抗车辙剂在新疆高温差地区的应用

李学良 / 新疆环路通公路桥梁试验检测有限公司

抗车辙剂在新疆高温差地区的应用

李学良 / 新疆环路通公路桥梁试验检测有限公司

简述了抗车辙剂对沥青混合料的作用机理，并对不同掺量下的沥青混合料进行了路用性能试验研究， 分析车辙剂掺量对沥青混合料的基础性能、水稳定性、高温稳定性和低温抗裂性的影响，根据不同设计要求选择合适的最佳抗车辙剂掺量。

抗车辙剂；最佳掺量；路面性能；选择

新疆气候属典型的大陆性干旱气候,南疆干旱,光照长,少雨,年降水量仅20～100毫米,而北疆却达100～500毫米。年平均气温南疆平原10℃～13℃，北疆平原低于10℃。极端最高气温曾达48.9℃，极端最低气曾达－51.5℃。新疆气候的几个特点:1.干燥2.冬冷夏热 3.气温日较差大 4.日照丰富 。

随着汽车运输的重载化趋势逐渐增长以及夏季高温天气的持续发展，致使车辙成为新疆沥青路面的主要病害之一。特别是在重载高速公路、矿区通过道路等路段，路面车辙病害尤为突出，给行车安全带来极大威胁。据调查，新疆主干线公路返修的原因中，车辙占80%以上。有的高速公路甚至在车辙铣刨加铺两年后又出现明显车辙的情况，使项目的经济和社会效益受到极大影响。

选择在沥青混凝土中掺加抗车辙剂来增加路面抗车辙能力是一种比较有效的措施。在新疆这样夏季极热、冬季极寒、高温差的气候条件，以及重载、超载车辆多的运营状况，路面既要防止高温车辙又要顾及低温开裂病害，如何选择合适的路面设计指标以及抗车辙剂最佳掺量是一个需要研究的课题。

现结合北京至乌鲁木齐国家高速公路明水（甘新界）至哈密段公路项目路面车辙设计指标选择以及抗车辙剂使用进行介绍。

1.抗车辙剂的作用机理

对于抗车辙剂作用机理，不同类型稍有差异。主要可概括为在沥青混合料中的增强填充、纤维加筋、增黏胶结、沥青改性和弹性恢复作用，从而提高沥青混合料高温稳定性而不影响其他路用性能。

①增强填充作用：抗车辙剂都是以颗粒形状存在，当拌和混合料中途加入，颗粒表面融化，粘结在矿料表面。颗粒内部软化，还以颗粒存在，通过施工过程，软化后的添加剂颗粒通过塑性变形，很好的填充嵌挤到级配骨架的空隙中，提高了密实度，增大矿料间的粘结面积，增强混合料之间的相互作用力。使混合料力学性能得到优化，提高了混合料抵抗荷载及抗车辙的能力。

②纤维加筋作用：沥青混合料中融化粘结，形成空间网状结构，类似加入纤维。将矿料颗粒紧固在一起，起到加筋作用，提高混合料整体强度。

③增黏胶结作用：车辙剂在混合料拌和过程中加入，部分融化包裹在矿料颗粒表面。由于其冷却后具有较高黏结性能，使矿料之间的胶结作用增强，提高了油膜的界面黏结强度。

④沥青改性作用：加入的抗车辙剂，大多是聚酯类高分子化合物。在沥青混合料施工后，抗车辙剂慢慢从沥青中吸附油分，起到对沥青改性的作用，提高沥青的粘附性等指标，增强混合料的路用性能。

⑤弹性恢复作用。在沥青混合料中加入的抗车辙剂，具有弹性变形能力。在较高温时，起填充作用的颗粒，具有使路面的部分变形恢复功能，减少了沥青混凝土路面的永久变形。

2.项目概况

北京至乌鲁木齐国家高速公路明水（甘新界）至哈密段公路公路等级为四车道高速公路，设计速度120km/h。项目区位于东经94°09’～96°09’，北纬42°01’～43°16’之间。项目沿线基本为荒漠戈壁区，海拔高度在800～1500m之间。区域内日照充足，蒸发强烈，夏季炎热，冬季寒冷，温差较大，干燥少雨雪，春夏季多风，属典型的大陆性干旱气候。部分路段穿越山岭，气温相对较低。降水和融雪为地下水和地表水的主要来源。

路面结构为：下面层7cm厚AC-25沥青混凝土；中面层5 cm厚AC-20；上面层4cm厚AC-16改性沥青混凝土。

本文主要针对上面层4cm厚AC-16改性沥青混凝土性能进行研究，抗车辙剂使用深圳海川新材料科技股份有限公司产品。

3.掺加抗车辙剂沥青混凝土性能

3.1 沥青性能

本项目采用Ⅰ-C型SBS改性沥青，经现场取样试验，项目所使用改性沥青各项指标符合Ⅰ-C型SBS改性沥青要求。改性沥青技术指标见表1

表1 改性沥青技术指标

3.2 集料性能

上面层使用玄武岩、石屑、水洗天然砂、矿粉等材料，集料各项指标均符合高速公路要求。

3.3 试验方案

本次试验以基质沥青配制的 AC一16密级配沥青混凝土为基质混凝土，通过马歇尔试验确定基质沥青混凝土油石比为4.5% ，采用抗车辙剂用量分别为0%，0.20% 、0.25% 、0.30%、0.35% 、0.40%对路用性能进行对比试验。抗车辙剂在集料混合搅拌时投入，同时干拌90 S，然后加沥青拌90 S，再加矿粉拌90S。集料和矿粉加热温度为190～200℃ ，沥青加热温度为160～170℃ ，拌和温度为180℃ ，试件成型温度为l50～160℃ 。

3.4 各种掺量沥青混凝土基本性能

对各种抗车辙剂掺量的沥青混凝土按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011进行成型后进行马歇尔试验，试验结果如表2。

表2 加不同比例抗车辙沥青混合料强度统计表

通过上表可以看出：掺加抗车辙剂后，沥青混合料的毛体积密度普遍较未掺加时有所降低，主要原因为抗车辙剂密度相对较小，随掺量的增加沥青混凝土密度随之减小；沥青混合料的空隙率普遍较未掺加时有所增大，说明外掺颗粒状抗车辙剂后沥青混合料的密实程度受到了影响；沥青混合料的矿料间隙率普遍较未掺加时增大，说明抗车辙剂交织搭桥而形成的网络结构使得矿料颗粒之间的间隙增大，为沥青结合料的填充提供了更大的空间；沥青混合料的沥青饱和度普遍较未掺加时减小；沥青混合料的马歇尔稳定度逐渐增加，没有出现峰值；流值普遍较未掺加时略有增大，说明抗车辙剂的交织网络结构对混合料的可塑性产生了直接的影响。

3.5 高温性能

按不同抗车辙剂掺量确定的最佳油石比，分别成型车辙试件，并进行车辙试验，试验结果如图1所示。

图1 动稳定度试验结果

试验结果表明，掺加抗车辙剂后，沥青混凝土的动稳定度明显增强，在2.0‰～4.0‰范围内随着抗车辙剂掺量的增加，动稳定度结果不断增加。

3.6 低温性能

按不同抗车辙剂掺量确定的最佳油石比，轮碾成型试件，切割成标准试件后，在-10℃进行弯曲试验，试验结果如图2所示

图2 低温弯曲

掺入抗车辙剂后，前期混凝土的最大弯拉应变有较大幅度的提高，随着抗车辙剂掺量的加大，沥青混凝土的最大弯拉应变不断减小。掺量为4‰时最大弯拉应变已低于不掺抗车辙剂的原始混凝土，并小于规范要求值（不小于3000με）。

3.7 水稳定性能

按不同抗车辙剂掺量确定的最佳油石比，分别成型马歇尔试件，并进行冻融劈裂试验试验结果如表3所示。

图3 冻融劈裂试验结果

在2.0‰～4.0‰范围内随着抗车辙剂掺量的增加，冻融劈裂抗拉强度比不断减小。同样说明，外掺颗粒状抗车辙剂后沥青混合料的密实程度受到了影响，孔隙率不断增大，沥青混凝土水稳定性不断下降。

3.8 项目路面指标选择

本项目大部分路段处于高温、干旱少雨路段，部分段落处于山岭区，降雨、降雪量相对较大，综合试验结果，本项目高温、干旱少雨路段推荐掺加抗车辙剂最佳掺量为3.5‰，山岭区段落路段推荐掺加抗车辙剂最佳掺量为3.0‰，抗车辙设计指标选择为8000次/mm。

4.结束语

4.1 抗车辙剂可以增加沥青混凝土的马歇尔稳定度，随着抗车辙剂掺量的增加，马歇尔稳定度不断小幅增加。

4.2 抗车辙剂可以明显增加沥青混凝土的沥青混凝土的高温性能，在2.0‰～4.0‰掺量范围内未出现峰值。

4.3 掺加抗车辙剂后，沥青混凝土低温性能得到增强，随着抗车辙剂掺量的增加，低温性能不断降低，掺量为4‰时最大弯拉应变已低于不掺抗车辙剂的原始混凝土，并小于规范要求值（不小于3000με）。

4.4 掺抗车辙剂的沥青混合料水稳定性总体出现下降趋势，随着掺量的增加，水稳定性下降趋势逐渐加快。

4.5 掺抗车辙剂的沥青混合料的毛体积密度普遍较未掺加时有所降低，空隙率普遍较未掺加时有所增大，矿料间隙率普遍较未掺加时增大，沥青饱和度普遍较未掺加时减小，流值普遍较未掺加时略有增大，整体变化趋势与未掺加抗车辙剂时基本一致。

4.6 抗车辙剂最佳掺量应根据项目具体设计要求，兼顾高温、低温性能和水稳定性综合比选。

[1]JTG E20—2011,公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].

[2]JTG F40—2004，公路沥青路面施工技术规范[S].

[3]张宏武.不同改性剂改性沥青性能分析[J].山西交通科技，2006(6).

[4]赵振东.掺加抗车辙剂沥青混合料技术性能研究［J］.公路交通科技，2009(02).