抗车辙剂掺量对AC-13沥青混合料路用性能影响

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(1.湖南省怀化公路桥梁建设总公司，湖南 怀化 418000；2.湖南省交通科学研究院，湖南 长沙 410015)

抗车辙剂掺量对AC-13沥青混合料路用性能影响

阴吉军1，赵小娟2

(1.湖南省怀化公路桥梁建设总公司，湖南 怀化 418000；2.湖南省交通科学研究院，湖南 长沙 410015)

为研究博特抗车辙剂对沥青混合料路用性能影响情况，基于SK90#、SBS改性沥青混合料，利用国产车辙、小梁弯曲、浸水马歇尔试验研究不同掺量抗车辙剂下AC-13型沥青混合料的高温、低温、水稳性能变化情况，最终确定了抗车辙剂的最佳比例。试验结果表明：抗车辙剂添加可提高沥青混合料的路用性能，随着车辙剂掺量的增加，混合料的高温性能及水稳定性不断加强，而低温性能则逐渐平缓且有降低的趋势。综合性能及成本考虑，建议抗车辙剂的最佳掺量为0.4%。

道路工程；抗车辙剂；最佳掺量；AC-13；路用性能

0 引言

据统计[1-3]，沥青路面的使用寿命越来越短，很多沥青路面只能达到设计使用寿命的一半，路面损坏问题越来越严重。实测发现，一些路段夏天高温时出现的车辙深度达30 mm左右，且修复后出现局部高度过大等现象；还有一些路面在通车使用不到几个月就出现了比较严重的裂缝。车辙、裂缝的产生大大降低了路面的平整度，同时增加了路面发生水损害的可能性，给公路使用带来了诸多麻烦，对行车安全非常不利，因此有必要采取措施进行解决。

众学者[4,5]就车辙剂对不同粒径沥青混合料抗车辙性能的改善效果进行了研究。本文以上海某公司生产的博特抗车辙剂为添加剂，以SBS改性沥青混合料及掺加抗车辙剂的基质沥青混合料为研究对象，研究不同掺量抗车辙剂的添加对沥青混合料抗车辙、抗开裂、抗水损害[6,7]能力的影响情况，并对比常用的SBS改性沥青混合料，以确定添加抗车辙剂的沥青混合料性能是否满足规范要求，进而确定抗车辙剂的最佳比例。

1 原材料及配合比设计

1.1 原材料指标

1)沥青。

采用埃索90#沥青，各指标见表1。

表1 沥青的性能指标类别针入度/(01mm)15℃25℃30℃PI软化点/℃延度/cm10℃15℃密度(15℃)/(g·cm-3)实测269834153-1479489321551004规范—80～100—-15～+10≥44≥20≥100—

2)集料与矿粉。

采用玄武岩型粗集料、石灰岩型细集料，按规范检验，各项技术指标均符合规范要求，且测定各档集料的密度如表2所示。

3)抗车辙剂。

图1为选用的博特抗车辙剂，一种黑色固体颗粒，是通过聚合反应生成的一种沥青混合料添加剂，其能够增加混合料的粘度，加强混合料的弹性恢复能力，从而达到提高混合料的高温性能的目的，但是对低温抗裂性和水稳定性的影响情况需作进一步研究，因此选取不同掺量的博特抗车辙剂，研究其对沥青混合料的高温、低温、水稳性能的影响。

表2 各档集料密度值矿料粒径/mm表观相对密度表干相对密度毛体积相对密度132287827572713952922272826844752903269426452362816——1182794——062778——032788——0152843——00752873——矿粉2804——(>26)注：括号内值为规范要求。

图1 博特抗车辙剂

1.2 配合比设计

1.2.1 级配设计

本文混合料级配选择常用的AC-13型，根据规范及工程经验，最终确定矿料级配见表3。

表3 AC-13矿料级配筛孔尺寸/mm合成级配/%筛孔尺寸/mm合成级配/%161001182101329520614895753039747550901571236322007551

1.2.2 最佳油石比

根据矿料级配组成及经验，采用5个不同的油石比(3.5%、4.0%、4.5%、5.0%、5.5%)制作马歇尔试件，测定并计算相关指标，得到关系曲线见图2。

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由图2知：γ峰值对应油石比5.00 %、MS峰值对应油石比4.60 %、VV中值对应油石比4.65 %、

a)毛体积密度γ、孔隙率VVb)稳定度MS、流值FL

c)矿料间隙率VMA、沥青饱和度VFA

VFA中值对应油石比4.70 %,各指标均符合要求的沥青用量范围为4.50 %～4.90 %，因此可算得最佳油石比为4.73 %。根据厂家建议，为提高路面的低温抗裂性能，采用较高的油石比，最佳油石比在OAC2与OACmax之间取其上限，故最佳油石比定为4.90 %。

以4.90 %油石比对混合料性能进行验证，结果见表4。

表4 49%油石比时马歇尔试验结果类别最大理论密度/(g·cm-3)γ/(g·cm-3)VV/%MS/kNFL/mmVMA/%VFA/%实测2598251135152335145735规范——3～5≥82～4≥1465～75

结果表明该条件下混合料性能符合规范，同样方法确定SBS改性沥青混合料的最佳油石比为5.30%。

2 试验方案及工艺选择

2.1 试验方案

根据查阅的参考文献[5]及厂家建议，在基质沥青混合料中添加比例(抗车辙剂与沥青混合料质量之比)分别为0.2 %、0.4 %、0.6 %的抗车辙剂，研究不同情况下其混合料性能的变化情况，以确定抗车辙剂最佳掺量。此外，将添加抗车辙剂的沥青混合料与SBS改性沥青混合料性能相比，研究博特抗车辙剂的应用前景。

2.2 混合料拌合方式

混合料拌合方式一般分为“干法”和“湿法”两种[8]： “干法”即将抗车辙剂作为一种外加剂加入集料中拌和；“湿法”是先采用一定工艺将抗车辙剂剪切融入基质沥青中，然后再把得到的沥青加入到集料中拌和。研究[9]表明，抗车辙剂为颗粒状物体，“干法”工艺更加适合。因此，本文使用“干法”制备沥青混合料。

3 抗车辙剂对混合料路用性能影响

3.1 高温稳定性

选择常用的国产车辙试验进行研究，评价指标为动稳定度，为了更好地检测抗车辙剂对沥青混合性能影响情况，本文选取的规范值均为施工技术规范中的最大值。按规范成型试件并进行试验，结果如表5、图3所示。

表5 不同掺量下混合料动稳定度试验结果类型掺量/%DS/(次·mm-1)试验值规范值基质沥青混合料0152310000229960433562800063428SBS3233

图3 不同掺量下混合料动稳定度变化趋势

由表5可知，随着抗车辙剂掺量的增加，沥青混合料的动稳定度逐渐增加，并且均满足规范要求。说明在本文选择的抗车辙剂掺量范围内，随着抗车辙剂掺量的增加，混合料的高温性能呈递增趋势，并且远远超过了规范值，在0.4%掺量时，高温性能甚至已经超过SBS改性沥青混合料的。但是，根据图3可以发现，递增效果随着掺量增加逐渐趋于平缓。分析可知，前期增长较快的原因是在高温作用下抗车辙剂软化、溶胀，有嵌挤空隙的效果，从而增加混合料结构间的骨架作用，使得混合料更加严实，提高路面整体性能，增强混合料的承载能力；而后期由于沥青含量的限制，不足以使得抗车辙剂溶胀充分，故趋于平缓。

3.2 低温抗裂性

结合实际条件，选取小梁低温弯曲试验[10]评价沥青混合料低温抗裂性能。试验过程中测定试件破坏时的最大荷载PB和跨中挠度d，并按规范计算试件破坏时的最大弯拉应变εB，结果如表6、图4所示。

表6 不同掺量下混合料低温性能试验结果类型掺量/%最大弯拉应变试验值规范值基质沥青混合料023268με2300με0227253με0428246με2800με0628051μεSBS28309με

图4 不同掺量下混合料弯拉应变变化趋势

3.3 水稳定性

因浸水马歇尔试验[11]应用最为成熟，因此，采用浸水马歇尔试验评价混合料水稳定性，试验试件分2组：一组在60 ℃水中养护0.5 h后测得其马歇尔稳定度；另一组在60 ℃水中养护48 h后测马歇尔稳定度，最后计算两者之比即为残留稳定度。试验结果如表7、图5所示。

表7 不同掺量下混合料浸水马歇尔试验结果混合料类型稳定度/kN浸水48h稳定度/kN残留稳定度/%基质+0%抗车辙126962763基质+02%抗车辙1631358834基质+04%抗车辙1751488849基质+06%抗车辙1841577857SBS改性沥青1781493838

a)浸水前后稳定度随掺量变化趋势b)残留稳定度随掺量变化趋势

从表7、图5可知，随着抗车辙剂掺量逐渐增加，沥青混合料残留稳定度增加趋势开始较为明显，后来逐渐趋于平缓。分析原因主要是抗车辙剂加强了混合料之间的粘附力，但掺量过大导致混合料内部产生应力集中，出现裂缝，水分的渗入使得混合料的水稳性能增加趋势变缓，但强度仍然增加，这与前文的高、低温性能变化趋势一致。鉴于本文以常用的SBS改性沥青混合料为参考对象，比较可知0.4%掺量时，两者水稳性能相仿，并且就经济成本而言更加适合。

4 结论

为了更好地使用抗车辙剂，基于性能好、成本低的原则，对比SBS改性沥青混合料路用性能，本文对不同掺量抗车辙剂下基质沥青混合料的高温、低温、水稳性能展开研究，所得结论如下：

1)通过马歇尔试验最终确定SK90#基质沥青混合料、SBS改性沥青混合料的最佳油石比分别为4.9%、5.3%；此外，干法、湿法工艺均可用于制备沥青混合料，分析比较可知，本文中“干法”更适合。

2)抗车辙剂的添加可提高基质沥青混合料的高温和水稳性能，但对于低温性能则效果有所不同，当掺量在0.4%时，低温性能逐渐增强，超过此范围则变化平缓，且有降低的趋势，最终确定博特抗车辙剂的最佳掺量为0.4%。

3)本文针对性地研究了博特抗车辙剂对基质沥青混合料性能的影响，并确定了最佳比例，为工程应用提供借鉴，但并未就不同的抗车辙剂进行对比，后期可扩大车辙剂种类选择范围，优选车辙剂的种类及其最佳掺量。

[1] WU Jian-min, LIANG Jia-ping, ADHIKARI S. Dynamic response of concrete pavement structure with asphalt isolating layer under moving load [J].Journal of Traffic and Transportation Engineering(English Edition),2014,1(6):439-447.

[2] 姚晓光, 张争奇, 张苛, 等. 间断级配纤维微表处性能及指标研究[J].中南大学学报(自然科学版), 2016, 47(9): 3264-3272.

[3] Sebaaly P E, Lake A, Epps J. Evaluation of low-temperature properties of HMA mixtures[J]. Journal of Transportation Engineering, 2002, 128(6): 578?586.

[4] 刘军营, 姚晓光 ,罗要飞.基于正交试验的纤维微表处路用性能研究[J].铁道科学与工程学报, 2016,13(1):82-88.

[5] 董泽蛟、肖桂清，龚湘兵.级配及抗车辙剂对沥青混合料抗车辙性能的影响分析[J].公路交通科技, 2014, 31(2): 27-32.

[6] 李晶, 赵晓东, 李小宏, 等. 中间相沥青基碳电极材料的制备工艺优化与性能[J].材料导报, 2011, 25(7): 68-71.

[7] Topal A, Sengöz B, Kok B V, et al. Evaluation of mixture characteristics of warm mix asphalt involving natural and synthetic zeolite additives [J]. Construction and Building Materials, 2014, 57:38-44.

[8] 张争奇,姚晓光,李伟,等. 环氧沥青混凝土柔韧性及路用性能研究[J]. 铁道科学与工程学报, 2016,13(1):74-81.

[9] 苗祺, 刘德仁, 杨成, 等. 抗车辙剂掺量对AC-16沥青混合料路用性能的影响[J].硅酸盐通报, 2015, 34(10): 2839-2844.

[10] 滕晨辉. 添加抗车辙剂的沥青混合料性能试验研究[J].苏州大学学报(工学版), 2010, 30(2)：24-27.

[11] 刘锋, 王宏.抗车辙剂与橡胶粉复合改性沥青及混合料性能研究[J].公路, 2017(1)：209-214.

1008-8443-0058-04

U 414

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2017-06-23

阴吉军 (1980-)，男，工程师，主要从事公路与桥梁工程。