抗車轍劑和湖瀝青對(duì)瀝青混合料路用性能影響試驗(yàn)研究

■高 超奚 進(jìn)

(1中咨華科交通建設(shè)技術(shù)有限公司，北京 100195；2 江西省交通科學(xué)研究院，南昌 330038)

抗車轍劑和湖瀝青對(duì)瀝青混合料路用性能影響試驗(yàn)研究

■高 超1奚 進(jìn)2

(1中咨華科交通建設(shè)技術(shù)有限公司，北京 100195；2 江西省交通科學(xué)研究院，南昌 330038)

為了比較分析添加抗車轍劑和湖瀝青對(duì)瀝青混合料路用性能的影響，本文對(duì)瀝青混合料進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，并在瀝青混合料中分別添加3‰的國(guó)產(chǎn)某品牌抗車轍劑和25%的湖瀝青，通過(guò)采用高溫車轍試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)、低溫彎曲試驗(yàn)，對(duì)添加抗車轍劑后的瀝青混合料高溫性能、水穩(wěn)定性能、低溫性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。研究表明：湖瀝青和抗車轍劑均能改善瀝青混合料的高溫、抗水損和低溫方面性能；在改善高溫性能方面抗車轍劑優(yōu)于湖瀝青，在低溫和抗水損害方面湖瀝青優(yōu)于抗車轍劑。

抗車轍劑 湖瀝青 瀝青混合料 路用性能 試驗(yàn)研究

1 引言

我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的背景下，交通運(yùn)輸業(yè)繁榮發(fā)展，重載交通不斷增多，超載現(xiàn)象時(shí)常發(fā)生，導(dǎo)致爬坡路段、超載嚴(yán)重和車流量較大路段瀝青路面抗車轍能力不足，出現(xiàn)車轍、推移和擁包等病害，使得路道路路用性能下降，道路壽命縮短。

國(guó)外較多采用抗車轍劑來(lái)提高道路抗永久變形的能力。抗車轍劑在提高道路高溫性能的同時(shí)不會(huì)降低道路的其它性能，而且工藝簡(jiǎn)單，便于施工。

湖瀝青屬于涌出地面的天然瀝青，在國(guó)外廣泛使用，表現(xiàn)出優(yōu)良的路用性能，主要體現(xiàn)在：(1)高溫抗車轍性能好。湖瀝青是在高溫下經(jīng)過(guò)億萬(wàn)年充分氧化后形成的，分子量較大，不含蠟，且灰分呈珊瑚狀，在高溫下可以將瀝青輕組分吸入孔隙中，具有較高的聚合度，這使得湖瀝青溫度敏感性降低、軟化點(diǎn)提高，抗車轍能力增強(qiáng)[1-3]。(2)抗水損害性能好。湖瀝青中含有大量的氮、氧等，使得瀝青的極性增強(qiáng)，對(duì)集料的粘附性得到提高，從而使得抗水損害性能提高[1-3]。(3)抗老化性能好。湖瀝青中氮以官能團(tuán)形式出現(xiàn)，且含量是普通瀝青的幾十倍，對(duì)自由氧化基具有較高的抗性，這使得湖瀝青具有較優(yōu)的抗老化性能。另外由于湖瀝青本身是瀝青，不屬于改性劑，與瀝青成分完全相同，將其加入石油瀝青中，兩者相容性較好[1-3]。

國(guó)內(nèi)對(duì)分別添加抗車轍劑和湖瀝青來(lái)改善道路性能均有一定的研究，但是對(duì)兩者對(duì)比研究較少。因此，本文對(duì)同一配比的瀝青混合料分別添加抗車轍劑和湖瀝青，進(jìn)行對(duì)比研究。

2 試驗(yàn)材料

2.1 湖瀝青性能指標(biāo)

本文中采用的湖瀝青是特立尼達(dá)湖瀝青，該瀝青技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1，試驗(yàn)結(jié)果表明該種湖瀝青具有較好的高溫性能和抗老化性能。

2.2 基質(zhì)瀝青指標(biāo)

本次研究選擇了中海油A級(jí)50號(hào)道路石油瀝青，其各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果均滿足 《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)，詳見(jiàn)表2。

表1 特立尼達(dá)湖瀝青試驗(yàn)結(jié)果

表2 基質(zhì)瀝青試驗(yàn)結(jié)果

2.3 抗車轍劑技術(shù)性能

研究中采用的是某國(guó)產(chǎn)品牌抗車轍劑，其外觀為灰黑色顆粒狀，摻量為瀝青混合料總質(zhì)量的3‰，該抗車轍劑是多種聚合物共混后制備出的瀝青混合料改性劑。它可以對(duì)瀝青加以改性，提高瀝青的高溫性能；且增強(qiáng)集料表面粘結(jié)力；另外具有填充混合料起到加筋作用[4]。從而大幅提高瀝青混合料高溫穩(wěn)定性能，已在多條高速公路得到成功應(yīng)用。其基本性質(zhì)如表3所示。

表3 抗車轍劑技術(shù)性質(zhì)

2.4 其它原材料

研究中混合料所采用的集料為輝綠巖和機(jī)制砂，填料為石灰?guī)r磨細(xì)加工的礦粉。

3 配合比設(shè)計(jì)

3.1 級(jí)配確定

本文對(duì)瀝青混合料進(jìn)行配合比進(jìn)行設(shè)計(jì)，所設(shè)計(jì)瀝青混合料為AC-13C型。在確定級(jí)配時(shí)為了提高混合料的性能，需要盡量保證合成級(jí)配曲線為平緩的“S型”曲線，不出現(xiàn)拐點(diǎn)，并且減少較小粒徑及較大粒徑集料的用量[5-6]。根據(jù)上述要求選取合適的瀝青混合料級(jí)配，如表4和圖1所示。

圖1 合成級(jí)配曲線圖

表4 合成級(jí)配

3.2 油石比確定

以0.5%為間隔按照4.0%、4.5%、5.0%、5.5%、6.0%油石比成型5組馬歇爾試件，對(duì)各試件進(jìn)行力學(xué)及體積指標(biāo)測(cè)試，其結(jié)果如表5所示。

表5 瀝青混合料力學(xué)及體積指標(biāo)

從表5可以確定最佳油石比為5.0%，其各項(xiàng)指標(biāo)均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)要求。

3.3 改性瀝青混合料制備

本文在上述瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，分別加入抗車轍劑(混合料總質(zhì)量3‰)和湖瀝青(湖瀝青與基質(zhì)瀝青質(zhì)量的比值為1:3)，制備抗車轍劑瀝青混合料和湖瀝青混合料。

4 路用性能

4.1 高溫性能

本研究遵照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTJ E20—2011)要求，成型尺寸為300mm×300mm×50mm的車轍試件，對(duì)瀝青混合料高溫性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，其試驗(yàn)結(jié)果如表6和圖2所示[4]。

圖2 不同瀝青混合料高溫性能試驗(yàn)結(jié)果

表6 不同瀝青混合料高溫性能試驗(yàn)結(jié)果

從表6和圖2可知：(1)未添加抗車轍劑或者湖瀝青的基質(zhì)瀝青混合料、加入湖瀝青的瀝青混合料和加入抗車轍劑的瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度均滿足 《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTJ E20—2011)中1-4區(qū)動(dòng)穩(wěn)定度要求。加入抗車轍劑或者湖瀝青后瀝青混合料抗車轍性能提高，說(shuō)明抗車轍劑和湖瀝青均可以改善瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能。(2)加入抗車轍劑的混合料動(dòng)穩(wěn)定度結(jié)果＞加入湖瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度＞未加抗車轍劑或者湖瀝青的混合料動(dòng)穩(wěn)定度，說(shuō)明抗車轍劑在改善混合料高溫性能方面比湖瀝青更優(yōu)。

4.2 水穩(wěn)定性能

本研究遵照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTJ E20—2011)要求，分別成型75次擊實(shí)次數(shù)的馬歇爾試件10個(gè)和50次擊實(shí)次數(shù)的馬歇爾試件10個(gè)，采用浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)評(píng)價(jià)混合料的抗水損害性能，其試驗(yàn)結(jié)果如表7和圖3所示。

圖3 不同瀝青混合料水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果

表7 不同瀝青混合料水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果

從表7和圖3可知：(1)未添加抗車轍劑或者湖瀝青的基質(zhì)瀝青混合料、加入湖瀝青的瀝青混合料和加入抗車轍劑的瀝青混合料殘留穩(wěn)定度比和凍融劈裂強(qiáng)度比均滿足 《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTJ E20—2011)中1-4區(qū)殘留穩(wěn)定度比和凍融劈裂強(qiáng)度比要求。且加入抗車轍劑或者湖瀝青后瀝青混合料殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比均較基質(zhì)瀝青混合料有所提高，說(shuō)明抗車轍劑和湖瀝青均可以改善瀝青混合料的抗水損害性能。(2)加入湖瀝青混合料抗水損性能＞加入抗車轍劑的混合料抗水損性能＞未加抗車轍劑或者湖瀝青的混合料抗水損性能，說(shuō)明湖瀝青在改善混合料抗水損害性能方面比抗車轍劑更優(yōu)。

4.3 低溫性能

本研究按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTJ E20—2011)要求，成型尺寸為300mm×300mm×50mm的車轍試件，再切割成尺寸為35mm×30mm×250mm的標(biāo)準(zhǔn)小梁試件，并在試驗(yàn)條件為‐10℃下進(jìn)行低溫彎曲試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果如表8和圖4所示。

圖4 不同瀝青混合料低溫性能試驗(yàn)結(jié)果