)和沥青饱和度(VFA)为纵坐标绘制关系曲线，并求出最佳沥青用量。

由图4可知，该组曲线中毛体积密度曲线中未出现峰值，因此取空隙率中值所对应的沥青含量a3=4.10 %为OAC1，即OAC1=4.10%，由图4可知，OACmin=3.70 %，OACmax=4.30 %，则OAC2=(OACmin+OACmax)/2=(3.70+4.30)/2=4.00%，求得OAC=(OAC1+OAC2)/2=(4.10+4.00)/2=4.05%，因此，确定沥青最佳用量为4.05%。

图4 沥青用量与各马歇尔指标关系曲线图

2.5 确定抗车辙剂掺量

抗车辙剂采用外掺法，以0.35%、0.40%两种掺量成型试件做动稳定度（车辙）试验，试验结果见表5。

表5 动稳定度试验结果

由表5可知，抗车辙剂掺量为0.35%时，动稳定度不满足设计要求，当掺量提高到0.40%时，动稳定度满足设计要求。

3 试验段铺筑

3.1 下承层为柔性沥青层

AC-20F抗车辙剂沥青混凝土配合比生产设计完成后，还需进行生产配合比验证，即进行试验段的试铺。项目选择YK31+384~YK32+000（616 m）段进行了下承层为柔性沥青层的中面层试铺。试验段试铺主要确定了AC-20F抗车辙剂中面层的机械组合方式、初压、复压、终压等温度参数，并通过现场取混合料成型车辙试件再次检测了动稳定度，同时对压实度、平整度、渗水等指标也进行了检测。

试验段摊铺采用两台福格勒摊铺机梯队摊铺，为减少混合料温度损失，两台摊铺机纵向距离不超过10m，横向搭接宽度10-15 cm，行进速度控制在1.5 m/min左右。摊铺后，应在温度范围时，立即在全宽范围内进行碾压。碾压机械采用2台胶轮压路机和3台双钢轮压路机，第一次碾压长度为30 m，各碾压段设置分界标志，安排人员专门负责。碾压遵循由低到高、先慢后快的原则，碾压时后轮重叠1/2轮宽，碾压组合方式和遍数遵循先稳压、后轻压、再重压的原则。

表6 柔性沥青下承层试验段压实方式

表7 普通沥青混合料施工温度

通过试验段的试铺发现机械组合满足施工要求，碾压过程也未发现推移、拥包等现象，说明碾压工艺也是合适的。最后通过现场检测，动稳定度、厚度、压实度、平整度、渗水等指标也都满足设计要求，说明试验段的碾压温度等参数也可指导后续施工。

3.2 下承层为刚性水泥混凝土层

项目选择YK25+803~YK25+071.4（大村大桥268.4 m）段进行了下承层为刚性混凝土层的中面层试铺，施工工艺按照柔性沥青下承层的工艺不变，并通过现场取混合料成型车辙试件再次检测了动稳定度，同时对压实度、平整度、渗水等指标也进行了检测。但发现在和柔性沥青下承层相同的施工温度参数下，AC-20F沥青混合料出现推移现象，且渗水指标不合格。

经研究判断，当下承层为刚性混凝土下承层时，施工工艺与沥青混凝土的柔性下承层可能有所不同。在桥面等有防水要求的混凝土上直接铺筑中面层，防水层遇热后会软化，水泥混凝土和沥青中面层之间的界面粘结力减弱，产生推移。将双钢轮压路机作为初压设备，因为双钢轮压路机主要是上下振动，不规则的碎石通过振动挤压棱角很容易刺破防水层，强振可能带来了对防水层的破坏从而影响了桥面的防水效果，导致渗水系数过大。

通过以上分析，重新选择YK28+241~YK28+938（回香村大桥697 m）作为水泥混凝土刚性下承层抗车辙剂中面层的试验段，并对施工工艺做了调整，即将胶轮压路机作为初压设备，双钢轮压路机进行复压。并通过现场取混合料成型车辙试件再次检测了动稳定度，同时对压实度、平整度、渗水等指标也进行了检测，这次所检指标均满足设计要求。

表8 刚性混凝土下承层试验段压实方式

4 结语

本文依托昆明东南绕城高速公路某合同段路面工程LM2标段工程，针对中面层为主的抗车辙区，通过掺加抗车辙剂来提高结构层的动稳定度，使得动稳定度（车辙）要求不小于6000次/mm。通过配合比试验，完成了AC-20F抗车辙剂沥青混合料的生产配合比设计，并成功铺筑了柔性沥青基下承层和刚性水泥混凝土下承层中面层的试验段，总结了不同结构下承层施工AC-20F抗车辙剂沥青混凝土的施工工艺，为后续本项目中面层大面积的施工提供更为详细的技术参数作为参考以及类似路面工程项目提供借鉴。