高速公路抗車轍劑與瀝青混合料的應(yīng)用性能檢測

摘要 該文采用實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和性能評估方法研究抗車轍劑的性能，涵蓋AC-20級配瀝青混合料和不同類型瀝青混合料的分析，使用車轍試驗(yàn)、漢堡輪轍試驗(yàn)、凍融劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)和低溫彎曲破壞試驗(yàn)等方法，研究結(jié)果顯示：抗車轍劑能有效提升瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性和低溫抗裂性能，對于后續(xù)高速公路的材料選擇和道路維護(hù)策略具有重要指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞 瀝青混合料；抗車轍劑；瀝青路面穩(wěn)定性

中圖分類號 U414 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）15-0095-03

0 引言

公路瀝青路面車轍問題是一個(gè)突出的技術(shù)難題，車轍現(xiàn)象不僅影響道路的平整度和美觀，還可能導(dǎo)致嚴(yán)重的交通事故。研究抗車轍劑能有效解決這一難點(diǎn)，抗車轍劑能夠有效改善瀝青對高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性和低溫抗裂性能的作用，為道路材料的選擇和施工提供科學(xué)依據(jù)，因此，對高速公路抗車轍劑與瀝青混合料的應(yīng)用性能進(jìn)行檢測分析意義重大。

1 試驗(yàn)用原材料

在高速公路的建設(shè)中，中面層的性能對整個(gè)路面結(jié)構(gòu)的高溫穩(wěn)定性起著決定性作用。研究表明，在路面基層與面層的高溫穩(wěn)定性低于中面層，主要原因是中面層在路面結(jié)構(gòu)中承擔(dān)著重要的承載和傳遞作用，直接影響到路面在高溫及重載條件下的性能表現(xiàn)。因此，改善中面層抗車轍性能能夠?yàn)槁访娓邷胤€(wěn)定性提供可靠保障。在試驗(yàn)中，試驗(yàn)材料使用中面層中的密級配AC-20，AC-20是一種密集級配的瀝青混合料，以其優(yōu)良的高溫性能和抗車轍能力，在高速公路中面層應(yīng)用廣泛，有助于提高混合料的整體穩(wěn)定性[1]。

在瀝青膠結(jié)料的選擇上，該試驗(yàn)采用三種不同類型的材料進(jìn)行比較研究：傳統(tǒng)的A級70#瀝青、性能更優(yōu)的SBS改性瀝青，以及加入抗車轍劑的A級70#瀝青。A級70#瀝青粗集料、細(xì)集料和礦粉的比例分別為65%、32%和3%，粗、細(xì)集料毛體積相對密度為2.723、2.685，礦粉的表觀相對密度為2.710。SBS改性瀝青的制備過程中，需將基質(zhì)瀝青（AH-70）作為基礎(chǔ)，根據(jù)項(xiàng)目建設(shè)要求，加入一定比例的SBS改性劑。相比于原瀝青，其軟化點(diǎn)更高，與此同時(shí)，高溫黏度較強(qiáng)。SBS改性瀝青具有高溫穩(wěn)定性和抗老化性能。而加入抗車轍劑的A級70#瀝青則旨在探究抗車轍劑對傳統(tǒng)瀝青混合料性能的改善效果。[2]

選擇石料為石灰?guī)r。石灰?guī)r因其良好的機(jī)械強(qiáng)度和耐久性，在道路建設(shè)中常被用作骨料，與瀝青的黏結(jié)效果好從而提高混合料的整體性能，在抗裂和抗車轍方面的表現(xiàn)良好。

該試驗(yàn)旨在全面評估抗車轍劑在實(shí)際道路材料中的應(yīng)用效果，并探索其在提高中面層瀝青混合料性能方面的潛力。如表1所示：

根據(jù)特定的質(zhì)量比例，在拌和缸內(nèi)直接將抗車轍劑與骨料一起混合，過程不需專門的設(shè)備。在高速公路施工中，抗車轍劑的加入比例為瀝青混合物總重的0.3%～0.5%。設(shè)定動(dòng)穩(wěn)定度為8 295.1 次/mm?；旌狭现苽溥^程中需按既定比例將相應(yīng)材料加入干燥筒以進(jìn)行干燥，控制干燥溫度在180～190℃。在混合時(shí)，使用標(biāo)準(zhǔn)工藝加入抗車轍劑后進(jìn)行干混，在原本干混時(shí)間基礎(chǔ)上增加10 s，隨后噴入160～170℃的瀝青進(jìn)行濕混時(shí)間長達(dá)40 s，直至混合物均勻一致。加入抗車轍劑的瀝青混合料的特性參數(shù)包括：體積密度2.498 g/m3；瀝青占比10.6%；空隙率4.1%；礦物間隙率12.9%；瀝青飽和度68.5%。

2 抗車轍劑對瀝青混合料的影響

車轍的危害較大，可對交通安全和道路質(zhì)量造成較大不良影響，導(dǎo)致駕駛不穩(wěn)定，增加交通事故的風(fēng)險(xiǎn)，尤其是在雨天或其他濕滑條件下。車轍可加速道路的磨損和損壞，導(dǎo)致道路壽命縮短，增加維修和養(yǎng)護(hù)成本，且還會導(dǎo)致路面積水，進(jìn)一步惡化路況和安全隱患。此外，車轍對車輛也有影響，增加車輛的磨損，提高運(yùn)營成本。另外，車轍還會降低駕駛舒適性和路面的整體美觀，影響道路使用者的滿意度。因此，在道路工程施工中，需采取有效措施，防止發(fā)生車轍[3]。

抗車轍劑，也被稱為抗剝落劑或道路穩(wěn)定劑，是一種添加到瀝青混合料中以提高其性能的材料?？管囖H劑在高速公路工程中對瀝青混合料的影響多方面且顯著，有利于增強(qiáng)瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，減少重載交通和高溫環(huán)境下的變形和車轍，從而提高道路工程抗變形能力?？管囖H劑還可改善瀝青混合料的工作性能，使鋪設(shè)和壓實(shí)工作更加順利，提升施工效率。此外，抗車轍劑減少路面的車轍和裂縫，能夠顯著延長路面的使用壽命，減少維修和養(yǎng)護(hù)需求，增強(qiáng)路面的耐久性。雖然初期投入成本會有所增加，但從長期來看，使用抗車轍劑可以有效降低維護(hù)成本，提高路面的整體經(jīng)濟(jì)效益。需要注意，抗車轍劑的效果受到氣候和環(huán)境條件的影響，因此在選擇和使用時(shí)需要考慮當(dāng)?shù)氐木唧w情況，以保證其最佳性能。此外，使用在抗車轍劑的實(shí)際應(yīng)用中，需加強(qiáng)質(zhì)量控制，如溫度控制和混合均勻性，以確保效果的最大化。

3 抗車轍劑與瀝青混合料的應(yīng)用性能檢測

（1）高溫穩(wěn)定性檢測

瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性具體指的是其在承受荷載時(shí)對永久形變所產(chǎn)生的抵抗力。這一概念廣泛包含了瀝青路面的推移、擁包、搓板和泛油等現(xiàn)象。為了評估路面穩(wěn)定性，一般會采用以下幾種測試方法，具體有車轍試驗(yàn)、單剪切試驗(yàn)等，在具體的檢測過程中，不僅可應(yīng)用常規(guī)車轍試驗(yàn)方法，并且還可聯(lián)合應(yīng)用漢堡輪轍試驗(yàn)開展研究工作，結(jié)合各種檢測數(shù)據(jù)，評估瀝青混合料在高溫環(huán)境中的穩(wěn)定性[4]。

車轍試驗(yàn)是一種工程試驗(yàn)方法，在試驗(yàn)過程中，在道路上行駛過程中形成的車轍。其具體原理是板狀試件或者車輪在路面進(jìn)行多次行駛，并對試塊具體情況或者路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面觀察與測量。這一試驗(yàn)形式可以精準(zhǔn)評估在特定溫度下的情況，另外，還可對混合料抗塑性的變形程度進(jìn)行準(zhǔn)確檢測。在試驗(yàn)時(shí)，采用板狀試件、車輪開展反復(fù)相對運(yùn)動(dòng)，使得車輛在持續(xù)多次荷載中，試塊逐漸可發(fā)生壓實(shí)、剪切等現(xiàn)象，進(jìn)而生成車轍。與此同時(shí)，在檢測過程中，還需將輪胎溫度和壓力設(shè)置在60℃與0.7 MPa。

三種混合料的車轍試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比顯示，A級70#瀝青在車轍試驗(yàn)過程中，變形量大，而且動(dòng)穩(wěn)定度比較低，與此同時(shí)，變形率高。SBS改性瀝青具有較低的最大變形量、較高的動(dòng)穩(wěn)定度和較低的變形率。A級70#瀝青+抗車轍劑在這些方面介于兩者之間，具有相對平衡的性能。具體選用哪種混合料應(yīng)該根據(jù)具體的工程需求和性能要求來決定。

漢堡輪轍試驗(yàn)是一種較為常見的車轍試驗(yàn)，與以往輪轍試驗(yàn)對比時(shí)，比如國內(nèi)基本采用車轍試驗(yàn)[5]，現(xiàn)階段在對抗車轍性能以及瀝青混合料水敏感性進(jìn)行測試時(shí)，通過使用漢堡輪轍試驗(yàn)，能夠精準(zhǔn)檢測出各項(xiàng)數(shù)據(jù)，這些信息并與瀝青混合料在施工現(xiàn)場呈現(xiàn)出的性能有著直接關(guān)聯(lián)。在此次試驗(yàn)過程中，采用Tex-242-F與ASHTOT324相結(jié)合的試驗(yàn)方式。試驗(yàn)期間，浸水溫度為50℃，碾壓次數(shù)為20 000萬次。

漢堡輪轍試驗(yàn)數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)車轍試驗(yàn)得出的結(jié)論基本相同，從而能夠證明在添加適量的抗車轍劑之后，瀝青混合料在高溫環(huán)境下的穩(wěn)定性可顯著改善，同時(shí)也優(yōu)于SBS改性瀝青的混合料的性能。

（2）水穩(wěn)定性檢測

水損害在瀝青路面中屬于一種多發(fā)性病害。如果水和冰融在循環(huán)環(huán)境下，瀝青路面需要承受車輪運(yùn)轉(zhuǎn)過程中所產(chǎn)生的持續(xù)載荷，使得路面縫隙滲水，進(jìn)而形成大量積水，因此，水壓力比較大，并容易出現(xiàn)真空負(fù)壓抽吸的情況，在持續(xù)多次后，集料與瀝青界面會滲入大量的水，進(jìn)而減少瀝青混合料的黏附性性能，同時(shí)，其黏結(jié)力還會發(fā)生失效的問題，石料表面有瀝青膜，如果瀝青膜發(fā)生脫落問題，則會使得瀝青混合料發(fā)生松散和掉粒的現(xiàn)象，進(jìn)而會對瀝青路面產(chǎn)生嚴(yán)重影響[6]。

如果環(huán)境中的水分比較多，使得瀝青混合料處于浸水環(huán)境中，則會對礦料與瀝青的黏附能力產(chǎn)生不良影響，與此同時(shí)，材料的力學(xué)強(qiáng)度也會顯著降低。對此，在浸水環(huán)境下，瀝青混合料的力學(xué)性能會顯著減少。在當(dāng)前研究過程中，可應(yīng)用多種試驗(yàn)檢測方式，包含浸水劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)等。在試驗(yàn)期間，需采用真空飽水凍融后劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)法。在實(shí)際使用時(shí)，需在特定條件下采取凍融循環(huán)，對試件在水損害情況下進(jìn)行全面檢測，劈裂破損強(qiáng)度值，從而能夠?qū)λ€(wěn)定性實(shí)施詳細(xì)評價(jià)。試驗(yàn)期間，溫度需保持在25 ℃，加載時(shí)間為50 mm/min，具體結(jié)果如表3所示：

在沒有開展凍融循環(huán)試驗(yàn)時(shí)，劈裂強(qiáng)度最高為A級70#瀝青+抗車轍劑，最低為A級70#瀝青，而SBS改性瀝青的劈裂強(qiáng)度則處于以上兩者之間。通過凍融循環(huán)試驗(yàn)之后，可顯著改善A級70#瀝青+抗車轍劑和A級70#瀝青的劈裂強(qiáng)度，然而仍無法提升SBS改性瀝青的劈裂強(qiáng)度。當(dāng)TSR通過凍融循環(huán)之后，材料始終維持在原先強(qiáng)度。根據(jù)TSR信息，在凍融循環(huán)之后，能夠有效提高SBS改性瀝青與A級70#瀝青+抗車轍劑的強(qiáng)度，其中A級70#瀝青為84.23%，而TSR則超過90%。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)來看，在凍融試驗(yàn)中，A級70#瀝青+抗車轍劑的強(qiáng)度與劈裂強(qiáng)度明顯高于其他混合料，但是SBS改性瀝青使用性能較為優(yōu)越。

（3）低溫抗裂性能檢測

在低溫環(huán)境下，瀝青路面容易出現(xiàn)縮裂的情況，尤其是在我國的北方區(qū)域較為明顯，不僅會對路面整體性、美觀性與連續(xù)性產(chǎn)生不良影響，還會使得水分持續(xù)滲入裂縫內(nèi)，導(dǎo)致基層出現(xiàn)損壞的情況，并降低路面結(jié)構(gòu)的承載，從而對瀝青路面造成嚴(yán)重影響。如果瀝青混合料發(fā)生低溫變形的現(xiàn)象，與瀝青材料低溫性能、黏結(jié)強(qiáng)度等相關(guān)方面具有緊密關(guān)系。

在進(jìn)行研究瀝青混合料的低溫抗裂能力過程中，可采用以下幾種方法，包括彎曲破壞試驗(yàn)與收縮系數(shù)試驗(yàn)等。在該研究過程中，需使用彎曲破壞試驗(yàn)法，對低溫環(huán)境中的瀝青混合料的抗裂能力進(jìn)行檢測與評價(jià)。低溫彎曲試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖4所示。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，添加一定量的抗撤劑會顯著降低彎拉應(yīng)變，另外，與瀝青混合料進(jìn)行對比，SBS改性瀝青混合料、基質(zhì)瀝青兩種材料的低溫性能均更加優(yōu)異；主要原因在于，在加入適量抗車轍劑之后，能夠有效提升膠結(jié)料的黏黏性，使得瀝青混合料發(fā)生韌性減少的情況。

（4）試驗(yàn)研究結(jié)論分析

1）添加適量抗車轍劑可顯著提升瀝青混合料在高溫環(huán)境下的穩(wěn)定性，如果在瀝青混合料中，沒有添加抗車轍劑，則動(dòng)穩(wěn)定度會至少升高2倍，與此同時(shí)，瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度超過SBS改性瀝青混合料的20%。

2）在使用SBS改性瀝青的過程中，通過添加適量的抗車轍劑，不會對瀝青混合料的水穩(wěn)定性造成不良影響。

3）SBS改性瀝青在低溫抗裂性方面有著較好性能，其次則為A級70號，而添加適量抗車轍劑會導(dǎo)致混合料出現(xiàn)低溫抗裂性下降的情況。

4 結(jié)語

綜上所述，抗車轍劑在提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性方面表現(xiàn)出顯著的正面效果，研究優(yōu)化抗車轍劑的配方和使用方法，對于提高交通安全和延長道路使用壽命具有重要意義，有利于全面地提升道路的整體性能和使用壽命。

參考文獻(xiàn)

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[5]謝宇.瀝青路面混合料中抗車轍劑的應(yīng)用分析[J].交通世界，2023（25）：16-18+21.

[6]李灣灣.瀝青混合料抗車轍性能研究[J].交通世界，2023（20）：54-56.

收稿日期：2024-05-17

作者簡介：冶梅英（1984—），女，本科，工程師，講師，研究方向：交通檢測。