抗车辙剂改性沥青混合料动稳定度变异性研究

樊长昕，王 威

（山西省交通科技研发有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

抗车辙剂是沥青混合料外掺改性剂，直接加入到沥青混合料拌和站中，无需进行沥青的改性及储存，施工简便且效果良好，通常应用在重载及高温沥青路面的中面层，可显著改善沥青混合料夏季抵抗变形的能力[1]。目前，我国沥青混合料高温性能的评价方法主要是车辙试验，抗车辙剂改性沥青混合料动稳定度需达到2 800次/mm，且同一试验变异系数不大于20%[2]。众多学者对抗车辙剂改性沥青混合料高温性能的影响因素做了大量研究。王淑颖认为沥青种类、抗车辙剂和级配会影响沥青混合料抗车辙性能[3]；张争奇等人探讨了抗车辙剂掺加量及矿料级配对沥青混合料高温抗车辙剂性能的影响规律[4]；马峰等人认为抗车辙剂改性沥青混合料的矿料粒径和制备方法会影响其高温性能[5]。

在施工、检测、科研试验中，同一样品、同样生产工艺的抗车辙剂改性沥青混合料成型的车辙试件，得到的动稳定度依然会出现变异性偏大的情况。由于沥青混合料是复杂的混合物，往往由3到5种不同尺寸规格的集料配合应用，其中材料自身及取样代表性不足造成的变异性，极易造成矿料配比变异性过大，进而影响沥青混合料性能稳定[6]。因此，本文主要考察集料的取样方法对其矿料配比和抗车辙剂改性沥青混合料动稳定度变异系数的影响，分析结果得出结论。

1 试验

1.1 试验原材料

1.1.1 抗车辙剂

抗车辙剂选用工程应用规模较广的3种品牌的样品，分别是德国巴塞尔公司的Domix抗车辙剂、法国PR PLAST.S抗车辙剂、深圳路特公司的LT抗车辙剂，其主要技术指标见表1。

表1 抗车辙剂技术指标

1.1.2 沥青

选用加德士90号A级基质沥青，各项性能指标均满足现行规范要求，其试验结果见表2。

表2 基质沥青试验结果

1.1.3 矿料

粗集料为山西寿阳县聚兴采石场的石灰岩碎石，细集料为山西文水县产机制砂，填料为广西兴安石灰岩矿粉，各项指标满足路面施工技术规范JTG F40—2004的要求[7]。

1.2 试验工艺

采用中粒式密级配石灰岩AC-20沥青混合料，油石比与实体工程一致，为4.5%。抗车辙剂为沥青混合料质量的0.4%。

为控制试验误差，沥青混合料由同一人进行操作成型。拌和温度175℃～180℃，压实温度155℃～160℃。采用标准碾压成型的长300 mm×宽300 mm×高50 mm的车辙试件。车辙试验温度60℃，压力0.7 MPa。试验设备为北京航天航宇测控技术研究所生产的HYCZ-5型车辙试验机。

2 结果与分析

2.1 集料取样方法对矿料配比的影响

车辙试件的矿料配比与其取样方法密切相关[8]。通常粗细集料需要按照目标配合比设计的质量比分别取样混合，矿粉直接称量最后加入拌和锅。规范要求粗细集料取样缩分采用分料器法或者四分法。工程中成型试件操作不规范时会采用直接取样称量的方法。逐档筛分复配法是将各规格的集料筛分后按每个筛孔的通过率复配。

本试验将粗细集料按照直接取样法、四分法和逐档筛分复配法分别取样，然后再次筛分，对比实际通过率与目标配合比的误差。不同取样法矿料配比通过率见表3。

表3 不同取样法矿料配比通过率 %

结果表明：粗细集料不同的取样方法，对车辙试件矿料配比通过率影响很大。直接取样法误差最大，整体粒径偏粗，其中19 mm筛通过率已经超过级配要求下限，误差8.1%；16 mm筛通过率误差达7.5%。四分法矿料取样结果与目标配合比基本一致，其实际通过率与目标配合比最大误差仅为1.8%，可有效避免取样时粗细集料发生离析现象。逐档筛分复配法是通过各筛孔分别称量取样的，其实际通过率和目标配合比保持一致，可为沥青混合料试验提供一种矿料基准配比，但是需要将全部集料提前筛分，工作繁复，实际应用较少。

2.2 集料取样方法对动稳定度变异系数的影响

通过3种不同的集料取样方法配制车辙试件用矿料，分别进行抗车辙剂改性沥青混合料的车辙试验，每组做3次平行试验，试验结果如表4所示。结果表明：3种抗车辙剂沥青混合料动稳定度均大于5 000次/mm，满足JTG F40—2004规范中改性沥青混合料动稳定度不小于2 800次/mm的要求。同等条件下，3种抗车辙剂改性沥青混合料高温性能优劣对比情况为PR PLAST.S>LT>Domix抗车辙剂。集料的取样方法对动稳定度的平均值影响不大，3种抗车辙剂Domix、PR PLAST.S和LT改性沥青混合料的动稳定度最大误差为10.17%、5.89%、9.48%。

表4 不同取样法抗车辙剂沥青混合料车辙试验结果

为了更加直观清晰地表明动稳定度变异系数的变化情况，图1列出了3种不同的集料取样方法对沥青混合料动稳定度变异系数的影响规律。结果显示：集料取样方法造成的矿料配比差异性直接影响沥青混合料动稳定度的变异系数。3种抗车辙剂呈现同样的规律，即直接取样法>四分法>逐档筛分复配法。其中采用直接取样法的变异系数已超过20%，不满足JTG E20—2011中变异系数不大于20%的要求。四分法的变异系数在12%～16%之间，满足规范中变异性的要求。逐档筛分复配法配制的沥青混合料，变异系数在4%～7%之间，说明具有非常好的稳定性。

图1 集料取样方法对动稳定度变异系数的影响

分析原因主要是粗细集料不同的取样方法，对车辙试件矿料配比的影响很大。当平行试件矿料的组成配比离散性过大时，其沥青混合料动稳定度的均匀性难以保证，变异系数过大，由此导致沥青路面性能的不稳定，局部出现变形破坏。逐档筛分复配法矿料配比与目标配合比具有良好的一致性，因而其3个平行试验的变异系数最低。四分法作为常用取料方法，试验和工程实践都证明是行之有效的方法，通过多次缩分能最大程度地避免集料的离析，保证沥青混合料性能在可控误差内。直接取样法具有很大的随机性，平行试件中粗细集料的配比很难稳定，由于同样质量的粗细集料比表面积不同造成混合料有效油石比发生变化，进而严重影响结果的变异系数。

3 结论

a）抗车辙剂改性沥青混合料动稳定度的变异性与其矿料配比密切相关。粗细集料不同的取样方法，对车辙试件矿料配比影响很大。矿料的配比与目标配合比误差越大，其结果的变异系数越大。

b）逐档筛分复配法与目标配合比一致，可为沥青混合料试验提供一种矿料基准配比，且其变异系数最小。四分法作为常用取料方法，可最大程度地避免集料的离析，保证沥青混合料性能在可控误差内。直接取样法具有很大的随机性，其矿料配比误差最大，整体粒径偏粗，变异系数已超过20%，不符合规范要求。

c）为保障抗车辙剂改性沥青混合料的性能稳定，施工生产过程中应严格监测各档矿料配比。