抗車轍瀝青混合料的組成設計與制備

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(唐山市交通運輸局，河北 唐山 063000)

引言

公路瀝青路面早期破損問題是困擾公路通行的重要病害，其中尤其以車轍病害最為明顯。其形成原因除全球氣候變暖、重載超載渠化交通等因素外，公路瀝青路面設計的適應性是否全面也是重要原因[1]。

已有研究表明，車轍主要可分為3種類型：結構型車轍、失穩(wěn)型車轍和磨耗型車轍。其中又以失穩(wěn)型車轍對路面造成的損壞最為嚴重，其次是磨耗型車轍。車轍病害會嚴重影響路面的耐久性,降低路面的平整度，影響行車舒適性；導致瀝青表面層厚度減薄，降低了瀝青表面層及整體結構層的強度；造成雨雪天路面積水，降低路面抗滑能力，給高速行車的安全性帶來隱患；導致車輛在更換方向或超車時失控，影響車輛行駛的穩(wěn)定性等[2]。

根據瀝青各層功能性的設計要求，上面層應具有穩(wěn)定、抗滑、抗疲勞、粗糙、防水等特性，尤其應具有良好的溫度穩(wěn)定性和耐磨損性；中面層則要充分發(fā)揮其抗車轍性，而下面層需重點考慮抗疲勞性能。目前，在路面配合比設計中往往對各面層的功能認識不充分，設計中過度強調上面層的高性能和多功能，而忽視了中、下面層的作用，導致表面層與中下面層不能相互協(xié)調，無法實現瀝青路面結構層的多用途高性能。為了改善上述問題，我國在多條高速公路進行了多種嘗試，例如使用改性瀝青和摻雜纖維的SMA瀝青混合料、采用抗車轍劑等[3-4]。本文針對抗車轍劑對瀝青混凝土性能的影響進行了研究，考察了抗車轍劑的適應性及拌和工藝等，為提高瀝青混凝土的抗車轍性提供相關依據。

1 原材料選取與混合料級配設計

1.1 原材料的選取

瀝青選用重交通瀝青SK-70；礦料選用石灰石質集料，包括石灰石粗細集料碎石、石屑、機制砂和礦粉?？管囖H劑選用以聚乙烯([CH2-CH2]n)為主體材料的新型抗車轍劑。

1.2 混合料級配設計

將AC-20F型瀝青混合料作為基準瀝青混凝土，此類型的混合料具有較低的動穩(wěn)定度，試驗的主要目的是考察抗車轍劑對混合料的影響。礦料級配如表1所示。

表1 AC-20C礦料的配比1)

2 瀝青混凝土試件的性能研究

基質瀝青混凝土的物理性能參數見表2。為了提高路面的抗水損害能力，JTG E20—2011《公路瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》規(guī)定采用浸水馬歇爾試驗檢測瀝青混合料的抗水剝落能力；采用凍融循環(huán)劈裂比評價瀝青混合料的抗水損害能力。本文的試驗進行了基質瀝青混合料的路用性能研究，結果見表3。

表2 基質瀝青混凝土的性能參數

表3 基質瀝青混合料的路用性能指標

由表3的測試結果可知，此次制備的AC-20混凝土的動穩(wěn)定度僅為1 313次/mm。在70 ℃下的動穩(wěn)定度僅為519次/mm，而設計強度要求達到7 000次/mm，故抗車轍性能遠達不到設計要求。如果AC-20混凝土作為中下面層材料，抗車轍性能很差，所以選取一種合適的抗車轍劑極為重要。

現以AC-20瀝青混凝土作為基質混凝土，添加不同用量的抗車轍劑，考察其對瀝青混凝土路用性能的影響?？管囖H劑摻量分別為瀝青混合料質量的0.2%、0.4%和0.6%，在干拌時投入抗車轍劑，干拌時間90 s，再加瀝青濕拌90 s，最后加入礦粉攪拌90 s。礦粉與集料的加熱溫度控制在190～200 ℃，瀝青加熱溫度控制在160～170 ℃，成型試件的溫度控制在150～160 ℃。試驗結果如表4所示。

表4 抗車轍劑不同摻量下瀝青混凝土的試驗結果

從表4可以看出，摻加抗車轍劑的瀝青混合料具有很強的抗車轍性能，動穩(wěn)定度指標比不使用抗車轍劑的基質混合料的動穩(wěn)定度要高出10倍以上。研究還發(fā)現，使用抗車轍劑制備瀝青混凝土應注意以下問題：抗車轍劑要在瀝青混凝土的熱集料干拌期間投入，拌和溫度要比正常值提高10～15 ℃，并與熱集料混合料攪拌均勻?？管囖H劑用量應控制在瀝青混凝土質量的0.2%～0.6%之間。如果摻量為0.2%～0.4%，瀝青混凝土油石比應保持不變；摻量為0.4%～0.6%時，則油石比要提高0.05%～0.1%。

3 瀝青混合料微觀結構分析

本文試驗中對普通集料、普通集料混合SK-70瀝青及普通集料混合抗車轍劑樣品的微觀結構進行了SEM觀察，結果發(fā)現以下現象：

(1)普通集料的表面有較多的凹凸邊角與微孔。

(2)瀝青混合普通集料在集料表面的瀝青薄膜層粘附較薄，原因主要是瀝青在加熱后，呈現大流動狀態(tài)，無法在集料表面形成較厚的粘附層。

(3)當抗車轍劑與熱集料拌和后，抗車轍劑雖熔化但不流淌，并且大量粘附于集料表面，有利于隨后加入的熱瀝青與集料粘附，在此過程中抗車轍劑起到了良好的界面劑效果。同時，熔化狀態(tài)下的抗車轍劑在拌和過程中，能夠充分與瀝青接觸并對其改性，限制了熱瀝青的自由流動，改善了瀝青混凝土的抗車轍性能。

4 結論

4.1 添加抗車轍劑能夠顯著地提高瀝青混合料的抗車轍能力，動穩(wěn)定度比未使用抗車轍劑的基質混合料提高10倍以上。當抗車轍劑用量為0.6%時，動穩(wěn)定度可以達到20 000次/mm以上。

4.2 抗車轍劑用量應控制在瀝青混凝土質量的0.2%～0.6%之間。如果抗車轍劑的摻量為0.2%～0.4%時，瀝青混凝土油石比保持不變；如果摻量為0.4%～0.6%，則油石比要提高0.05%～0.1%。

4.3 通過SEM觀察微觀結構表明，當抗車轍劑與熱集料拌和后，抗車轍劑雖熔化但不流淌，并且大量粘附于集料表面。同時，熔化狀態(tài)下的抗車轍劑在拌和過程中，能夠充分與瀝青接觸并對其改性，限制熱瀝青的自由流動，改善瀝青混凝土的抗車轍性能。

參考文獻：

[1] 麻麗妹，王強.抗車轍瀝青路面技術應用研究[J].公路交通科技，2010(11)：77.

[2] 李培健，周建華，陳明清.瀝青路面抗車轍性能影響因素研究[J].山西建筑，2008，34(31)：282-283.

[3] 李建新，李曉琛.抗車轍劑在瀝青路面中面層的路用性能探析[J].廣東建材，2012(12)：6-8.

[4] 汪百春.木質素纖維、聚酯纖維在SMA瀝青混凝土中的應用[J].北方交通，2010(10)：21-24.

Abstract：The present paper states the causes of wheel track formation on high-class asphalt concrete pavement and its harm.Combined with the effect of anti-rut agent on bituminous road performance，this paper studies the influence of anti-rut agent on dynamic stability and its main effects.After mixing anti-rut agent with hot aggregate，it melts rapidly and adheres to mineral aggregate surface abundantly，which limits the free mobility of bituminous.

Key words：asphalt concrete pavement；anti-rut agent；bituminous mixture；dynamic stability；microstructure