掺加抗车辙剂的沥青混合料服役性能浅析

黄光枞

（海南海建工程管理总承包有限公司，海南 海口 570203）

0 引言

随着国内公路交通量的增加、交通渠化严重、汽车超载及轴载的加大，以及近年来持续高温天气等因素的综合影响，各种车辙、疲劳行为、水损害等导致的沥青路面病害也不断出现，路面的高温性能尤为各路面研究者关注。在新材料使用方面，改性沥青逐渐代替了道路石油沥青，改性剂的掺入赋予了沥青较高的劲度和弹性，不同程度上改善了路面的使用性能，尤其是高温使用性能和抗水损害能力，从而有效地延长了道路使用寿命。

抗车辙剂就是众多新型材料的一种，抗车辙剂是一类具有生产工艺简单、价格低廉、性能优良、经济环保、性价比较高的沥青路面改性剂，也是一种用来提高沥青路面高温性能、承载能力、服役性能的最新、最有效的方法之一[1]。本文结合海南高温、高湿、降水量大等气候特征，为研究抗车辙剂对沥青混合料服役性能的影响，进行了相关性能验证与试验。

1 试验设计

1.1 原材料

集料、矿粉选用某石灰岩性石场生产的1#（11～20 mm）料、2#（5～11 mm）料、3#（0～3 mm）料及矿粉。经检测，集料及矿粉的性能满足JTG F40-2004的相关技术要求。

沥青选用SBS改性沥青I-C，其性能满足JTG F40-2004的相关技术要求；抗车辙剂为某公司生产的PE类抗车辙剂，出厂前各项技术指标已检测合格，均符合《沥青混合料改性添加剂第1部分-抗车辙剂》（TJ 860.1—2013）的技术要求。

1.2 配合比设计

因中面层对整个沥青路面结构高温稳定性影响最大，本次试验选择AC-20C混合料为研究对象。据JTG F40-2004附录B[2]，对AC-20C进行目标配合比设计，得到其配合比见表1。

表1 AC-20C的配合比

1.3 设计思路

在SBS改性沥青混合料中分别添加沥青混合料重量的 0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%、0.35%、0.4%，分别进行马歇尔试验、车辙试验、小梁弯曲试验。

1.4 抗车辙剂添加控制要点

掺入抗车辙剂后，石料加热温度为185℃~190℃，沥青加热温度为165℃，拌和时间180 s。

2 抗车辙剂的马歇尔体积指标确定

抗车辙剂对沥青混合料马歇尔体积参数的影响主要有：

（1）当抗车辙剂做为沥青结合料的一部分进行沥青混合料体积参数的计算，所计算的沥青饱和度、矿料间隙率随着添加量的增加有所提高，但是否超出规范要求有待试验论证。

（2）当抗车辙剂做为矿料的一部分来进行沥青混合料体积参数的计算，所计算的沥青混合料的矿料间隙率、沥青饱和度随着添加量的增加有所提高，是否超出规范要求有待试验论证。

（3）如果当做沥青结合料的一部分，那么沥青混合料的理论密度是采用实测法还是计算法，沥青结合料的密度取值为多少？抗车辙剂采用干拌法掺入沥青混合料，在高温拌和条件下融化，固态和液态密度有所差异，另外与沥青及矿料发生一些化学反应，抗车辙剂、沥青等材料密度均发生变化，此时采用计算法进行沥青混合料理论密度计算存在沥青结合料密度选取的问题[3]。围绕上述几个问题进行了相关试验研究，结果如下所述：

a.关于理论密度采用计算法还是实测法。

针对SBS改性沥青AC-20C型沥青混合料，采用真空实测和计算法进行理论密度值的比较，结果见表2。

表2 AC-20C沥青混合料计算理论相对密度试验结果

由表2数据可知，AC-20C型沥青混合料真空法实测理论密度和计算法理论密度数值相差不大，且抗车辙剂掺到混合料中与沥青融化在一起，采用计算法计算时考虑的因素和引用的数据较多，再加上改性沥青混合料不容易分散，数据误差较大，因此，建议采用真空实测法的理论密度作为马氏体积参数计算的最大理论相对密度。

将表2中试验数据按照JTG F40-2004中最佳油石比的计算方法，得出最佳油石比为4.5%，4.5%油石比时的理论最大密度为2.545 0。再进行4.5%掺加0.2%、0.3%、0.4%抗车辙剂实测理论最大密度，结果见表3。

表3 AC-20C沥青混合料实测理论相对密度试验结果

由于掺抗车辙剂后，其沥青混合料中沥青结合料的密度未知，仅进行了真空法实测理论密度，如上表所示，掺抗车辙剂的沥青混合料马氏体积参数计算中，理论密度采用真空法实测。

b.关于马氏体积参数，试验结果见表4和表5。

表4 AC-20C沥青混合料马氏试验结果（抗车辙做为矿料的一部分）

表5 AC-20C沥青混合料马氏试验结果（抗车辙剂当做沥青结合料一部分）

由表4、表5数据可知，将抗车辙剂当做沥青结合料或当做矿料的一部分，马氏体积参数中的空隙率基本没有变化；矿料间隙率均随着掺量的增加而增大，满足设计要求；沥青饱和度均随着掺量的增加而增大，满足JTG F40-2004要求65%~75%。但考虑到抗车辙剂加入沥青混合料后会融化，所以不能将其做为矿料的一部分，建议，在进行沥青混合料体积参数计算时，将抗车辙剂当做沥青结合料的一部分。

3 抗车辙剂对沥青混合料高、低温性能的影响

根据试验设计，掺不同掺量抗车辙剂的沥青混合料的动稳定度、低温弯曲试验结果见表6和图1。

表6 车辙和低温弯曲试验结果

图1 不同掺量抗车辙剂高低温效果图

从表6和图1可知，随着抗车辙剂掺量的增加，沥青混合料动稳定度不断提高，沥青混合料高温抗变形能力显著提高，均满足设计要求大于2 400次/mm的要求。但低温小梁弯曲微应变呈递减趋势，考虑到SBS改性AC-20C沥青混合料小梁弯曲破坏应变要求大于3 000，建议低温地区抗车辙剂掺量控制在0.15%~0.2%左右。

4 结论

综合以上试验数据，分析了SBS改性AC-20C沥青混合料不同掺量抗车辙剂时的性能变化，得出以下结论：

（1）AC-20C型沥青混合料真空法实测理论密度和计算法理论密度数值相差不大，且实测法数值略大于计算法数值，建议采用真空实测法得到的密度作为马氏体积参数计算的最大理论相对密度。

（2）考虑到抗车辙剂加入沥青混合料后会融化，将其当做沥青结合料一部分参与马氏体积参数计算时，马氏体积参数均满足设计要求。建议，在进行沥青混合料体积参数计算时，将抗车辙剂当做沥青结合料的一部分。

（3）随着抗车辙剂掺量的增加，沥青混合料动稳定度提高，且相对变形量减小，沥青混合料高温抗变形能力显著提高，均满足设计要求大于2 400次/mm的要求。

（4）随着抗车辙剂掺量的增加，低温小梁弯曲微应变呈递减趋势，考虑到SBS改性AC-20C沥青混合料小梁弯曲破坏应变要求大于3 000，建议低温地区抗车辙剂掺量控制在0.15%~0.2%左右。