抗车辙剂改性沥青混合料在公交站路面上的应用及路用性能研究

刘澄源

(福州市规划设计研究院 福建福州 350003)

0 引言

随着我国经济的高速发展，国民对生活水平要求日益提高，家庭私有汽车保有量不断提高，交通拥堵已经逐渐成为大多数城市主要关注问题。解决交通拥堵问题，大多数城市均采用提倡绿色出行方式，包括公交车、地铁、非机动车，其中公交车是绿色低碳出行的主要方式之一。因此，保证公交车行驶的舒适性、安全性，可以很大程度提升城市居民出行的幸福感。但是，由于公交车运行特点，即车辆在公交站台处常出现较大幅度的降速并停靠，导致公交站台处沥青路面常常出现推移、车辙、路面开裂等病害，很大程度降低了公交出行的舒适性及安全性[1]。为提升公交站台沥青路面结构避免病害出现，本文拟通过对抗车辙剂加入沥青混合料进行室内试验研究，探索其对混合料性能的影响度。

1 试验方案及原材指标

1.1 试验方案

为了研究抗车辙剂对沥青混合料性能影响，本试验将不同剂量抗车辙剂加入常用沥青中面层即AC-20C通过路用性能试验进行研究。抗车辙剂采用厂家提供的0.15%～0.45%掺量材料，本试验选取4组掺量即0.15%、0.25%、0.35、0.45%进行试验。通过4组不同抗车辙剂掺量与空白组进行对比研究。在路用性能试验选取上，本试验采用动态剪切试验、车辙试验来对混合料高温性能进行验证，最终通过水稳定性试验对不同掺量组的混合料进行判别抗车辙剂对混合料水稳性能影响[2]。

1.2 原材指标

沥青中面层的流动及变形是沥青路面出现车辙病害的主要原因，因此本试验选用常作为中面层的AC-20C沥青混合料作为载体，加入抗车辙剂进行研究；混合料骨料采用石灰岩，沥青采用SBS改性沥青，各材料指标试验结果如表1～表3及图1所示。

表1 AC-20C级配各筛孔通过率

表2 SBS改性沥青指标检测结果

表3 抗车辙剂指标

图1 合成级配曲线图

2 抗车辙剂对沥青及混合料产生影响机理

由于目前工况上抗车辙剂主要为干拌法，在拌和过程中集料温度高，拌和时间相对较短，部分抗车辙剂融于沥青，部分抗车辙剂粘附于集料表面，因此主要发挥以下两部分作用[3]：

(1)抗车辙剂融于沥青后的改性作用：

高温状态下，抗车撤剂软化成流体状态，在拌和作用下与混合料中沥青融合形成胶结作用，由于抗车辙剂本身性能，沥青被改性后变粘稠，针入度降低，高温性能得到提升，同时温度敏感性有所下降。

(2)部分未融于沥青中的抗车辙剂在矿料中的作用：

部分未融于沥青中的抗车辙剂游离于骨料之间，在骨料高温加热状态下，抗车辙剂变软部分粘附于骨料表面。抗车辙剂本质为有机高分子材料，具有高黏高弹特性，在矿料之间起到部分加筋作用。未粘附于矿料表面的抗车辙剂变软后填充与骨料之间，降温硬化后也可以起到填充密实嵌挤作用，均对混合料强度及高温性能有一定帮助。

3 试验及分析

3.1 沥青胶浆DSR试验

基于我国目前常用检测沥青高温性能的试验，主要通过软化点、针入度、粘度试验等，这些试验多为单一温度条件下通过静载测试，无法较好地对沥青高温流变性能进行分析评价，本试验通过美国SHRP中的动态剪切试验对不同掺量的沥青胶浆进行高温性能测定。试验分别在52℃、58℃、64℃、70℃、76℃温度条件下进行，根据G*复数模量与δ相位角以及抗车辙因此G*/sinδ变化，判断抗车辙剂对沥青胶浆高温性能影响。抗车辙因子数值越大，沥青胶结料高温性能越好[4]，试验结果如表4和图2所示。

表4 不同温度下抗车辙因子随抗车辙剂掺量变化结果 kPa

图2 不同温度下抗车辙因子随抗车辙剂掺量变化柱状图

根据表4、图2可以看出，随着抗车辙剂的增加，不同温度下沥青胶浆抗车因子G*/sinδ(kPa)随着抗车辙剂量的增加而变大，改善最明显的是0.45%掺量，相对于空白组，0.45%抗车辙剂掺量在52℃-76℃温度组中分别对沥青胶结料抗车辙因子提升了8.9、8.6、23.5、26.9、21.3倍，提升效果明显。

3.2 车辙试验

国内目前采用车辙试验对沥青混合料高温性能进行检测较多，车辙试验较好地还原了混合料高温状态下车轮碾压后的变形情况，试验方法参照《公路工程沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)[4]。试验结果如表5所示。

表5 车辙试验结果

图3显示了不同温度动稳定度随抗车辙剂掺量变化。

图3 不同温度动稳定度随抗车辙剂掺量变化

根据表5与图3可以看出，抗车辙剂添加组动稳定数值明显高于空白组，且随着抗车辙剂添加量的上升，沥青混合料动稳定度呈上升趋势，0.15%～0.45%组混合料较空白组动稳定度分别增长了1.8、2.1、2.5、3倍，增长效果明显；但随着抗车辙剂添加量增长，同组中45℃与60℃动稳定度差额逐渐变小。主要因为较多游离状态的抗车辙剂在混合料空隙中填充，使混合料变得密实，嵌挤力不断增大，导致混合料感温性能相对降低。

3.3 水稳定性试验

路面公交站轮迹处因公交车车载常年作用导致路面坡度突变，存在排水不畅现象，短暂的积水在车轮冲击力下容易进入混合料中，因此混合料的水稳定性也是公交站台路面质量的重要考核指标。基此，本试验采用冻融劈裂试验对混合料水稳定性能进行验证。试验参照《公路工程沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011),具体试验结果如表6所示。

表6 不同掺量组混合料冻融劈裂试验结果 %

图4显示了冻融劈裂强度比随抗车辙剂掺量变化情态。

图4 冻融劈裂强度比随抗车辙剂掺量变化图

根据图4变化曲线可以看出，随着抗车辙剂掺量的增加，冻裂劈裂强度比前期呈现增长趋势后期降低，在0.35%掺量时达到最大，最大值为86.9%，比较空白组增长了13.2%，因此可以推断适量的抗车辙剂对提升沥青混合料水稳定性有一定帮助。

4 结论

(1)根据沥青胶结料和沥青混合料高温性能试验可知，抗车辙剂可以有效改善沥青混合料及胶结料高温性能，并且随着抗车辙剂数量增加，改善性能越明显。

(2)根据水稳定性能可知，一定计量抗车辙剂可以改善混合料水稳定性能。

(3)由综合高温性能及水稳定性试验可以看出，0.35%抗车辙剂添加量对沥青混合料性能提升效果最佳，既可以提升AC-20C沥青混合料高温性能，又可提升水稳定性，该种性能的沥青混合料较适用于城市沥青路面的公交车站路面结构。