沥青混合料抗车辙性能改善关键技术研究

干旭栋 方 捷

(宁波慈溪市公路建设工程指挥部，浙江 宁波 315000)



沥青混合料抗车辙性能改善关键技术研究

干旭栋 方 捷

(宁波慈溪市公路建设工程指挥部，浙江 宁波 315000)

结合理论分析与室内试验方法，对沥青混合料抗车辙性能改善技术进行了探究，分析了影响沥青混合料抗车辙性能的关键因素，并借鉴Superpave设计方法，以孔隙率为控制指标进行抗车辙沥青混合料设计，结果表明：当采用性能良好的沥青与集料、骨架嵌挤型级配及抗车辙剂，并严格控制孔隙率时，能够有效改善沥青混合料的抗车辙性能。

沥青路面，混合料，抗车辙性能，配合比设计

随着我国高等级沥青混凝土路面的快速发展，高速公路网的不断完善，各种沥青路面病害不断涌现，严重影响行车的舒适性与安全性。车辙是沥青路面常见的病害形式之一，国内外学者对其进行了大量研究。贾其军[1]对近年来国内学者对沥青混凝土路面抗车辙性能的研究进行了梳理，并指出了今后研究的方向；朱洪洲等[2]从沥青混合料角度出发，分析了沥青路面抗车辙性能的影响因素，并以动稳定度与变形量为指标对沥青混合料抗车辙性能进行了研究；蔡旭[3]在总结前人研究成果的基础上，提出了基于混合料颗粒干涉思想(细集料干涉与沥青胶浆干涉)与体积填充思想的抗车辙型沥青混合料配合比设计方法；陆兆峰等[4]对岩沥青改善沥青混合料抗车辙机理进行了分析，并通过室内试验研究岩沥青改性沥青混合料抗车辙性能；董轶等[5]利用有限元软件分析了中面层沥青混凝土性能对沥青路面抗车辙性能的影响，指出在进行路面结构组合及材料组成设计时应该充分考虑中面层沥青混合料的抗车辙性能。

本文在前人基础上，对沥青混合料抗车辙性能的影响因素进行分析，针对影响因素依次对沥青混合料的材料组成及设计进行改进，最终应用于实体工程的沥青路面中面层，为以后的工程设计与研究提供参考依据。

1 沥青混合料抗车辙性能影响因素分析

沥青混合料抗车辙性能影响因素主要包括沥青胶结料性能、沥青用量、级配、孔隙率及外加剂等。首先，良好性能的沥青胶结料与合理的沥青用量能够有效改善混合料的抗剪切能力，尤其是高温条件下沥青路面的高温剪切变形；其次，级配是决定混合料骨架嵌挤结构的关键，是混合料强度的重要影响因素；再者，孔隙率是沥青路面压密型车辙的关键影响因素，孔隙率越大，变形越大，车辙越严重；最后，抗车辙等外加剂的添加能够有效改善沥青混合料抗车辙性能。因此，本文在此选用I-D型SBS改性沥青；借鉴Superpave设计方法避开级配禁区进行骨架嵌挤型级配设计；并添加适量的高粘颗粒改善沥青混合料的抗车辙性能；通过室内试验对沥青混合料路用性能进行研究。

2 配合比设计

2.1 原材料

本文采用I-D型SBS改性沥青作为胶结料，改善沥青与集料间的粘结力，尤其是高温条件下混合料的抗剪切性能，改性沥青技术指标见表1；集料选用凝灰岩，其中粗集料针片状含量较低，并具有良好的棱角性。

2.2 级配设计

表1 沥青技术指标

为保证沥青混合料具有良好的骨架嵌挤结构，借鉴Superpave级配设计方法，控制关键筛孔的通过率，避开级配禁区，并尽可能将级配曲线穿过禁区下方，以获得足够大的VMA。级配设计结果见表2，级配曲线如图1所示。

表2 矿料级配计算表

2.3 最佳油石比的确定

根据上述分析可知，当沥青混合料孔隙率为4%左右时，具有最好的抗车辙性能；同时为了更好的模拟实际沥青路面的碾压成型工艺，本文采用旋转压实成型方法成型混合料试件，以4%为目标孔隙率确定最佳油石比。成型温度为165 ℃，旋转压实次数为100次。选择4.3%，4.7%和5.1%三个初始油石比成型试件，进行测试试件的体积指标，并计算最大理论密度，结果见表3。

从表3可以看出，随着油石比的增加沥青混合料的孔隙率不断减小，4%孔隙率所对应的油石比为4.8%，同时沥青饱和度与矿料孔隙率都能够满足规范要求。因此，后文选择4.8%油石比进行沥青混合料性能验证及性能研究。

表3 旋转压实试验结果

3 性能研究

根据JTG F40—2004公路沥青路面施工技术规范要求，采用马歇尔试验方法成型标准马歇尔试件进行性能验证，同时采用浸水马歇尔试验及冻融劈裂试验、车辙试验对沥青混合料的水稳定性与抗车辙性能进行研究。

3.1 体积指标性能验证

采用马歇尔击实仪，双面各击实75次，采用4.8%的油石比成型标准马歇尔试件，测试试件的毛体积相对密度、理论相对密度、孔隙率、稳定度、流值等，试验结果见表4。

表4 沥青混合料马氏击实试验结果

从表4的测试结果看出，由于马歇尔击实成型方法击实功较小，因此马歇尔试件的孔隙率比旋转压实试件大，但仍能够满足规范要求。同时，由于混合料级配具有良好的骨架嵌挤结构，因此稳定度较高，流值较小。

3.2 水稳定性检验

水毁病害是沥青路面常见的病害形式之一，雨水及路面水的下渗会降低面层混合料的粘结强度，同时损坏基层，最终导致路面结构强度及承载力的降低。因此，必须保证沥青混合料具有良好的抗水毁性能。采用马歇尔试件，通过浸水马歇尔试件及冻融劈裂试验研究混合料的水稳定性能，试验结果见表5。

表5 水稳定性测试结果

从表5可以看出，由于采用SBS改性沥青作为胶结料，集料与沥青具有良好的粘结性能，同时混合料孔隙率在规范范围，因此沥青混合料具有良好的水稳定性能。

3.3 混合料抗车辙性能研究

通过上述研究可知，沥青混合料具有良好的物理力学性能。为了改善沥青混合料的抗车辙性能本文采用抗车辙与高粘颗粒作为外加剂。特制定以下试验方案：Superpave-20+SBS改性沥青、Superpave-20+SBS改性沥青+抗车辙剂、Superpave-20+SBS改性沥青+高粘颗粒。通过动稳定度与车辙深度指标评价各种混

合料的抗车辙性能，进行抗车辙沥青混合料的优化设计。其中车辙试验温度为60 ℃，胎压为0.7 MPa，碾压速率为42次/mm，试验结果见表6。由表6可知，三种试件动稳定度指标的优劣次序依次为：添加抗车辙剂试件>添加高粘颗粒试件>未添加试件，车辙深度则正好相反。这说明添加高粘颗粒与抗车辙剂能够有效改善沥青混合料的抗车辙性能，其中抗车辙的添加动稳定度指标提高了近2倍，高粘颗粒试件提升了近1倍。这主要是因为抗车辙剂与高粘颗粒都能够提高沥青胶结料的粘度，改善混合料的抗剪切性能，且抗车辙在混合料中形成网状结构，起到加筋作用，因此效果更好。由于混合料级配具有良好的骨架嵌挤结构，集料棱角性良好，同时采用SBS改性沥青，因此未添加试件的稳定度也高达5 419次/mm。

表6 车辙试验结果

综上所述，采用具有良好粘结性能的沥青胶结料，棱角性好、针片状含量低的集料，骨架嵌挤型级配并控制4%的孔隙率，同时以抗车辙剂为外加剂，能够有效改善沥青混合料的抗车辙性能。

4 结语

本文结合理论与试验方法对沥青混合料抗车辙性能改善技术进行探究，得到以下结论：1)沥青混合料抗车辙性能影响因素主要包括沥青胶结料性能、沥青用量、级配、孔隙率及外加剂等，其中4%孔隙率时具有较好的抗车辙及水稳定性；2)借鉴Superpave配合比设计方法，避开级配禁区，以4%孔隙率为控制指标，确定最佳油石比为4.8%；室内试验表明混合料具有良好的物理力学性能及水稳定性；3)采用具有良好粘结性能的沥青胶结料，棱角性好、针片状含量低的集料，骨架嵌挤型级配，控制4%的孔隙率，同时以抗车辙剂为外加剂，能够有效改善沥青混合料的抗车辙性能。

[1] 贾其军.近年来国内沥青混凝土路面抗车辙性能研究进展[J].公路,2014(7):328-334.

[2] 朱洪洲,黄晓明.沥青混合料高温稳定性影响因素分析[J].公路交通科技,2004(4):1-3，8.

[3] 蔡 旭.沥青路面抗车辙性能评价及结构优化[D].广州：华南理工大学,2013.

[4] 陆兆峰,何兆益,黄 刚,等.天然岩沥青改性沥青路面抗车辙性能分析[J].公路交通科技,2010(5):17-21，25.

[5] 董 轶,彭妙娟.中面层对沥青混凝土路面抗车辙性能影响研究[J].中外公路,2010(4):108-111.

[6] 郝培文，吴 徽，张登良.不同沥青用量与级配组成对沥青混合料抗车辙性能的影响[J].西安公路交通大学学报,1998(3):199-202.

The research on improvement technology of anti-rutting performance of asphalt mixture

Gan Xudong Fang Jie

(CixiNingboHighwayConstructionEngineeringHeadquarters,Ningbo315000,China)

The improvement method of anti-rutting performance of asphalt mixture was researched through the theoretical analysis and laboratory test methods in the paper. Analysis the key factors which affect anti-rutting performance of mixture, anti-rutting asphalt mixture was designed according to Superpave design method and putting porosity as design index. The result shows that the anti-rutting performance of mixture can be effectively improved when the asphalt and aggregate with well performance, skeleton embedded extrusion gradation, anti-rutting agent were used, and the porosity was strictly controlled.

asphalt pavement, mixture, anti-rutting performance, mix design

1009-6825(2016)13-0118-02

2016-02-28

干旭栋(1981- )，男，工程师； 方 捷(1983- )，男，工程师

U214.75

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