摻加抗車轍劑的瀝青混合料性能研究

王　健

(黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑學(xué)院，湖北 黃州 438002)

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摻加抗車轍劑的瀝青混合料性能研究

王健

(黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑學(xué)院，湖北 黃州 438002)

摘要通過試驗(yàn)分別研究了不同摻量抗車轍劑對瀝青混合料高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和水穩(wěn)定性的改善效果。結(jié)果對比分析發(fā)現(xiàn)，在瀝青混合料中加入適量的抗車轍劑能夠大幅度提高其高溫抗車轍能力，同時(shí)對其低溫抗裂性和水穩(wěn)定性能有著一定程度的改善作用；綜合考慮瀝青混合料各項(xiàng)路用性能，發(fā)現(xiàn)抗車轍劑的最佳摻量為4‰~6‰。

關(guān)鍵詞瀝青混合料；抗車轍劑；高溫穩(wěn)定性；低溫抗裂性；水穩(wěn)定性

近年來，我國公路建設(shè)事業(yè)取得了快速發(fā)展，但隨著交通量的增長、軸重的增加，路面損壞現(xiàn)象日益嚴(yán)重，其中車轍是路面破壞最主要的表現(xiàn)形式之一。車轍的出現(xiàn)不僅會降低路面的平整度，影響行車的舒適性，更會造成坑洞、坑槽、網(wǎng)裂等路面病害，嚴(yán)重降低路面結(jié)構(gòu)的整體性和使用壽命[1]。為了有效地預(yù)防車轍病害的出現(xiàn)，國內(nèi)外公路科技工作人員做了大量的研究。目前常用的預(yù)防措施有[2]：選用較粗的礦料級配、優(yōu)化施工設(shè)計(jì)、合理選取集料和改善瀝青結(jié)合料性能等。近年來，國內(nèi)外一些機(jī)構(gòu)嘗試通過在瀝青混合料中添加外加劑的方法來提高瀝青路面高溫抗車轍能力并取得了良好的效果，其中較為成功的代表是抗車轍劑(以下簡稱K)。本文立足于室內(nèi)試驗(yàn)，研究了加入抗車轍劑后的瀝青混合料(即抗車轍劑瀝青混合料，以下簡稱K-AM)路用性能的改善效果。

1原材料技術(shù)指標(biāo)

本文所用瀝青為90#普通基質(zhì)瀝青，其指標(biāo)見表1；抗車轍劑(K)為一種呈褐黑色的固體顆粒，粒徑約4mm左右，其技術(shù)指標(biāo)見表2；礦料選用石灰?guī)r，其各項(xiàng)指標(biāo)滿足規(guī)范中相關(guān)要求。

表1　90#基質(zhì)瀝青指標(biāo)

表2　K的主要技術(shù)指標(biāo)

2試驗(yàn)方案

2.1　礦料級配的確定

鑒于抗車轍劑常用于路面層瀝青混合料，本文選用AC-13型礦料級配作為試驗(yàn)級配，根據(jù)規(guī)范[3]中關(guān)于AC-13型級配上下限界定，選用AC-13型中值級配作為本文設(shè)計(jì)礦料級配，見表3和圖1。

表3　AC-13級配表

圖1　級配圖

2.2　瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)

本文配合比設(shè)計(jì)采用馬歇爾擊實(shí)試驗(yàn)方法，根據(jù)表3中級配，分別采用3.5%、4.0%、4.5%、5.0%、5.5%五種油石比制備馬歇爾試件，按照規(guī)范要求測定馬歇爾試件各項(xiàng)物理指標(biāo)[4-5]，從而確定基質(zhì)瀝青最佳油石比為4.1%。在最佳油石比條件下對基質(zhì)瀝青混合料開展馬歇爾試驗(yàn)，結(jié)果見表4。

由表4可知，在最佳油石比條件下瀝青混合料的各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，并處在較為良好的狀態(tài)。本文在基質(zhì)瀝青混合料攪拌過程中分別加入2‰、4‰、6‰、8‰(本文中千分比為抗車轍劑摻量占瀝青混合料重量的比例)的抗車轍劑進(jìn)行瀝青混合料路用性能研究[6]。先將拌鍋加熱至180 ℃，然后將在烘箱中預(yù)熱至195 ℃的礦料倒入拌鍋中，用鏟子將其適當(dāng)混合后摻入抗車轍劑拌和90 s，再加入基質(zhì)瀝青(需加熱至160 ℃左右)拌和90 s，最后再加入礦粉拌和90 s。這樣便能保證抗車轍劑更加均勻地分散在混合料中，使其與瀝青等膠結(jié)料有足夠的反應(yīng)時(shí)間，進(jìn)而達(dá)到對混合料路用性能改善的目的。

表4　馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

3K-AM路用性能研究

3.1　K-AM高溫性能研究

在基質(zhì)瀝青混合料攪拌過程中分別加入2‰、4‰、6‰、8‰的抗車轍劑，按照規(guī)范[5]要求制備車轍板并開展車轍試驗(yàn)，將試驗(yàn)結(jié)果與基質(zhì)瀝青混合料試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，見表5和圖2。

表5　車轍試驗(yàn)結(jié)果

圖2　車轍試驗(yàn)結(jié)果

由車轍試驗(yàn)結(jié)果可以看出，在瀝青混合料中加入抗車轍劑后，其DS度明顯增加，均超過規(guī)范中要求的不小于3000次/mm的標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)摻入的抗車轍劑分別為2‰、4‰、6‰和8‰時(shí)，瀝青混合料DS分別提高了0.8倍、3.8倍、4.8倍和7.9倍，提高幅度呈現(xiàn)不斷增長的趨勢。試驗(yàn)表明，在瀝青混合料中加入抗車轍劑后，能夠顯著地增強(qiáng)其高溫耐久性，提高其高溫抗車轍能力，對解決瀝青路面車轍病害具有積極的作用。

3.2　K-AM低溫和水穩(wěn)定性能研究

由車轍試驗(yàn)結(jié)果可知，在瀝青混合料中加入抗車轍劑后能夠顯著提高其高溫穩(wěn)定性。但是，瀝青混合料路用性能包括高、低溫性能，水穩(wěn)性能等多個方面，單某一個方面的性能并不足以衡量抗車轍劑對瀝青混合料性能作用效果，而是應(yīng)當(dāng)綜合考慮。因此，本文對K-AM低溫性能和水穩(wěn)定性進(jìn)行研究。

(1)低溫性能研究。在基質(zhì)瀝青混合料攪拌過程中分別加入2‰、4‰、6‰、8‰的抗車轍劑，按照規(guī)范[5]要求制備小梁試件并開展低溫彎曲試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表6和圖3。

表6　低溫試驗(yàn)結(jié)果

圖3　低溫試驗(yàn)結(jié)果

(2)水穩(wěn)定性能研究。與浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)相比較，凍融劈裂試驗(yàn)的試驗(yàn)條件更為苛刻，與實(shí)際情況較為吻合。因此，本文選用凍融劈裂試驗(yàn)作為研究K-AM的水穩(wěn)定性能。

在瀝青混合料中加入2‰、4‰、6‰和8‰的抗車轍劑，按照規(guī)范[5]要求成型馬歇爾試件，并按要求進(jìn)行凍融劈裂試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表7和圖4。

表7　凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

圖4　凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

由表6、表7和圖3、圖4可知，在瀝青混合料中分別加入2‰、4‰、6‰和8‰的抗車轍劑后，其破壞最大彎曲應(yīng)變分別提高了4.8%、17.7%、25.2%和24.1%，TSR分別提高了18.3%、21.2%、19.4%和12.9%，提高幅度均呈先增后減的趨勢。試驗(yàn)結(jié)果表明，在瀝青混合料中加入適量的抗車轍劑能夠在一定程度上改善其低溫抗裂性和其水穩(wěn)定性，但并非抗車轍劑的摻量越多越好，而是應(yīng)當(dāng)控制在一定的范圍內(nèi)。

當(dāng)抗車轍劑摻量為6‰時(shí)，瀝青混合料的彎曲破壞應(yīng)變提高幅度達(dá)到最大值25.2%；當(dāng)摻量為4‰時(shí)，TSR的提高幅度達(dá)到最大值21.2%。當(dāng)摻量為4‰~6‰時(shí)，瀝青混合料的DS為9735.8次/mm~11688.2次/mm，破壞應(yīng)變?yōu)?433.9~2588.2，TSR為95.5%~94.1%，均處于良好的性能狀態(tài)。因此，本文推薦抗車轍劑的最佳摻量為4‰~6‰。

4結(jié)論

(1)本文建議抗車轍劑的最佳摻量為4‰~6‰。

(2)加入適量的抗車轍劑能夠在大幅度改善瀝青混合料的高溫抗車轍能力的同時(shí)，也能夠小幅度地改善瀝青混合料的低溫抗裂性和水穩(wěn)定性。

(3)在瀝青混合料中加入適量的抗車轍劑能夠大幅提高其高溫抗車轍能力，同時(shí)不會降低其他路用性能，是目前解決瀝青路面車轍病害的一個有效途徑。

參考文獻(xiàn):

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[5]JTG E20-2011，公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程[S].北京：人民交通出版社， 2011.

[6]惠冰.抗車轍劑改性瀝青混合料技術(shù)性能研究[D].西安：長安大學(xué)，2009.

編輯喻曉敏

作者簡介王健，男，湖北紅安人，講師，工程碩士，主要研究方向?yàn)楣こ添?xiàng)目管理及信息化。

收稿日期2015-03-13

doi10.3969/j.issn.1003-8078.2015.06.19

中圖分類號U146

文獻(xiàn)標(biāo)志碼A

文章編號1003-8078(2015)06-0070-04