AC-16混合料對抗車轍劑的路用性能響應分析

吳應升，曹 帆，李 旖

(1.廣西大學，廣西 南寧 530004；2.廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設計研究院，廣西 南寧 530029)

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AC-16混合料對抗車轍劑的路用性能響應分析

吳應升1，曹 帆2，李 旖2

(1.廣西大學，廣西 南寧 530004；2.廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設計研究院，廣西 南寧 530029)

為改善AC-16瀝青混合料的力學性能與耐久性，文章分析了抗車轍劑在瀝青混合料中的作用機理，對比了抗車轍劑摻量為0‰、3‰、5‰、7‰四組瀝青混合料試件的高溫、低溫、水穩(wěn)定性能。結(jié)果表明，抗車轍劑可有效提升瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性；對混合料低溫性能有小幅提升；對混合料水穩(wěn)定性的提升作用呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，峰值出現(xiàn)在5‰左右。

道路工程；瀝青混合料；抗車轍劑；力學性能

0 引言

隨著公路軸載與交通量的不斷增大，車轍損壞逐漸成為瀝青混合料路面最主要的損壞現(xiàn)象之一。如何控制瀝青混合料車轍損壞，是瀝青混合料設計時需要考慮的重要因素。造成車轍的原因主要為渠化交通、重載交通及長陡縱坡等，除此之外，瀝青混合料自身力學性能的不足，也是車轍損壞的重要原因。瀝青路面車轍的大面積出現(xiàn)極大程度地影響了路面的服務質(zhì)量與耐久度，同時增加了瀝青路面的養(yǎng)護頻率與維修成本[1]。

車轍損壞的類型及其破壞機理見下頁表1。

表1 車轍類型及其破壞機理表

瀝青混合料高溫穩(wěn)定性及其他力學性能的不足常常會造成瀝青路面失穩(wěn)性車轍的產(chǎn)生。失穩(wěn)性車轍產(chǎn)生的示意圖如圖1所示[2]。

圖1 瀝青路面失穩(wěn)性車轍示意圖

如何設計出具有良好抗車轍性能的瀝青混合料，一直是國內(nèi)外研究者探索與研究的熱門課題?？管囖H劑就是研究者們不斷探索創(chuàng)新的產(chǎn)物。本文以國產(chǎn)墾特萊抗車轍劑為例，探討抗車轍劑對AC-16瀝青混合料力學性能的影響。

1 抗車轍劑及其作用機理

作為一種瀝青混合料制備過程中的添加劑，常見的抗車轍劑由多種聚合物及助溶劑按照一定的比例制備而成[3]?？管囖H劑對瀝青混合料的作用主要表現(xiàn)在對集料骨架結(jié)構(gòu)的改良作用、對瀝青的改性作用以及對瀝青混合料整體的加筋作用上[4，5]。

(1)對集料骨架結(jié)構(gòu)的改良作用

集料在壓實過程中不斷形成骨架，骨架在混合料抵抗外界荷載的過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用?？管囖H劑顆粒在混合料攪拌與成型過程中，因高溫作用不斷以流動狀態(tài)進入到骨架的縫隙中。溫度降低后，抗車轍劑顆粒以一種玻璃態(tài)存在于集料骨架中，以其較強的變形恢復力不斷限制外力作用下集料顆粒的相對移動，從而對集料骨架進行改良，提升了骨架自身的抗車轍能力。

(2)對瀝青的改性作用

抗車轍劑相對瀝青而言自身具有更大的粘聚力，與瀝青混合后，可有效提升瀝青與集料粘結(jié)界面的粘結(jié)強度并改善瀝青的針入度與軟化點等指標。瀝青與抗車轍劑混合形成的膠結(jié)料將眾多松散的集料顆粒包裹粘結(jié)在一起，從而使瀝青性質(zhì)得到改良，提高了混合料整體的結(jié)構(gòu)強度。

(3)對混合料的加筋作用

抗車轍劑在瀝青混合料中常呈片狀或纖維狀分布，當片狀或纖維狀的抗車轍劑達到一定數(shù)量時，便相互聯(lián)結(jié)，形成一個具有較強整體性的立體纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。憑借混合后膠結(jié)料良好的粘結(jié)性能，集料顆粒與立體纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)形成一個整體，抗車轍劑在混合料中起到類似于加筋的作用，從而使瀝青混合料抗車轍性能得到提升。

2 抗車轍劑對力學性能的影響

論文以國產(chǎn)墾特萊聚合物復合抗車轍劑為研究對象，探討抗車轍劑對AC-16瀝青混合料力學性能的影響。抗車轍劑技術(shù)指標見表2。試驗采用的70#基質(zhì)瀝青、輝綠巖粗集料、石灰?guī)r細集料及礦粉均符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)[6](簡稱《規(guī)范》)的要求，試驗用級配采用《規(guī)范》AC-16中值級配。

表2 抗車轍劑技術(shù)指標表

2.1 對高溫穩(wěn)定性的影響

車轍試驗是評價瀝青混合料高溫穩(wěn)定性較為直接與便捷的試驗方法。它通過模擬車輪荷載在混合料表面行走的作用，可較為直觀地反映瀝青混合料的抗車轍性能。單軸貫入試驗同樣是評價瀝青混合料高溫穩(wěn)定性常用的方法，它的主要表征是混合料抗剪切性能。結(jié)合車轍試驗與單軸貫入試驗，得到的試驗結(jié)果可較為準確地反映混合料的高溫穩(wěn)定性。因此，本文同樣采用這兩種方法評價添加抗車轍劑后的AC-16瀝青混合料高溫性能。在試驗過程中，分別開展抗車轍劑摻量為3‰、5‰、7‰三組試件和不摻入抗車轍劑試件的高溫穩(wěn)定性能研究，得到的試驗結(jié)果見圖2。

圖2 不同抗車轍劑摻量下高溫穩(wěn)定性試驗結(jié)果曲線圖

由試驗結(jié)果可知，抗車轍劑的摻入可顯著提高AC-16瀝青混合料的動穩(wěn)定度與抗剪強度，隨著抗車轍劑摻量的提高，兩種指標不斷升高。試驗結(jié)果可充分證明，抗車轍劑加入后起到的骨架改良、瀝青改性與加筋作用十分明顯，可較大幅度提升AC-16瀝青混合料的高溫性能，摻入抗車轍劑是一種提升混合料高溫性能的有效措施。

2.2 對低溫穩(wěn)定性的影響

瀝青混合料在低溫與荷載作用下易出現(xiàn)裂縫損壞。因此，混合料低溫性能是其綜合性能評價的重要指標?？管囖H劑的加入對瀝青混合料高溫性能提升明顯，而高溫性能與低溫性能往往是一對相互對立的指標。有必要對抗車轍劑摻入后的瀝青混合料低溫性能進行評價，以確?？管囖H劑的可用性。

小梁彎曲試驗是常用的瀝青混合料低溫穩(wěn)定性評價方法。根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》(JTG E-20-2011)[7]，本文試驗溫度采用-10 ℃，加載速度采用50 mm/min。3‰、5‰、7‰三組抗車轍劑摻量試件和不摻入抗車轍劑試件的小梁彎曲試驗結(jié)果見圖3。

由試驗結(jié)果可知，抗車轍劑的摻入可小幅度提升瀝青混合料的抗彎拉強度與最大彎拉應變。隨著抗車轍劑摻量的增大，混合料低溫性能提升并不明顯，但相對不摻入抗車轍劑混合料仍有所增加。這可能是因為抗車轍劑的摻入使集料與瀝青緊密粘結(jié)在一起，同時混合料形成纖維立體結(jié)構(gòu)，對混合料的低溫開裂有一定的抑制作用。

2.3 對水穩(wěn)定性的影響

水穩(wěn)定性的好壞直接影響瀝青混合料耐久性與行車安全性。通過浸水馬歇爾試驗與凍融劈裂試驗得到的殘留穩(wěn)定度與凍融劈裂強度比兩個指標常用于測試瀝青混合料的水穩(wěn)定性能。以3‰、5‰、7‰三組抗車轍劑摻量試件和不摻入抗車轍劑試件開展水穩(wěn)定性測試，測試過程中得到的穩(wěn)定度、劈裂強度見圖4，水穩(wěn)定性測試結(jié)果見圖5。

圖4 不同抗車轍劑摻量下穩(wěn)定度、劈裂強度試驗結(jié)果曲線圖

圖5 不同抗車轍劑摻量下水穩(wěn)定性試驗結(jié)果曲線圖

由試驗結(jié)果可知，隨著抗車轍劑摻量的增加，混合料穩(wěn)定度與劈裂強度呈現(xiàn)不斷增長的趨勢；殘留穩(wěn)定度與凍融劈裂強度比兩項水穩(wěn)定性指標呈現(xiàn)先增長后降低的趨勢，峰值出現(xiàn)在抗車轍劑摻量為5‰時。

綜合抗車轍劑加入后的AC-16瀝青混合料高溫、低溫與水穩(wěn)定性能測試結(jié)果，推薦抗車轍劑摻量控制在5‰左右。

3 結(jié)語

本文對抗車轍劑在瀝青混合料中的作用機理進行了探討分析，研究了不同抗車轍劑摻量下AC-16瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫穩(wěn)定性與水穩(wěn)定性。結(jié)果表明：抗車轍劑的摻入可有效提升AC-16瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性與水穩(wěn)定性，對于低溫穩(wěn)定性有小幅提升。當抗車轍劑摻量在5‰左右時，瀝青混合料可獲得較為均衡的綜合性能，推薦抗車轍劑摻量為5‰。

[1]沙慶林.高速公路瀝青路面早期破壞現(xiàn)象及預防[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2]王東升.瀝青路面流動型車轍的理論研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學，2009.

[3]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，2009.

[4]丁慶軍，方 楊，劉祖國，等.瀝青混凝土抗車轍劑研究及應用[J].中外公路，2008，28(1)：164-166.

[5]余紅杰.抗車轍劑對瀝青混合料改性機理分析[D].西安：長安大學，2012.

[6]JTG F40-2004，公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].

[7]JTG E-20-2011，公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程[S].

Analysis on the Impact of AC-16 Mixture on the Pavement Performance Response of Anti-rutting Agent

WU Ying-sheng1，CAO Fan2，LI Yi2

(1.Guangxi University，Nanning，Guangxi，530004；2.Guangxi Communications Planning Surveying and Designing Institute，Nanning，Guangxi，530029)

To improve the mechanical properties and durability of AC-16 asphalt mixture，this article an-alyzed the action mechanism of anti-rutting agent in asphalt mixture，and compared the high temperature，low temperature，and water stability performance of four asphalt mixture specimens with anti-rutting agent content of respectively 0‰，3‰，5‰，and 7‰.The results showed that the anti-rutting agent can effectively enhance the high temperature stability of asphalt mixture；and the low temperature perform-ance is slightly improved；the water stability enhancement of mixtures shows the trend of firstly increas-ing and then decreasing，with the peak value shown at about 5‰.

Road engineering；Asphalt mixture；Anti-rutting agent；Mechanical properties

U418.6+8

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.09.005

1673-4874(2016)09-0017-04

2016-04-20

吳應升(1982—)，在讀碩士，研究方向：建筑與土木工程；

曹 帆(1989—)，碩士，研究方向：道路工程勘察設計與研究；

李 旖(1990—)，工學碩士，主要從事道路工程、景觀綠化研究工作。