抗车辙剂沥青混合料路用性能试验研究

2016-12-12谢志方

公路与汽运 2016年6期

关键词：稳定度车辙冻融

谢志方

（湖南省交建工程集团有限公司，湖南株洲 412007）

抗车辙剂沥青混合料路用性能试验研究

谢志方

（湖南省交建工程集团有限公司，湖南株洲 412007）

对掺加PR2000抗车辙剂的沥青混合料进行路用性能试验研究，结果表明，相比于基质沥青混合料、SBS改性沥青混合料，掺加PR2000抗车辙剂的沥青混合料的抗车辙能力、抗水损坏能力、动稳定度都有很大提高；针对PR2000抗车辙剂沥青混合料抵抗高温的能力，在不同频率（20、10、5 Hz）及温度（20、40、55℃）下进行动态模量试验，结果显示其具有良好的高温性能，尤其在高温低频情况下其抗高温性能显著。

公路；PR2000抗车辙剂；沥青混合料；路用性能

为研究掺加PR2000抗车辙剂的沥青混合料的路用性能，制备50＃基质沥青AC-20C、SBS改性沥青AC-20C、掺加4‰PR2000车辙剂的AC-20C混合料进行试验，对其路用性能进行对比分析。

1 抗高温性能对比分析

沥青混合料是一种粘-弹-塑性材料，受外界温度及荷载作用时间的影响，其物理学性能将发生改变。高温稳定性能的“高温”通常是指在交通荷载反复作用下产生永久变形的温度范围，其中永久变形包括车辙、推移、拥包等。实践证明，在常规车辆荷载条件下，永久变形通常发生在气温高于25～30℃时，此时沥青路表温度高于40～50℃，已达到或超过沥青软化点。随着温度的增加和负载的加大，变形幅度将增大。目前，车辙试验是测评沥青混合料高温性能的重要方法。

车辙试验是由一定负荷的轮子在限定的温度和一定时间内在沥青混合料试件的同一轨道上反复碾压形成深深浅浅的辙槽，通过辙槽深度RD及每1mm辙槽深度需碾压的次数即动稳定度DS来评估在限定温度下沥青混合料抗塑性流动变形的能力。动稳定度DS计算公式为：

式中：N为试验轮往返速度，设为42次／min；d1、d2分别为时间t1（45min）、t2（60min）的变形量（mm）；C1为试验机类型修正系数；C2为试件系数。

为评估PR2000抗车辙剂沥青混合料抵抗车辙的能力，制作3种混合料试件，按照试验规程进行高温车辙试验，试验结果见表1和图1。

从表1、图1可看出：3种沥青混合料的动稳定度均符合规范要求；相对于未掺加抗车辙剂的50＃基质沥青混合料，掺加PR2000车辙剂后其抗车辙性能明显提高，60℃动稳定度提高4.5倍；与SBS改性沥青混合料相比，掺加PR2000车辙剂混合料的60℃动稳定度提高25%左右。由此可见，掺加PR2000车辙剂沥青混合料的高温抗车辙性能优于其他类型沥青混合料。

表1 沥青混合料车辙试验结果

图1 不同类型沥青混合料动稳定度试验结果

2 抗水损坏性能对比分析

由于车轮动荷载的反复作用，路面空隙中的水产生动水压力和真空负压抽吸，水渗透至沥青和集料的表面，导致沥青的粘附性和粘结强度大大降低，很快便出现沥青面层剥落、掉粒或松散现象，即水损害。必须对沥青混合料的抗水损害性能进行试验研究，探寻一种水稳定性较好的混合料。通常采用浸水马歇尔试验及冻融劈裂试验评价沥青混合料的水稳定性能。

浸水马歇尔试验常用来检验沥青混合料在受水损害时抵抗脱落的能力。将3种沥青混合料试件放置于（60±1）℃恒温水槽中，分别保温35 min和48 h，读取其稳定度MS，按式（2）计算试件的浸水马歇尔残留稳定度MS0。试验结果见表2和图2。

式中：MS、MS1分别为试件浸水35 min、48 h后的稳定度（k N）。

混合料类型试件编号残留稳定度／%稳定度／k N 35 min48 h 试验值平均值50＃AC-20C 19.237.4380.5 29.328.1687.6 39.747.7579.6 82.5 SBS AC-20C 110.369.0787.5 211.419.7885.7 39.818.5387.0 86.7 4‰PR2000+ 50＃AC-20C 113.5111.7887.2 214.1112.4888.4 313.8912.5390.2 88.6

图2 不同类型沥青混合料浸水马歇尔残留稳定度试验结果

冻融劈裂试验是在冻融循环前后，通过测定沥青混合料在受水损害前后的劈裂破坏强度比来评价表2 沥青混合料浸水马歇尔试验结果其水稳定性能。以冻融劈裂抗拉强度比TSR作为评价指标，其计算公式见式（3）。TSR越大，则沥青混合料抗冻融的能力与水稳定性能越优。试验结果见表3和图3。

式中：RT1、RT2分别为未进行冻融循环和经受冻融循环试件的劈裂抗拉强度（MPa）。

表3 沥青混合料冻融劈裂试验结果

图3 不同类型沥青混合料冻融劈裂抗拉强度比

从表2与表3可以看出：3种沥青混合料的残留稳定度及残留强度比均符合规范要求。掺加PR2000抗车辙剂的混合料的残留稳定度及残留强度比均比未掺加车辙剂的基质沥青混合料、SBS改

性沥青混合料的高，抵抗水损坏的能力更好。

3 低温抗裂性能对比分析

沥青混合料低温抗裂性能的好坏直接影响沥青混合料的使用性能。中国地域广阔，南北温差较大，尤其是高寒地区容易遭受沥青路面裂缝的危害。因此，加强对沥青混合料低温缩裂研究对消除或减少路面低温裂缝、提高路面使用性能十分必要。

采用弯曲破坏试验评价沥青混合料的低温抗裂性能。试验温度为-10℃，采用（30×30×250）mm菱柱体小梁、中点加载方式，跨径为200 mm，加载速率50 mm／min。试验结果见表4和图4。

表4 沥青混合料弯曲破坏试验结果

图4 不同类型沥青混合料弯曲破坏试验结果

由表4可知：3种混合料的低温性能均满足规范要求；掺加PR2000抗车辙剂的沥青混合料的弯拉强度、弯拉应变相对未掺加车辙剂的基质沥青混合料都有一定程度提高，说明PR2000抗车辙剂能提高沥青混合料的抗低温性能，但影响程度较小。

4 动态模量对比分析

动态模量试验能有效评价热拌沥青混合料力学特性及荷载抵抗能力。在不同温度（20、40、55℃）、不同频率（5、10、20 Hz）下对3种沥青混合料进行动态模量试验，结果见表5。

由图5可知：与SBS改性沥青混合料相比，在荷载频率由5 Hz提高到20 Hz的情况下，试验温度为20℃时掺加PR2000抗车辙剂的混合料的动态模量分别提高15.8%、17.6%、15.8%，试验温度为40℃时分别提高17.6%、20.5%、26.1%，试验温度为55℃时分别提高39.3%、48.5%、28.5%。可见，掺加PR2000抗车辙剂后沥青混合料的动态模量得

到较大提高，在高温低频情况下甚至提高48.5%，其抗高温性能优于SBS改性沥青混合料。