抗车辙剂在G107孝感段大修工程中的应用研究

2012-09-25易晓卫

湖南交通科技 2012年4期

潘苏，易晓卫

(1.湖南路桥建设集团，湖南长沙 410004;2.湖北省孝感市公路局，湖北孝感 432100)

0 前言

近年来，随着我国经济的飞速发展，我国的道路建设事业也取得了辉煌的成绩。但是，由于我国的道路建设事业起步相对较晚，跟早已腾飞几十年的经济相比，在一定程度上不能满足经济增长对道路的需求。而我国由于国情，大多数的高速公路都是采用沥青混凝土面层加半刚性基层的结构形式。在重载交通、渠化交通和近年来夏季持续高温的综合影响下，越来越多的沥青路面因为车辙而被破坏。所以增强路面的抗车辙性能已成为一个有效延长道路使用寿命的方法。

所谓车辙是指在温度较高的季节，在行车载荷重复作用下，沥青面层的各个层次在车辆的反复碾压下产生永久变形和塑性流动而逐渐形成的累积变形。车辙对路面的危害比较大，其降低了路面平整度，当车辙达到一定深度后，由于车辙内积水，极易发生汽车飘滑而导致交通事故。因而对车辙的防治已成为公路建设中一个急需解决的技术难题。

车辙的形成主要是以下几个方面造成的:一是在道路施工过程中，对基层和下卧层没有压实充分，在道路使用过程中，不断在车辆荷载的作用下而继续密实，从而在结构上产生剪切破坏，形成结构性车辙;二是由于沥青混合料热稳定性不足，矿料级配不好，细集料偏多，集料未形成嵌锁结构等诸多原因造成的沥青层的强度不够，在车辆荷载下，尤其是在夏季高温时，极易产生流动性车辙。对于前者，可以通过提高路基和基层的施工质量，严格控制路基和基层的施工工艺来有效预防路面的结构性车辙问题;而对于后者，则可以从提高沥青混合料的热稳定性、改善矿料级配使之形成嵌锁结构和掺加外加剂来提高沥青层的强度等方面着手解决沥青混合料的。近年来，在我国开始推广使用在沥青混合料中掺加抗车辙剂的方法来增强沥青混合料的抗车辙性能。

1 抗车辙剂的工作原理

抗车辙剂之所以能够起到提高沥青路面的抗车辙能力，主要是因为抗车辙剂在熔于沥青混合料后，在骨料的表面形成空腔状微粒群，使骨料的粘性增强，骨料之间间隙被颗粒填充，沥青的性能得到改善，从而使得沥青混合料的综合性能得到提高。具体而言，主要原理如下。

1.1 加筋作用

抗车辙剂和热骨料混合后，在骨料和沥青形成聚合体时，和纤维素在沥青混合料胶结料中形成网状结构，这种聚合物结构具有整体性和骨架性，加强了沥青混合料中骨料和沥青的相互作用力和整体性。这就是抗车辙剂的加筋作用。

1.2 改性作用

抗车辙剂在加入后，在沥青凝固之前，一直处于一种持续稳定的分散状态，在路面固结成型后，形成了一种高强度的固化结构，这种结构较未添加抗车辙剂的沥青混合料的弹性、软化点、温度敏感性和粘性都得到了提高，从而使得沥青混合料的温度稳定性和沥青混合料直接的结构稳定性得到提高。这就是抗车辙剂的改性作用。

1.3 嵌挤作用

抗车辙剂在加入沥青混合料中后，被软化成微颗粒分散到沥青混合料中，而后这些微颗粒在碾压过程中再次热成型，使得集料骨架中的空隙被填充了，从而使沥青混合料的骨架结构得到了增强，同时降低了成型路面的渗透性。这就是抗车辙剂的嵌挤作用。

本文为检验抗车辙剂对沥青混合料的路用性能的影响，将结合G107孝感段大修工程中面层材料和级配，选用车辙王抗车辙剂，对添加不同比例的车辙王抗车辙剂的AC—13上面层沥青混合料的路用性能进行研究。

2 原材料试验及配合比设计

2.1 沥青

本文根据《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40－2004)，结合湖北省的工程实际情况，对选用的70号A级道路石油沥青进行了检测，相关的技术要求和检测结果如表1。

表1 沥青技术指标

2.2 集料

本文结合工程实际情况，采用江苏省镇江玄武岩碎石，参照《北京市道路沥青路面抗车辙设计施工指导意见》中对集料的要求，对集料进行了相关检测，具体检测结果如表2。

表2 粗集料的技术要求和检测结果

2.3 抗车辙剂

本文中，采用的抗车辙剂的品种为车辙王抗车辙剂，车辙王抗车辙剂的技术要求和检测结果具体如表3所示。

表3 抗车辙剂的技术要求和检测结果

3 配合比设计

本文根据G107孝感段大修工程的实际情况，选用玄武岩碎石作为沥青混合料的骨料，骨料采用3 挡级配，即:A(9.5 ～16 mm)，B(4.75 ～9.5 mm)，C(0～4.75 mm)和矿粉。结合相关的设计规范，所得级配结果如表4，配合比设计曲线如图1。

根据马歇尔配合比设计方法，选取4组沥青用量，进行马歇尔试验，试验结果如表5，通过马歇尔配合比设计法，最终确定最佳沥青用量为5.4%。具体设计结构如表6。

表4 矿料级配组成设计结果 %

续表4 矿料级配组成设计结果

图1 配合比设计曲线

表5 超薄磨耗层马歇尔试验结果

表6 沥青混合料配合比设计结果

4 路用性能验证

按照上面的配合比设计结果，以5.4%的沥青含量，分别掺加 0，0.2%，0.4%，0.6% 的车辙王抗车辙剂和选用70号A级SBS石油改性沥青，制作5组沥青混合料的试件，每组试件分别编号为1、2、3、4、5。按照规范规定的方法对沥青混合料进行相关的试验检测，然后分析比较掺加车辙王抗车辙剂和SBS的沥青混合料的路用性能。

4.1 高温稳定性

目前我国评价高温稳定性的方法有马歇尔稳定度试验和车辙试验。按照规定的方法对沥青混合料试件进行检测，所得标准马歇尔试验结果如表7。

表7 马歇尔试验结果

从上面的结果中，可以知道，沥青混合料中，掺入抗车辙剂后，沥青混合料的稳定度有显著提高;相对密度只有少量提升;流值、空隙率和沥青饱和度变化不大;而SBS改性沥青的马歇尔试验结果和掺加0.2%的抗车辙剂的试验结果相当。

接着，本文便按照规范规定的方法，如上文所示，制作5组试件，分别对每组试件进行车辙试验，所得结果如表8。

表8 车辙试验结果

4.2 低温抗裂性

根据我国《公路改性沥青路面施工技术规范》(JTJ 036)规定:评价沥青混合料的低温抗裂性可以用－10℃的“沥青混合料弯曲试验”方法测定，所得试验结果如表9。

表9 超薄磨耗层低温弯曲试验结果

从上表可以知道，在掺加抗车辙剂后，沥青混合料的低温抗裂性并没有得到显著提高，也没有因为抗车辙剂的加入使得沥青混合料的低温抗裂性能减小，SBS改性沥青混合料的改变差异不大。

4.3 水稳定性

如上文所示的方法，制作5组沥青混合料试件，按照规范规定的方法，对试件进行浸水马歇尔试验和冻融循环试验，所得试验结果如表10和表11。

表10 浸水马歇尔试验结果

表11 冻融劈裂试验结果

从表10可知，添加车辙王抗车辙剂后，随着添加的比例增加，浸水30 min的稳定度和浸水48 h后的稳定度均有显著提高，但是残留稳定度的增加并没有因为抗车辙剂的加入而有显著变化。

从表11可以看出，在添加车辙王抗车辙剂后，冻融前后的劈裂强度都随着抗车辙剂的加入而有提高，但是残留强度比并没有随着抗车辙剂用量的增加而起到明显变化，SBS改性沥青和0.2%的抗车辙剂的效果差不多。可知，抗车辙剂的加入对沥青混合料的劈裂强度残余度没有明显影响。

5 试验路的应用

5.1 项目简介

107国道孝感境内全长75.443 km，起讫桩号为k1125+057～k1200+002，本次大修的路段为k1147+400～k1165+000，为花园南大桥至天紫湖段，原路面为沥青混凝土路面，路基宽度14 m，路面宽度12 m。本次大修采用的结构内型为:4 cm AC－13上面层+5 cm AC－20下面层，为提高路面的抗车辙性能，上面层加0.2%的抗车辙剂，下面层加0.4%的抗车辙剂。在k1147+400～k1147+500段铺筑试验路。

5.2 施工

掺加抗车辙剂的沥青混合料的运输、摊铺、碾压和普通沥青混合料的基本相同。不同之处是在生产过程中，需要对每锅需要的抗车辙剂进行精确计算到1 kg，然后在正常拌合过程中，将精确计算好的抗车辙剂加入到拌和锅内和集料进行干拌，然后再进行下一步的拌合。其中需要注意的是，掺加抗车辙剂后，需要在普通沥青混合料的生产基础上，将拌合时间增加10 s，拌合、摊铺、碾压的温度相对提高10℃ ～15℃。