AC-16混合料对抗车辙剂的路用性能响应分析

吴应升，曹 帆，李 旖

(1.广西大学，广西 南宁 530004；2.广西壮族自治区交通规划勘察设计研究院，广西 南宁 530029)



AC-16混合料对抗车辙剂的路用性能响应分析

吴应升1，曹 帆2，李 旖2

(1.广西大学，广西 南宁 530004；2.广西壮族自治区交通规划勘察设计研究院，广西 南宁 530029)

为改善AC-16沥青混合料的力学性能与耐久性，文章分析了抗车辙剂在沥青混合料中的作用机理，对比了抗车辙剂掺量为0‰、3‰、5‰、7‰四组沥青混合料试件的高温、低温、水稳定性能。结果表明，抗车辙剂可有效提升沥青混合料的高温稳定性；对混合料低温性能有小幅提升；对混合料水稳定性的提升作用呈现先升高后降低的趋势，峰值出现在5‰左右。

道路工程；沥青混合料；抗车辙剂；力学性能

0 引言

随着公路轴载与交通量的不断增大，车辙损坏逐渐成为沥青混合料路面最主要的损坏现象之一。如何控制沥青混合料车辙损坏，是沥青混合料设计时需要考虑的重要因素。造成车辙的原因主要为渠化交通、重载交通及长陡纵坡等，除此之外，沥青混合料自身力学性能的不足，也是车辙损坏的重要原因。沥青路面车辙的大面积出现极大程度地影响了路面的服务质量与耐久度，同时增加了沥青路面的养护频率与维修成本[1]。

车辙损坏的类型及其破坏机理见下页表1。

表1 车辙类型及其破坏机理表

沥青混合料高温稳定性及其他力学性能的不足常常会造成沥青路面失稳性车辙的产生。失稳性车辙产生的示意图如图1所示[2]。

图1 沥青路面失稳性车辙示意图

如何设计出具有良好抗车辙性能的沥青混合料，一直是国内外研究者探索与研究的热门课题。抗车辙剂就是研究者们不断探索创新的产物。本文以国产垦特莱抗车辙剂为例，探讨抗车辙剂对AC-16沥青混合料力学性能的影响。

1 抗车辙剂及其作用机理

作为一种沥青混合料制备过程中的添加剂，常见的抗车辙剂由多种聚合物及助溶剂按照一定的比例制备而成[3]。抗车辙剂对沥青混合料的作用主要表现在对集料骨架结构的改良作用、对沥青的改性作用以及对沥青混合料整体的加筋作用上[4，5]。

(1)对集料骨架结构的改良作用

集料在压实过程中不断形成骨架，骨架在混合料抵抗外界荷载的过程中发挥着关键作用。抗车辙剂颗粒在混合料搅拌与成型过程中，因高温作用不断以流动状态进入到骨架的缝隙中。温度降低后，抗车辙剂颗粒以一种玻璃态存在于集料骨架中，以其较强的变形恢复力不断限制外力作用下集料颗粒的相对移动，从而对集料骨架进行改良，提升了骨架自身的抗车辙能力。

(2)对沥青的改性作用

抗车辙剂相对沥青而言自身具有更大的粘聚力，与沥青混合后，可有效提升沥青与集料粘结界面的粘结强度并改善沥青的针入度与软化点等指标。沥青与抗车辙剂混合形成的胶结料将众多松散的集料颗粒包裹粘结在一起，从而使沥青性质得到改良，提高了混合料整体的结构强度。

(3)对混合料的加筋作用

抗车辙剂在沥青混合料中常呈片状或纤维状分布，当片状或纤维状的抗车辙剂达到一定数量时，便相互联结，形成一个具有较强整体性的立体纤维网状结构。凭借混合后胶结料良好的粘结性能，集料颗粒与立体纤维网状结构形成一个整体，抗车辙剂在混合料中起到类似于加筋的作用，从而使沥青混合料抗车辙性能得到提升。

2 抗车辙剂对力学性能的影响

论文以国产垦特莱聚合物复合抗车辙剂为研究对象，探讨抗车辙剂对AC-16沥青混合料力学性能的影响。抗车辙剂技术指标见表2。试验采用的70#基质沥青、辉绿岩粗集料、石灰岩细集料及矿粉均符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)[6](简称《规范》)的要求，试验用级配采用《规范》AC-16中值级配。

表2 抗车辙剂技术指标表

2.1 对高温稳定性的影响

车辙试验是评价沥青混合料高温稳定性较为直接与便捷的试验方法。它通过模拟车轮荷载在混合料表面行走的作用，可较为直观地反映沥青混合料的抗车辙性能。单轴贯入试验同样是评价沥青混合料高温稳定性常用的方法，它的主要表征是混合料抗剪切性能。结合车辙试验与单轴贯入试验，得到的试验结果可较为准确地反映混合料的高温稳定性。因此，本文同样采用这两种方法评价添加抗车辙剂后的AC-16沥青混合料高温性能。在试验过程中，分别开展抗车辙剂掺量为3‰、5‰、7‰三组试件和不掺入抗车辙剂试件的高温稳定性能研究，得到的试验结果见图2。

图2 不同抗车辙剂掺量下高温稳定性试验结果曲线图

由试验结果可知，抗车辙剂的掺入可显著提高AC-16沥青混合料的动稳定度与抗剪强度，随着抗车辙剂掺量的提高，两种指标不断升高。试验结果可充分证明，抗车辙剂加入后起到的骨架改良、沥青改性与加筋作用十分明显，可较大幅度提升AC-16沥青混合料的高温性能，掺入抗车辙剂是一种提升混合料高温性能的有效措施。

2.2 对低温稳定性的影响

沥青混合料在低温与荷载作用下易出现裂缝损坏。因此，混合料低温性能是其综合性能评价的重要指标。抗车辙剂的加入对沥青混合料高温性能提升明显，而高温性能与低温性能往往是一对相互对立的指标。有必要对抗车辙剂掺入后的沥青混合料低温性能进行评价，以确保抗车辙剂的可用性。

小梁弯曲试验是常用的沥青混合料低温稳定性评价方法。根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E-20-2011)[7]，本文试验温度采用-10 ℃，加载速度采用50 mm/min。3‰、5‰、7‰三组抗车辙剂掺量试件和不掺入抗车辙剂试件的小梁弯曲试验结果见图3。

由试验结果可知，抗车辙剂的掺入可小幅度提升沥青混合料的抗弯拉强度与最大弯拉应变。随着抗车辙剂掺量的增大，混合料低温性能提升并不明显，但相对不掺入抗车辙剂混合料仍有所增加。这可能是因为抗车辙剂的掺入使集料与沥青紧密粘结在一起，同时混合料形成纤维立体结构，对混合料的低温开裂有一定的抑制作用。

2.3 对水稳定性的影响

水稳定性的好坏直接影响沥青混合料耐久性与行车安全性。通过浸水马歇尔试验与冻融劈裂试验得到的残留稳定度与冻融劈裂强度比两个指标常用于测试沥青混合料的水稳定性能。以3‰、5‰、7‰三组抗车辙剂掺量试件和不掺入抗车辙剂试件开展水稳定性测试，测试过程中得到的稳定度、劈裂强度见图4，水稳定性测试结果见图5。

图4 不同抗车辙剂掺量下稳定度、劈裂强度试验结果曲线图

图5 不同抗车辙剂掺量下水稳定性试验结果曲线图

由试验结果可知，随着抗车辙剂掺量的增加，混合料稳定度与劈裂强度呈现不断增长的趋势；残留稳定度与冻融劈裂强度比两项水稳定性指标呈现先增长后降低的趋势，峰值出现在抗车辙剂掺量为5‰时。

综合抗车辙剂加入后的AC-16沥青混合料高温、低温与水稳定性能测试结果，推荐抗车辙剂掺量控制在5‰左右。

3 结语

本文对抗车辙剂在沥青混合料中的作用机理进行了探讨分析，研究了不同抗车辙剂掺量下AC-16沥青混合料的高温稳定性、低温稳定性与水稳定性。结果表明：抗车辙剂的掺入可有效提升AC-16沥青混合料的高温稳定性与水稳定性，对于低温稳定性有小幅提升。当抗车辙剂掺量在5‰左右时，沥青混合料可获得较为均衡的综合性能，推荐抗车辙剂掺量为5‰。

[1]沙庆林.高速公路沥青路面早期破坏现象及预防[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2]王东升.沥青路面流动型车辙的理论研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2009.

[3]惠 冰.抗车辙剂改性沥青混合料技术性能研究[D].西安：长安大学，2009.

[4]丁庆军，方 杨，刘祖国，等.沥青混凝土抗车辙剂研究及应用[J].中外公路，2008，28(1)：164-166.

[5]余红杰.抗车辙剂对沥青混合料改性机理分析[D].西安：长安大学，2012.

[6]JTG F40-2004，公路沥青路面施工技术规范[S].

[7]JTG E-20-2011，公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].

Analysis on the Impact of AC-16 Mixture on the Pavement Performance Response of Anti-rutting Agent

WU Ying-sheng1，CAO Fan2，LI Yi2

(1.Guangxi University，Nanning，Guangxi，530004；2.Guangxi Communications Planning Surveying and Designing Institute，Nanning，Guangxi，530029)

To improve the mechanical properties and durability of AC-16 asphalt mixture，this article an-alyzed the action mechanism of anti-rutting agent in asphalt mixture，and compared the high temperature，low temperature，and water stability performance of four asphalt mixture specimens with anti-rutting agent content of respectively 0‰，3‰，5‰，and 7‰.The results showed that the anti-rutting agent can effectively enhance the high temperature stability of asphalt mixture；and the low temperature perform-ance is slightly improved；the water stability enhancement of mixtures shows the trend of firstly increas-ing and then decreasing，with the peak value shown at about 5‰.

Road engineering；Asphalt mixture；Anti-rutting agent；Mechanical properties

U418.6+8

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.09.005

1673-4874(2016)09-0017-04

2016-04-20

吴应升(1982—)，在读硕士，研究方向：建筑与土木工程；

曹 帆(1989—)，硕士，研究方向：道路工程勘察设计与研究；

李 旖(1990—)，工学硕士，主要从事道路工程、景观绿化研究工作。