抗车辙剂和纤维对沥青混合料性能的影响分析

贾 帅

(山西长治公路勘察设计院，山西长治 046000)

随着国内公路网的发展和建设、渠化交通、车流量的增多和轴载的增大，高温车辙和低温开裂这两大沥青混合料路面的早期破坏现象也越来越受关注。目前，国内外相关研究大多只针对其中一种破坏现象进行［1-3］，而对于同时有效地防治这两种早期破坏方面并未有足够的成功经验。因而，研究掺加两种或两种以上添加剂的沥青混合料，以期同时改善沥青混合料的低温和高温性能就显得非常有意义。

沥青混合料中掺加抗车辙剂和纤维可以分别改善沥青混合料的高温和低温性能，而同时掺加这两种添加剂，综合这两种添加剂的优良性能而消除二者的不足，进而提高沥青混合料的高温稳定性和低温抗裂性，这仍然是国内外研究的空白。基于此，本研究的意义就在于:

1)提出一种简便、有效地改善沥青混合料路用性能的方法，同时提高沥青混合料高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性等多种路用性能。2)把握掺加两种或两种以上外加剂的沥青混合料路用性能的提高规律。

本文通过在沥青混合料AC-13中掺入一定比例的抗车辙剂和纤维，以期同时改善混合料的水稳定性，降低沥青混合料的温度敏感性，找到一种同时防治高温车辙、低温裂缝这两大病害的沥青混合料。

1 抗车辙剂与纤维

根据以往研究结果［4，5］，对于掺加了抗车辙剂的沥青混合料，其高温稳定性和动稳定度有了明显提高，但其低温抗裂性能就表现得相对较差。而掺加了纤维的混合料，其低温性能有明显的改善，但高温稳定性的改善却不是很明显。本研究在兼顾沥青混合料各项路用性能的基础上，综合两种外加剂的优缺点，对抗车辙剂和纤维按一定的比例进行选取，同时掺入到AC-13沥青混合料中，通过进行车辙试验、冻融劈裂试验，研究两种外加剂的加入对沥青混合料高低温性能以及水稳定性的影响，得到同时掺加多种外加剂对沥青混合料各路用性能的影响规律。

根据相关研究和标准［6，7］，将本实验所选材料列于表1和表2。

表1 抗车辙剂的选用

2 沥青混合料配合比设计

根据抗车辙剂和纤维添加剂的研究［8］，当AC-13沥青混合料中添加4.0‰～6.0‰的抗车辙剂时，其路用性能可以得到较好地改善。另一方面，在AC-13沥青混合料中添加3.6‰的纤维用量可以明显提高沥青混合料的路用性能，尤其是低温稳定性可以得到明显地改善。

表2 纤维的选用

根据以上讨论，沥青混合料中两种外加剂的掺加量范围可以是:抗车辙剂:4.0‰ ～6.0‰，纤维:3.6‰。本文为比较同时添加两种外加剂与只添加一种外加剂的区别，在对两种添加剂的使用性能进行综合考虑的基础上，确定AC-13沥青混合料外加剂的掺入量是:抗车辙剂掺量为4‰，纤维掺量3.6‰。按此配合比进行实验，沥青混合料的路用性能在各个方面都显示较好的状态。

3 沥青混合料路用性能对比研究

根据以上的抗车辙剂和纤维用量，将对实验方案类型选定为:普通AC-13沥青混合料，AC-13沥青混合料添加4‰的抗车辙剂，AC-13沥青混合料添加3.6‰的纤维，AC-13沥青混合料添加4‰的抗车辙剂和3.6‰的纤维。集料选用为石灰岩，沥青采用70号基质沥青。通过混合料马歇尔实验，分别确定各方案的最佳油石比，并对各方案的沥青混合料的路用性能进行对比研究，对比试验结果列于表3。

表3 AC-13沥青混合料试验结果

从图1中可以看出，对AC-13沥青混合料来说，随着抗车辙剂的加入，AC-13的动稳定度有明显的提高，为原来的7.8倍，而低温弯曲应变值也有所提高。沥青混合料单独加入纤维时，其动稳定度和低温弯曲应变也都有所提高(见图2)。随着抗车辙剂和纤维的加入，不仅使AC-13型沥青混合料高低温性和水稳性都得到明显改善，而且其性能相对于只添加其中一种外加剂也有一定的变化。

从高温性能上分析，“AC-13沥青混合料添加4‰的抗车辙剂和3.6‰的纤维”这一方案的动稳定度相对“AC-13沥青混合料”的动稳定度提高了8.5倍，相对于“AC-13沥青混合料添加4‰的抗车辙剂”这一方案的动稳定度也提高了7.5%，相 对 于“AC-13沥青混合料添加3.6‰的纤维”这一方案的沥青混合料更是提高了7.3倍。由此可见，改善沥青混合料性能的主要是抗车辙剂，虽然纤维也具有改善效果，但并不明显。

图1 动稳定度

图2 低温弯曲应力

低温抗裂性能上，“AC-13沥青混合料添加4‰的抗车辙剂和3.6‰的纤维”这一方案的沥青混合料在低温破坏应变这一指标上也表现良好，比AC-13沥青混合料的低温性能提高了2.1倍，相对于“AC-13沥青混合料添加4‰的抗车辙剂”这一方案提升了66.1%，相对于“AC-13沥青混合料添加3.6‰的纤维”这一方案的效果则表现并不明显，只提高了5.9%，由此可见，纤维对沥青混合料低温性能改善发挥了主要作用。

水稳定性上，添加了抗车辙剂和纤维的沥青混合料，其残留稳定度和冻融劈裂残留强度值都有明显的提高(见图3)。

图3 残留稳定度和冻融劈裂残留强度比

综合以上分析，同时掺入抗车辙剂和纤维，对沥青混合料的水稳定性的改良具有明显的效果。仅掺入抗车辙剂或纤维的沥青混合料，其高低温稳定性具有一定程度的改善，但同时掺入抗车辙剂和纤维的效果更加明显。

4 作用机理分析

AC-13沥青混合料中同时掺入抗车辙剂和纤维之后，其高低温性能和水稳定性都得到一定程度的改善，其作用机理在于:

1)抗车辙剂可以很好地融入70号基质沥青中，改良沥青的性能，使其粘度增大，增加沥青与集料之间的粘结力，提高沥青混合料的抗剪强度，从而使混合料的高温性能得到改善［9］。2)纤维是一种比表面积非常大的材料，它的加入能让70号基质沥青牢固地吸附在其周围，形成结合沥青层，有效地降低了沥青的温度敏感性，提高了沥青混合料的抗剪强度，从而一定程度上也能改善沥青的高温性能。3)纤维的主要作用是改良沥青混合料的低温稳定性。在低温条件下，由于沥青本身物理性质的影响，沥青混合料内部易形成一些微小的裂缝，随着微裂缝的继续扩展和外部荷载的影响，对沥青混合料的耐久性将产生非常不利的影响。纤维的加入，使沥青混合料形成一种以纤维为基质、沥青胶结料为基体的复合材料［10］。纤维在沥青混合料内部呈现三维网状分布，当沥青混合料受到温度应力和车辆荷载应力的作用时，纤维可以阻滞微裂缝的继续扩展，延缓了材料出现失稳破坏进而断裂的时间，抗疲劳破坏的性能明显增强［11］。另外一方面，加入沥青中的纤维可在集料的表面复合成涂覆于集料颗粒上的保护层。当温度较低时，具有纤维改良的结合沥青层对颗粒的束缚作用也相应增大，不易出现沥青混合料松散的情况。这就有效地保证了沥青混合料的低温性能，对于沥青路面的耐久性有着非常重要的意义。

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