沥青路面抗车辙性能影响因素研究

翟晓星

（张家口市公路工程管理处，河北 张家口 075000）

0 引言

沥青路面容易出现车辙、坑槽等病害，不仅大大降低了行车舒适性，也诱导一些其他沥青路面病害[1]。影响沥青路面抗车辙性能的因素有很多，本文依托实际工程，对沥青路面原材料各项技术指标试验的基础上，对抗车辙剂掺量，混合料级配设计及粉胶比3个影响因素展开研究，并对试件动稳定度和车辙深度以及无侧限抗压强度进行试验检测分析，以确定最佳施工参数，为实际工程提供指导。

1 工程概况

某公路工程全长26km，起点桩号为K513+000，终点桩号为K539+000，路线总体走向自北向南，路基宽12m，路基填筑高度为25～45m，路面宽10m。通过前期对该段沥青公路水文地质情况进行勘测及未来交通量预测发现，当地夏季温度较高，且高温季节持续时间长，该段道路以客车和大型货车为主。为延长道路使用年限，减少沥青车辙等病害，本项目工程采用高模量的抗车辙沥青路面结构。下面层为10cm 的AC-25 沥青混凝土，中面层为6cm 的AC-20沥青混凝土，上面层为4cm 的AC-13 沥青混凝土。沥青路面结构设计如表1所示。

表1 高模量抗车辙沥青路面结构设计

2 原材料

2.1 沥青

AC 沥青混合料因其稳定性好，可作为沥青道路铺筑材料。为保证沥青具有较高的黏弹性，本文选用60#道路石油沥青，其各项指标试验结果如表2所示。

表2 60#道路石油沥青相关技术指标

2.2 集料

AC-13 沥青路面除要求集料满足现行施工规范性能要求外，还应具备其他优点。本文试验路段选择玄武岩作为铺筑集料材料，细集料粒径范围处于0～3mm 之间，玄武岩相关性能指标检测结果如表3所示。

表3 集料相关技术指标

2.3 抗车辙剂

本文试验采用某公司生产的抗车辙剂，该车辙剂外观为黑色固体颗粒，能够大幅度提高沥青混合料高温性能，改善混合料水稳性能。对所用抗车辙剂技术指标进行检测，检测结果如表4所示。

表4 抗车辙剂性能指标检测结果

3 室内试验

3.1 试验方案

本文对抗车辙剂掺量、粉胶比和级配设计3个影响因素进行研究。实验室内模拟沥青路面进行试验研究具有较高的便捷性，且试验因素与变量水平易于控制，因此本文研究将在室内开展沥青路面抗车辙性能研究。

本文参考《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011），采用轮碾法成型300mm×300mm×50mm车辙板试件。制备过程中应注意以下方面：

（1）沥青混合料拌和完毕后，需要用纸盖住混合料表面，防止温度散失过快，导致混合料无法压实成型；接着用温度计插入混合料内部，当混合料内部温度满足压实温度要求时再进行装模[2]。

（2）使用轮碾法需要先将碾压轮预热到100℃，再将盛有沥青混合料的试模放置轮碾平台上，严格控制碾压轮总荷载在9kN 左右，荷载过小将无法碾压成型，荷载过大将导致沥青混合料离析。

（3）启动碾压轮先在一个方向碾压4次，再将试件调转180°，使用相同荷载碾压至标准密实度为止，且在马歇尔试件上使用白色记号标明碾压方向。

3.2 抗车辙剂

抗车辙剂能够有效提高沥青的软化点、降低沥青感温性能。本文为探究不同抗车辙剂掺量对沥青路面抗车辙性能的影响，在实验室选用抗车辙剂掺量为0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%，采用AC-13 型级配制备5 个车辙板试件进行动稳定度试验和车辙深度试验。检测结果如表5 所示。抗车辙剂掺量与动稳定度和车辙深度关系如图1所示。

表5 不同抗车辙剂掺量的沥青混合料车辙试验结果

由图1 可知，沥青混合料动稳定度随抗车辙剂掺量增加而增大，抗车辙剂掺量从0%增加到0.4%，动稳定度从1 700 次/mm 增加到3 000 次/mm，动稳定度增加率依次为42.86%、15%、13.04%、15.38%。这是因为抗车辙剂能够增加沥青混合料结构骨架嵌挤作用，随着含量增加使得混合料更加紧密，同时增加车辙板承受荷载的能力[3]。对抗车辙剂掺量与动稳定度进行线性分析：y=3200x+1680、R2=0.9961，抗车辙剂掺量为0.4%时，动稳定度最好。

图1 抗车辙剂掺量与动稳定度和车辙深度关系

随着抗车辙剂掺量增加，车辙深度从2.8mm 降至1.4mm，这是因为抗车辙剂能够与沥青形成胶结作用，使沥青性能得到改善，增加沥青与集料黏附能力，增加车辙板抗车辙能力[4]。对抗车辙剂掺量与车辙深度进行线性分析：y=-3.6x+2.74、R2=0.9759，车辙深度随抗车辙剂掺量增加而逐渐减小，因此从性能提升和经济性角度考虑，推荐抗车辙剂最佳掺量为0.3%～0.4%。

3.3 粉胶比

本文探究不同粉胶比对沥青路面抗车辙性能的影响，本节试验选用粉胶比为2.5、3.0、3.5、4.0，采用AC-13 型级配制备5个车辙板试件进行无侧限抗压强度试验。检测结果如表6所示。粉胶比与抗压强度关系如图2所示。

图2 粉胶比与抗压强度关系

表6 不同粉胶比车辙板无侧限抗压强度

由图2可知，在无侧限抗压强度试验中可知车辙板最佳粉胶比为4.0，此时车辙板抗压强度最好。在粉胶比从2.5增加到4 时，车辙板试件抗压强度从2 651MPa 增加到3 941MPa，粉胶比为4.0时试件抗压强度增加率最高。对粉胶比与抗压强度进行线性分析y=-834x+504.5、R2=0.9625，随着粉胶比的增加沥青混合料试件抗压强度越来越好，粉胶比为4.0 时试件在施加压力后抵抗变形的能力强，抗车辙性能好。因此从性能提升角度考虑，沥青混合料最佳粉胶比为4.0。

3.4 级配设计

为提高沥青路面抗车辙性能，本文探究不同粉胶比对沥青路面抗车辙性能的影响，试验使用玄武岩作为集料，采用粗细集料占比不同的同种级配制备混合料，记为配合比1、配合比2、配合比3，3 种级配通过各标准筛的质量百分率如表7所示。

表7 3种级配通过各标准筛的质量百分率

级配1 至级配3 中，粗集料的占比依次增大，本文从同种集料的不同级配组成角度探讨其对抗车辙性能影响。在室内制备5个车辙板试件进行动稳定度试验，检测结果如表8所示。

表8 不同级配的沥青混合料车辙试验结果

由表8 可知，在动稳定度试验中最佳级配方案为级配3，此时车辙板抗压强度最好。级配1试件动稳定度为2 900次/mm，级配2 试件动稳定度为3 000 次/mm，级配3 试件动稳定度为3 300次/mm，3个车辙试件均符合规范要求。级配3粗集料的占比最大，与其他不同粒径集料表面接触点相对较多，越容易形成稳定骨架，动稳定度越好[5]。因此从性能提升角度考虑，沥青混合料级配类型应该选择粗集料较多的级配3。

4 结语

为探究沥青路面抗车辙性能影响因素，本文依托实际项目工程，优选原材料，通过改变抗车辙剂掺量，混合料级配设计及粉胶比制备车辙试件，并对试件质量进行检测分析，结果表明沥青混合料动稳定度随抗车辙剂掺量增大而增大，车辙深度随抗车辙剂掺量增大而逐渐减小，随着粉胶比的增加试件抗压强度越来越好，因此从性能提升和经济性角度考虑，抗车辙剂最佳掺量为0.3%～0.4%，最佳粉胶比为4.0，级配3方案最佳。