摻入D—II抗轍裂劑的瀝青混合料抗老化性能研究

樊長昕++馬德崇++王威++李雪蓮

摘 要：為了解摻入D-II抗轍裂劑的瀝青混合料的抗老化性能，采取美國SHRP老化試驗(yàn)方法，對(duì)D-II抗轍裂劑摻加量為0%、0.15%、0.3%、0.4%以及0.5%的瀝青混合料分別進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室模擬老化，如：高溫車轍試驗(yàn)、低溫彎曲試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：摻入D-II抗轍裂劑的瀝青混合料具有很好的抗老化性能，高溫抗車轍、低溫抗裂以及抗水損性能均很好，且性能穩(wěn)定。確定合理摻加量為0.4%。

關(guān)鍵詞：抗轍裂劑；模擬老化；SHRP；摻加量

中圖分類號(hào)：U414 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）05-0124-03

Study on the Anti-Aging Performance of Asphalt Mixture Added with D - II Anti-Rutting Agent

Fan Changxin

（National and Local Joint Engineering Laboratory of New Materials in Road；Shanxi Transportation Research Institute，Taiyuan Shanxi 030006）

Abstract：To study the anti-aging performance of asphalt mixture added with D - II anti-rutting agent ， use the American SHRP asphalt mixture aging test method， make the laboratory simulation aging test of asphalt mixture adding D - II anti-rutting agent， which amount was 0%， 0.15%， 0.3%， 0.4% and 0.5%，such as： high temperature rutting test， low-temperature bending test and freeze-thaw splitting test. The test results showed that the asphalt mixture added with D - II anti-rutting agent has good stable properties in anti-aging， high temperature rutting performance， low temperature cracking performance and resistance to water damage performance .The reasonable adding quantity is 0.4%.

Key words：Anti-rutting Agent； Simulation Aging； SHRP； Mixing Amount

隨著我國交通建設(shè)的迅速發(fā)展，瀝青路面道路的比重越來越多。并且瀝青高速公路達(dá)到維修養(yǎng)護(hù)階段的規(guī)模進(jìn)展也十分迅速[1]。而目前新建的一些瀝青公路在設(shè)計(jì)服務(wù)年限內(nèi)就會(huì)發(fā)生路面病害，如車轍、龜裂甚至坑槽等，既影響行車舒適性，又加大了維修養(yǎng)護(hù)成本。瀝青路面在使用期間承受交通、氣候等環(huán)境因素的綜合作用，瀝青混合料的使用性能保持穩(wěn)定或發(fā)生較小變化的能力，稱為瀝青混合料的抗老化性能[2]。

國內(nèi)外許多研究報(bào)告表明，瀝青混合料的抗老化性能與瀝青路面的使壽命關(guān)聯(lián)很大。為改善瀝青高速公路的質(zhì)量，以提高瀝青混合料的高溫抗車轍性能、低溫抗開裂以及抗水損害的性能，相關(guān)學(xué)者提出許多實(shí)施改進(jìn)方案，如使用改性瀝青、加入改性劑或改良礦料級(jí)配等[3]。摻入改性劑對(duì)瀝青混合料改性研究是比較常見的方法，目前應(yīng)用較多的主要有多米克斯、PR、車轍王等抗車轍劑。然而國內(nèi)對(duì)摻入外加改性劑的瀝青混合料的抗老化研究還比較少[4]。

因此，為提高瀝青高速公路的質(zhì)量，對(duì)瀝青混合料的抗老化性能研究十分必要。本文主要對(duì)自主研發(fā)的D-II抗轍裂劑的抗老化性能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，以摻加量為變量通過高溫動(dòng)穩(wěn)定度車轍試驗(yàn)、低溫小梁彎曲試驗(yàn)以及凍融劈裂試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的短期、長期模擬老化，與未進(jìn)行老化的混合料進(jìn)行性能對(duì)比，得出結(jié)論。

1 試驗(yàn)部分

1.1 主要原材料

石油瀝青選用中石化東海牌90號(hào)瀝青，按照J(rèn)TG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行性能檢測，其主要技術(shù)指標(biāo)見表1。

德路加D-II抗轍裂劑為黑色松散顆粒，常溫存儲(chǔ)無粘結(jié)聚集現(xiàn)象，各項(xiàng)指標(biāo)符合出廠要求。

瀝青混合料用粗細(xì)集料均為石灰?guī)r，礦粉為石灰?guī)r磨制所得。

1.2 試驗(yàn)工藝

瀝青混合料類型為AC-20，礦料級(jí)配組成見表2。

拌合溫度為180℃，壓實(shí)溫度為150～160℃。室內(nèi)進(jìn)行瀝青混合料的拌合，摻入D-II抗轍裂劑的瀝青混合料為干法生產(chǎn)，D-II與加熱到190℃的石料先干拌90s，然后加入瀝青濕拌90s，再加入礦粉拌和90s。

1.3 試驗(yàn)方案

本文采用美國SHRP計(jì)劃提出的瀝青混合料模擬老化標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)。對(duì)不同德路加D-II抗轍裂劑摻加量的瀝青混合料進(jìn)行試驗(yàn)室內(nèi)短期長期老化處理。D-II摻加量分別為瀝青混合料的0%、0.15%、0.3%、0.4%以及0.5%。并進(jìn)行了老化前后的高溫動(dòng)穩(wěn)定度車轍、低溫小梁彎曲以及凍融劈裂水穩(wěn)定性試驗(yàn)。通過各摻加量的瀝青混合料抗老化性能的對(duì)比，全面評(píng)價(jià)D-II抗轍裂劑的抗老化性能，并確定最佳摻加量。

2 結(jié)果與討論

2.1 老化對(duì)瀝青混合料高溫抗車轍性能的影響

瀝青混合料的高溫抗車轍性能是指夏季高溫行車條件下，在車輛荷載的長期重復(fù)作用下，路面不發(fā)生車轍泛油等病害的性能[5]。實(shí)驗(yàn)室通過車轍試驗(yàn)測得動(dòng)穩(wěn)定度來評(píng)價(jià)其性能。動(dòng)穩(wěn)定度是指在規(guī)定穩(wěn)定及荷載條件下，瀝青混合料每產(chǎn)生1mm變形的行走次數(shù)。

該試驗(yàn)按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20-2011）的標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行。車轍實(shí)驗(yàn)儀為北京航天航宇測控技術(shù)研究所的HYCZ-5型，試件采用碾壓成型的300mm×300mm×50mm車轍試件，試驗(yàn)溫度為60℃[6]。

本次研究對(duì)不同D-II摻加量（0%、0.15%、0.3%、0.4%及0.5%）的瀝青混合料分別進(jìn)行未老化和短期老化的車轍試驗(yàn)，測試結(jié)果動(dòng)穩(wěn)定度見表3。

表3試驗(yàn)數(shù)據(jù)說明，未老化和短期老化兩種試驗(yàn)條件下，隨著D-II抗轍裂劑摻量的增加，動(dòng)穩(wěn)定度也在逐步增加。當(dāng)摻量達(dá)到0.3%時(shí)，動(dòng)穩(wěn)定度為3937次/mm，達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，滿足高溫路用條件。說明D-II抗轍裂劑在0.3%的摻量即具有優(yōu)良的高溫抗車轍性能。當(dāng)摻量為0.4%和0.5%之間時(shí)，動(dòng)穩(wěn)定度在5000～6000次/mm之間，性能十分穩(wěn)定。說明0.4%的抗轍裂劑摻加量已經(jīng)具有優(yōu)良的高溫抗車轍性能。

短期老化和未老化相比，動(dòng)穩(wěn)定度均有相應(yīng)的增長，提高了20%～30%之間。主要是由于在短期老化中瀝青中輕質(zhì)組分的揮發(fā)，使得瀝青粘度變高，混合料高溫性能的整體提升有關(guān)。這和目前普遍認(rèn)為的短期老化后瀝青混合料變硬，動(dòng)穩(wěn)定度變高的觀點(diǎn)一致。當(dāng)摻量達(dá)到為0.4%后，動(dòng)穩(wěn)定度的漲幅變小，主要是抗轍裂劑摻量的增加，吸收了部分瀝青中的輕質(zhì)組分，使得短期老化中瀝青混合料的變化不大。說明0.4%的摻量下，瀝青混合料具有穩(wěn)定的高溫性能抗老化能力。

綜上所述，從高溫抗車轍性能、抗老化性能以及經(jīng)濟(jì)性考慮，0.4%的摻加量已經(jīng)可以很好地滿足相關(guān)要求，0.5%的摻加量即造成經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)。所以，0.4%的抗轍裂劑摻量是合理的。

2.2 老化對(duì)瀝青混合料低溫彎曲性能的影響

冬季我國大部分地區(qū)處于零下溫度，瀝青路面在低溫條件下容易發(fā)生開裂現(xiàn)象，因此研究瀝青混合料的低溫抗裂性能十分必要。本次研究采用《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20-2011）中T0715-2011彎曲試驗(yàn)，在小梁跨中給試件施加集中荷載至斷裂破壞，測得破壞應(yīng)變?yōu)樵u(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。試件為輪碾成型的車轍板切割制作的棱柱體試件，尺寸符合長250mm±2.0mm、寬30mm±2.0mm、高35mm±2.0mm的相關(guān)技術(shù)要求[7]。分別對(duì)不同D-II抗轍裂劑摻加量（0%、0.15%、0.3%、0.4%及0.5%）的瀝青混合料進(jìn)行未老化和長期老化的低溫小梁彎曲試驗(yàn)，測試結(jié)果破壞應(yīng)變見表4。

表4試驗(yàn)數(shù)據(jù)說明，未老化條件下，隨著抗轍裂劑摻量的增加，瀝青混合料的低溫彎曲破壞應(yīng)變?cè)谥饾u提高。當(dāng)摻加量為0%時(shí)，彎曲破壞應(yīng)變?yōu)?816με，無法滿足低溫抗裂性能的要求。當(dāng)摻加量達(dá)到0.3%時(shí)，彎曲破壞應(yīng)變?yōu)?672με，達(dá)到JTG F40---2004 《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中彎曲破壞應(yīng)變大于2600με的要求。當(dāng)摻加量達(dá)到0.4%到0.5%時(shí)，彎曲破壞應(yīng)變保持在2900με左右，表明瀝青混合料低溫抗裂性能趨于穩(wěn)定。

經(jīng)過長期老化試驗(yàn)后，不同摻量下彎曲破壞應(yīng)變均會(huì)減少。當(dāng)摻加量為0.3%時(shí)，已無法滿足規(guī)范的要求。當(dāng)摻加量為0.4%到0.5%時(shí)，才能滿足老化后彎曲破壞應(yīng)變大于2600με的要求。

綜上所述，從低溫抗裂性能、抗老化性能考慮，0.4%～0.5%的摻加量才可以滿足抗裂性能的要求。

2.3 老化對(duì)瀝青混合料水穩(wěn)性能的影響

水穩(wěn)定性能是瀝青混合料的重要指標(biāo)，表示瀝青混合料的抗水損害能力。我國主要按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20-2011）的要求，進(jìn)行浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)[8]。

凍融劈裂試驗(yàn)的條件比浸水馬歇爾試驗(yàn)會(huì)苛刻一些，所以本文選用凍融劈裂試驗(yàn)來評(píng)價(jià)瀝青混合料的抗水害性能，試驗(yàn)溫度為25℃，加載速率為50mm/min。試件為雙面各50次擊實(shí)的標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，高度符合63.5±1.3mm的要求。試件成型后經(jīng)過凍融循環(huán)條件后測得劈裂強(qiáng)度，以凍融試件的劈裂強(qiáng)度與未凍融試件的劈裂強(qiáng)度之比TSR作為瀝青混合料水穩(wěn)定性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)[9]。分別對(duì)不同D-II摻加量（0%、0.15%、0.3%、0.4%及0.5%）的瀝青混合料進(jìn)行未老化和長期老化的凍融劈裂試驗(yàn)，測試結(jié)果凍融劈裂試驗(yàn)強(qiáng)度比TSR見表5。

從上述表5試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可得，隨著D-II抗轍裂劑的摻入量增加，凍融劈裂試驗(yàn)強(qiáng)度比TSR也在逐步增加。摻加量為0.3%時(shí)，TSR剛好滿足瀝青混合料規(guī)范的凍融劈裂試驗(yàn)強(qiáng)度比TSR不小于80%的要求。當(dāng)加入量為0.4%時(shí)TSR達(dá)到93.14%，0.5%時(shí)TSR達(dá)到94.19%，性能十分優(yōu)異。

老化試驗(yàn)后，TSR變化規(guī)律與未老化相似，摻加量為0.3%時(shí)即滿足瀝青混合料規(guī)范的長期老化后TSR不小于75%的要求。當(dāng)加入量為0.4%時(shí)TSR達(dá)到89.49%，0.5%時(shí)TSR達(dá)到91.19%，表明瀝青混合料體系具有優(yōu)良的水損抗老化性能。

綜上所述，在D-II摻量0.4%與0.5%的條件下，凍融劈裂試驗(yàn)以及老化試驗(yàn)后，AC-20瀝青混合料抗水損性能滿足相關(guān)規(guī)范，達(dá)到很好的效果。從使用性能和經(jīng)濟(jì)性考慮，0.4%的抗轍裂劑摻量是最合理的。

3 結(jié)語

（1）從高溫抗車轍性能以及經(jīng)濟(jì)性考慮，0.4%的摻加量已經(jīng)可以很好地滿足相關(guān)要求，0.5%的摻加量即造成經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)。

（2）從低溫抗裂性能考慮，0.4%～0.5%的摻加量才可以滿足低溫抗裂性能和抗老化性能的要求。

（3）在D-II摻量0.4%與0.5%的條件下，凍融劈裂試驗(yàn)以及老化試驗(yàn)后，AC-20瀝青混合料抗水損性能滿足相關(guān)規(guī)范，達(dá)到很好的效果。從使用性能和經(jīng)濟(jì)性考慮，0.4%的抗轍裂劑摻量是最合理的。

（4）綜上所述，德路加D-II摻加量的合理摻加量為瀝青混合料的0.4%。此時(shí)從高溫抗車轍、低溫抗裂以及抗水損性能考慮，瀝青混合料均具有優(yōu)良穩(wěn)定的抗老化性能，滿足相關(guān)要求。

參考文獻(xiàn)

[1]徐志元，練可方，徐偉.瀝青及瀝青混合料老化試驗(yàn)方法評(píng)價(jià)分析[J].公路工程，2011，（2） .

[2]楊瑞華，譚波，陸宏新.硬質(zhì)瀝青混合料抗老化性能研究[J].公路工程，2013，38（2）.

[3]陳華鑫，姜藝，李碩，等.瀝青混合料老化后的低溫性能[J].長安大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010（1） .

[4]楊紅鎖.抗車轍劑改性瀝青混合料的試驗(yàn)研究[J].山西交通科技，2014（1）.

[5]李惠霞.基于細(xì)觀力學(xué)的瀝青混合料紫外光老化研究[D].西安建筑科技大學(xué)，2013.

[6]交通部公路科學(xué)研究院.JTG F40公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2004.

[7]楊怡.高模量劑對(duì)瀝青混合料抗老化性能的影響研究[J].湖南交通科技，2014，（4）.

[8]陳峰.基質(zhì)瀝青和瀝青老化行為與機(jī)理研究[D].長安大學(xué)，2012.

[9]交通部公路科學(xué)研究院.JTG E20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.