两种抗车辙剂综合性能优劣对比研究

范定旺

(山西省交通科学研究院 太原市 030006)

抗车辙剂是特定造粒设备经过一定工艺将多种原料混合制备成的形状均匀的颗粒状沥青混合料外掺改性剂，具有存储方便、添加简便且路用性能优良的特点。它的原料来源广泛，主要为高分子聚合物。近年来，市面上抗车辙剂厂家众多，质量和价格相差很大，且各个品牌抗车辙剂的原料种类、适用范围、作用机理不尽相同。实体工程应用中，在众多供应商中选择性价比最合理的抗车辙剂十分困难。

为保证抗车辙剂沥青混合料的性能，高恒楠对不同掺加量的抗车辙剂改性沥青混合料的路用性能进行研究，得到车辙王抗车辙剂的最佳掺量；张争奇等通过室内车辙试验，分析抗车辙剂种类及掺加量对混合料高温性能的影响；刘锋等对比分析了不同橡胶粉和抗车辙剂掺量对复合改性沥青混凝土路用性能的改善程度。综上所述，国内学者主要针对某一品牌抗车辙剂的掺加量和路用性能进行研究分析，对不同品牌抗车辙剂的综合性能优劣对比评价方法研究甚少。

因此，结合实体工程，旨在利用实验室现有设备，系统地对两种品牌的抗车辙剂进行室内性能测试，比较二者性能优劣及作用机理，为实体工程选取抗车辙剂提供评价方法及科学参考。

1 试验

试验主要依托山西省某高速公路掺入抗车辙剂的沥青混合料中面层实体工程，结合实验室内性能检测，通过抗车辙剂基本物理性能、与石料的拌和粘附性、沥青混合料性能试验，综合对比两个供应商提供的品牌A和B抗车辙剂性能的优劣，并分析其作用机理。

1.1 原材料

(1)沥青

本实验所用沥青为加德士70号A级石油沥青，各项指标符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的要求，其主要性能指标见表1。

表1 加德士70号A级石油沥青基本性能指标

(2)集料

集料主要包括粗集料、细集料和填料等。粗细集料来自山西省潞城市鑫源石料厂。填料为山西长治祥和矿石粉总厂的石灰岩矿粉，其性能指标见表2。

粗集料为3～5mm、5～10mm、10～20mm石灰岩，其性能指标见表3。

细集料为0～3mm机制砂，其性能指标见表4。

表2 矿粉性能指标

表3 粗集料性能指标

表4 细集料性能指标

1.2 沥青混合料组成

根据实体工程掺入抗车辙剂石灰岩AC-20沥青混合料目标配合比的设计，最佳油石比定为4.5%，抗车辙剂掺加量为沥青混合料的0.4%。合成级配通过率见表5。

表5 合成级配通过率

2 试验结果与分析

2.1 抗车辙剂基本性能

分别对A和B两种品牌的抗车辙剂样品测试物理性能，其主要指标见表6。

试验结果表明：两种抗车辙剂物理指标主要差异在软化点和熔体质量流动速率。抗车辙剂A的熔体质量流动速率仅为0.48g/10min，而抗车辙剂B的熔体质量流动速率达到3.51g/10min，是样品A的7.3倍。抗车辙剂A的软化点比B高16.5℃。

表6 A和B两种品牌的抗车辙剂物理性能

2.2 抗车辙剂与石料的拌和粘附性

为评价抗车辙剂的作用效果，观察抗车辙剂与石料的相互作用，在实验室模拟进行抗车辙剂与石料的粘附性试验研究。实验内容：

(1)将中面层AC-20混合料用石灰岩集料筛分、水洗、烘干，得到洁净的5～10mm的集料两份，放入190℃的烘箱加热5h以上。

(2)将抗车辙剂A和B按照工程添加量与预热的集料分别拌和，在拌和锅内搅拌90s后放在干净的盘子里，观察抗车辙剂与石料的状态。

将抗车辙剂A和B分别与石料拌和，选取具有代表性的石子。抗车辙剂A与石料拌和后状态见图1，抗车辙剂B与石料拌和后状态见图2。

图1 抗车辙剂A与石料拌和后状态

图2 抗车辙剂B与石料拌和后状态

从图1可知，抗车辙剂A与石料进行拌和，在高温集料的搅拌作用下，会发生软化变形，但是还难以拉丝达到加筋的效果。只是通过嵌挤作用，具有可塑变形的抗车辙剂A夹杂在几块集料的缝隙中，对沥青混合料的孔隙起到填充作用，同时作为某一种粒径的弹性集料起到恢复变形的作用，但并未起到加筋的作用。从图2抗车辙剂B与石料拌和后状态可知，抗车辙剂B发生明显的拉丝加筋现象，在集料骨架内相互之间接枝交叉连在一起而形成纤维立体网状加筋作用。一根抗车辙剂丝将几块石料粘结在一起，冷却以后，相互之间很牢固。说明抗车辙剂B主要通过加筋作用，达到对沥青混合料性能提升的目的。

2.3 掺入抗车辙剂的沥青混合料性能试验

2.3.1车辙试验

表7 车辙试验结果

掺入抗车辙剂最大的作用就是提高沥青混合料的抗车辙变形能力。车辙试验是我国目前评价沥青混合料高温性能的主要方法。表7结果表明：普通AC-20沥青混合料60min变形平均达到4.565mm，动稳定度为994次/mm。A和B两种抗车辙剂的掺入，均提高动稳定度并减少60min变形。抗车辙剂A的加入使60min变形降低了50.7%，抗车辙剂B降低了59.4%。

抗车辙剂A沥青混合料的动稳定度为4271次/mm，满足工程设计不小于4000次/mm的要求。抗车辙剂B沥青混合料的动稳定度达到9231次/mm，远高于抗车辙剂A。结合之前试验结果，主要是由于抗车辙剂B低的软化点和高的熔体质量流动速率，使其对沥青更好地改性。并且在混合料拌和过程中拉丝加筋形成空间立体网状结构，在动荷载的作用中，吸收一部分应力减少变形。而抗车辙剂A仅依靠嵌挤填充作用，在空间内与石料呈点面状接触，未能形成整体网状结构，因而其动稳定度要低一些。

2.3.2低温弯曲试验

表8 小梁弯曲试验结果

采用-10℃低温小梁弯曲试验作为沥青混合料低温抗裂性能的评价方法。表8结果表明：A和B两种抗车辙剂的掺入，破坏强度、弯曲劲度模量、破坏应变均提高，满足工程设计改性沥青混合料的指标。抗车辙剂A的加入使三种指标分别提高了12.1%、5.03%、16.15%，抗车辙剂B提高了17.6%、7.37%、17.4%。且两种抗车辙剂对沥青混合料低温性能的改善作用相当，并无较大差别。

相关研究表明，沥青胶结料自身的低温性能对沥青混合料整体的低温开裂影响很大。同车辙试验作用机理一样，抗车辙剂B拉丝加筋的作用虽然优于抗车辙剂A嵌挤填充的作用，但是抗车辙剂对沥青改性作用后其胶结料自身低温性能亦有一定的损失，即掺入抗车辙剂A和B的沥青混合料呈现等同的低温性能。

2.3.3水稳定性试验

表9 冻融劈裂试验结果

选用冻融劈裂试验作为沥青混合料水稳定性能的评价方法。表9结果表明：A和B两种抗车辙剂的掺入，沥青混合料的冻融、未冻融劈裂抗拉强度都有所提高，残留强度比TSR大于90%，远高于规范和工程设计的要求。且掺入抗车辙剂的冻融劈裂抗拉强度比普通沥青混合料的未冻融劈裂抗拉强度都要高，说明抗车辙剂对改善沥青混合料的抗水损害性能有明显作用。

抗车辙剂A和B的加入，均使得基质沥青变粘变稠，有利于沥青与石料之间的粘附作用。同时抗车辙剂A作为弹性单一粒径颗粒，嵌挤在石料中间，减少沥青混合料内部的孔隙，或者将内部孔隙局部隔断，使得水分难以进入沥青混合料中，提高整体抗水损害性能。而抗车辙剂B拌和后形成的空间立体网状结构，将石料拉丝加筋连接在一起，成为彼此粘结力很大的整体，提升混合料的抗拉抗裂强度，达到提高水稳定性能的效果。

3 结语

(1)本次对两种抗车辙剂进行对比试验研究，可以为有关实体工程选取抗车辙剂提供科学参考。抗车辙剂A和B作用机理不同，且B综合性能要优于A。

(2)抗车辙剂对沥青混合料高温、低温、水稳定性能具有改善作用。车辙试验和冻融劈裂试验表明抗车辙剂B性能优于A。低温弯曲试验二者性能相当，并无较大差别。抗车辙剂B比A具有高的熔体质量流动速率和低的软化点，与石料拌和后会发生明显的拉丝加筋现象，在集料骨架内搭桥交接形成立体网状，具有加筋作用。而抗车辙剂A只会发生软化变形，只是起到嵌挤作用和恢复变形的作用，但并未起到加筋的作用。