浅谈抗车辙剂作用机理研究进展

2020-11-13樊长昕

山西交通科技 2020年5期

樊长昕

（山西省交通科技研发有限公司，山西太原 030032）

0 引言

随着交通运输量及轴载的不断提升，对沥青路面的性能要求也越来越高。据统计，造成我国沥青路面大中修70%以上的病害是车辙，因此提高沥青路面的抗车辙能力非常必要[1]。在路面铺筑中掺入抗车辙剂已经证明是提高沥青混合料高温性能的有效方法。通常掺加沥青混合料质量的0.3%～0.5%，60℃动稳定度基本可达到6 000次/mm以上，是基质沥青混合料的4～6倍，可显著减少车辙变形量60%以上[2]。

近年来，国内外学者针对抗车辙剂的作用机理做了大量研究，发现不同品牌种类的抗车辙剂在沥青混合料中作用方式不尽相同，同时，众多研究机构及材料供货商对抗车辙剂产品作用机理介绍也不同[3]。因此，根据国内外研究应用情况，本文主要对抗车辙剂相关文献资料进行总结概述，简要说明抗车辙剂的不同作用机理，并分别介绍。

1 国内外应用情况

抗车辙剂是沥青混合料重要的外掺改性剂，通常为形状、大小、颜色均匀的固体颗粒。施工时操作简便，只需将抗车辙剂与石料先干拌10 s左右，不影响其他工序及材料配合比。其主要通过多种高分子聚合物复合改性制得，可提高沥青路面的高温抗车辙和抗水损害性能，部分品牌抗车辙剂可同时兼顾低温抗裂性能。

国外抗车辙剂首先是由法国PR INDUSTRIE和LCPC在20世纪90年代共同开发的PR.PLAST.S改性剂，首次提到的沥青混凝土整体改性技术。目前该产品在全世界范围已使用1 700多万吨，铺筑里程达18 000多公里，累计推广应用将近30年，整体效果良好[4]。

我国自21世纪初引进法国的PR.PLAST.S和德国的路孚8000抗车辙剂，进行多项实体工程应用，抗车辙效果良好[5]。2005年交通运输部公路科学研究院研发成功RA抗车辙剂，并入选国家火炬计划。同时国内各大高校、研究院所、企业相继开发出各种品牌类型抗车辙剂，如深圳海川生产的车辙王、北京天成垦特莱KTL抗车辙剂、辽宁交科院研发的路宝牌高模量添加剂、深圳路特LT抗车辙剂等，并铺筑多条高速公路工程，应用情况表明能够显著减少车辙病害的发生[6]。

根据国内外研究应用情况进展，抗车辙剂可有效提高沥青路面抵抗荷载能力，其作用机理主要包括集料增黏、沥青改性、加筋、嵌挤填充、弹性恢复等方式。

2 抗车辙剂作用机理

2.1 集料增黏

在沥青混合料生产过程中，抗车辙剂添加到拌和锅内与加热到180℃～190℃左右的集料干拌，由于热集料的热传递作用，抗车辙剂迅速熔融，在集料的翻转、挤压、剪切、摩擦等作用下均匀分散，发生软化，部分处于黏流态的抗车辙剂黏附在集料表面，提高集料与沥青、集料与集料之间的黏结力，达到提高沥青混合料高温性能的作用。

丁庆军等人[7]开发了一种抗车辙剂，认为与石料干拌后，可以对石料表面预改性，即起到集料表面增黏的效果。

储怡[8]对直投式改性剂作用机理进行了研究，认为抗车辙剂在与热集料拌和后，由高弹态向黏流态转换，在集料表面形成一层改性膜。抗车辙剂的颗粒越小，熔体质量流动速率越大，拌和作用时间越长，膜的厚度面积越大，集料增黏效果越强。

2.2 沥青改性

抗车辙剂与热的集料干拌后，加入沥青进行湿拌，部分抗车辙剂会溶胀或者溶解在沥青中，增加抗车辙剂与沥青的接触作用表面积，起到对沥青的改性作用，降低温度敏感性，提高沥青胶结料高温性能，进而增加沥青混合料整体黏结能力。

杨益民等人[9]在热基质沥青中加入0.6%抗车辙剂搅拌一段时间后，计算得到约40%的抗车辙剂溶于沥青中，起到对沥青的改性作用。改性后的沥青针入度降低，黏度增大，软化点增加，延度未损失，表明抗车辙剂的加入对基质沥青的高温性能有非常积极的作用。

杜海[10]通过红外光谱发现，高温拌和后溶胀的车辙王抗车辙剂会对基质沥青起到增加软化点、减少针入度、增加黏度等改性作用。

惠冰[11]将垦特莱抗车辙剂加入到70号基质沥青中，三大指标试验表明25℃针入度降低27.6%，软化点增加2.1%，15℃延度仍大于150 cm。动态流变剪切试验DSR结果中抗车辙剂改性后的沥青车辙因子G*/sinδ为2.01 kPa，满足其大于1.00 kPa的技术要求，表明改性后的沥青具有很好的抗永久变形能力。

2.3 加筋

抗车辙剂在热的集料和沥青共同搅拌作用下，部分抗车辙剂会软化，变形为丝状、条状、絮状、扁平状等状态，当这些高弹态变形抗车辙剂彼此黏结后与石料形成三维整体网络纤维结构，起到对沥青混合料内部加筋的作用。因此，沥青混合料的黏结能力除了沥青胶结料的作用外，还有内部加筋的抗车辙剂与石料的黏结力，进而提高沥青混合料抗车辙性能。

包雪巍等人[12]在云南省蒙文砚高速中面层进行抗车辙剂实体应用工程，认为抗车辙剂可以对沥青和集料进行双重改性，提高路面承载荷载的能力。同时通过电镜发现沥青混合料高温拌和后，抗车辙剂会变为网状纤维结构，起到加筋的作用，从而提高路面抗车辙能力。

肖庆一等人[13]通过PR.PLAST.S改性剂不同掺加量的试验，发现PR抗车辙剂可有效提高沥青混合料的高温、低温和水损害性能。分析其作用机理之一为PR变形体达到一定密度时，彼此会互相接枝、纺绕、加筋形成纤维网约束力，对沥青混合料受到的剪应力有一定约束作用，从而提高混合料整体强度。

2.4 嵌挤填充

抗车辙剂的软化点低于沥青混合料的拌和压实温度，因此抗车辙剂会发生软化变形，成为高弹态的可塑体抗车辙剂在路面碾压过程中，将变为粗细集料中间空隙的形状，减少沥青混合料的空隙率，增加集料间的嵌挤力，阻止粗细之间的相对滑动，起到嵌挤填充的作用。

范定旺[14]认为抗车辙剂A作为弹性颗粒嵌挤在集料的空隙中，可以减少混合料的空隙率或将空隙通道局部打断，减少水分浸入沥青混合料内部的可能，达到提升混合料抗高温和水损害性能。

余红杰[15]通过单轴贯入试验评价抗车辙剂沥青混合料的抗剪性能，发现0.6%抗车辙剂掺量下，AC型沥青混合料的黏聚力c增加，内摩擦角φ增大。主要是抗车辙剂嵌挤黏结在集料中间，形成一个大的集料体，相当于原本未接触的粗集料变为嵌挤骨架，使悬浮密实型级配结构向骨架密实型发展，达到沥青混合料整体抗车辙的效果。

2.5 弹性恢复

普通沥青路面在荷载的作用下，会产生永久变形。而抗车辙剂属于单一粒径的弹性体均匀分散在沥青混合料中，当车轮荷载作用时，抗车辙剂可以吸收一部分应力产生弹性形变，避免应力集中造成永久破坏，起到弹性恢复的作用。

张东亮等人[16]对抗车辙剂改性70号基质沥青混合料性能进行研究，认为抗车辙剂中的弹性成分可以部分恢复应变，减少沥青路面的车辙变形。

冯平均[17]通过RA抗车辙剂在某高速公路中面层的应用，得到添加0.3%抗车辙剂的沥青混合料动稳定度是未加的4.9倍。同时其60℃动态模量在5 Hz时提高63.6%，15 Hz时提高79.3%，25 Hz时提高85.6%。说明抗车辙剂中的弹性成分提高沥青混合料的弹性模量，产生可恢复变形，进而提高沥青路面抗车辙性能。