兩種抗車轍劑綜合性能優(yōu)劣對(duì)比研究

范定旺

(山西省交通科學(xué)研究院 太原市 030006)

抗車轍劑是特定造粒設(shè)備經(jīng)過一定工藝將多種原料混合制備成的形狀均勻的顆粒狀瀝青混合料外摻改性劑，具有存儲(chǔ)方便、添加簡便且路用性能優(yōu)良的特點(diǎn)。它的原料來源廣泛，主要為高分子聚合物。近年來，市面上抗車轍劑廠家眾多，質(zhì)量和價(jià)格相差很大，且各個(gè)品牌抗車轍劑的原料種類、適用范圍、作用機(jī)理不盡相同。實(shí)體工程應(yīng)用中，在眾多供應(yīng)商中選擇性價(jià)比最合理的抗車轍劑十分困難。

為保證抗車轍劑瀝青混合料的性能，高恒楠對(duì)不同摻加量的抗車轍劑改性瀝青混合料的路用性能進(jìn)行研究，得到車轍王抗車轍劑的最佳摻量；張爭奇等通過室內(nèi)車轍試驗(yàn)，分析抗車轍劑種類及摻加量對(duì)混合料高溫性能的影響；劉鋒等對(duì)比分析了不同橡膠粉和抗車轍劑摻量對(duì)復(fù)合改性瀝青混凝土路用性能的改善程度。綜上所述，國內(nèi)學(xué)者主要針對(duì)某一品牌抗車轍劑的摻加量和路用性能進(jìn)行研究分析，對(duì)不同品牌抗車轍劑的綜合性能優(yōu)劣對(duì)比評(píng)價(jià)方法研究甚少。

因此，結(jié)合實(shí)體工程，旨在利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有設(shè)備，系統(tǒng)地對(duì)兩種品牌的抗車轍劑進(jìn)行室內(nèi)性能測試，比較二者性能優(yōu)劣及作用機(jī)理，為實(shí)體工程選取抗車轍劑提供評(píng)價(jià)方法及科學(xué)參考。

1 試驗(yàn)

試驗(yàn)主要依托山西省某高速公路摻入抗車轍劑的瀝青混合料中面層實(shí)體工程，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室內(nèi)性能檢測，通過抗車轍劑基本物理性能、與石料的拌和粘附性、瀝青混合料性能試驗(yàn)，綜合對(duì)比兩個(gè)供應(yīng)商提供的品牌A和B抗車轍劑性能的優(yōu)劣，并分析其作用機(jī)理。

1.1 原材料

(1)瀝青

本實(shí)驗(yàn)所用瀝青為加德士70號(hào)A級(jí)石油瀝青，各項(xiàng)指標(biāo)符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)的要求，其主要性能指標(biāo)見表1。

表1 加德士70號(hào)A級(jí)石油瀝青基本性能指標(biāo)

(2)集料

集料主要包括粗集料、細(xì)集料和填料等。粗細(xì)集料來自山西省潞城市鑫源石料廠。填料為山西長治祥和礦石粉總廠的石灰?guī)r礦粉，其性能指標(biāo)見表2。

粗集料為3～5mm、5～10mm、10～20mm石灰?guī)r，其性能指標(biāo)見表3。

細(xì)集料為0～3mm機(jī)制砂，其性能指標(biāo)見表4。

表2 礦粉性能指標(biāo)

表3 粗集料性能指標(biāo)

表4 細(xì)集料性能指標(biāo)

1.2 瀝青混合料組成

根據(jù)實(shí)體工程摻入抗車轍劑石灰?guī)rAC-20瀝青混合料目標(biāo)配合比的設(shè)計(jì)，最佳油石比定為4.5%，抗車轍劑摻加量為瀝青混合料的0.4%。合成級(jí)配通過率見表5。

表5 合成級(jí)配通過率

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 抗車轍劑基本性能

分別對(duì)A和B兩種品牌的抗車轍劑樣品測試物理性能，其主要指標(biāo)見表6。

試驗(yàn)結(jié)果表明：兩種抗車轍劑物理指標(biāo)主要差異在軟化點(diǎn)和熔體質(zhì)量流動(dòng)速率?？管囖H劑A的熔體質(zhì)量流動(dòng)速率僅為0.48g/10min，而抗車轍劑B的熔體質(zhì)量流動(dòng)速率達(dá)到3.51g/10min，是樣品A的7.3倍?？管囖H劑A的軟化點(diǎn)比B高16.5℃。

表6 A和B兩種品牌的抗車轍劑物理性能

2.2 抗車轍劑與石料的拌和粘附性

為評(píng)價(jià)抗車轍劑的作用效果，觀察抗車轍劑與石料的相互作用，在實(shí)驗(yàn)室模擬進(jìn)行抗車轍劑與石料的粘附性試驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：

(1)將中面層AC-20混合料用石灰?guī)r集料篩分、水洗、烘干，得到潔凈的5～10mm的集料兩份，放入190℃的烘箱加熱5h以上。

(2)將抗車轍劑A和B按照工程添加量與預(yù)熱的集料分別拌和，在拌和鍋內(nèi)攪拌90s后放在干凈的盤子里，觀察抗車轍劑與石料的狀態(tài)。

將抗車轍劑A和B分別與石料拌和，選取具有代表性的石子?？管囖H劑A與石料拌和后狀態(tài)見圖1，抗車轍劑B與石料拌和后狀態(tài)見圖2。

圖1 抗車轍劑A與石料拌和后狀態(tài)

圖2 抗車轍劑B與石料拌和后狀態(tài)

從圖1可知，抗車轍劑A與石料進(jìn)行拌和，在高溫集料的攪拌作用下，會(huì)發(fā)生軟化變形，但是還難以拉絲達(dá)到加筋的效果。只是通過嵌擠作用，具有可塑變形的抗車轍劑A夾雜在幾塊集料的縫隙中，對(duì)瀝青混合料的孔隙起到填充作用，同時(shí)作為某一種粒徑的彈性集料起到恢復(fù)變形的作用，但并未起到加筋的作用。從圖2抗車轍劑B與石料拌和后狀態(tài)可知，抗車轍劑B發(fā)生明顯的拉絲加筋現(xiàn)象，在集料骨架內(nèi)相互之間接枝交叉連在一起而形成纖維立體網(wǎng)狀加筋作用。一根抗車轍劑絲將幾塊石料粘結(jié)在一起，冷卻以后，相互之間很牢固。說明抗車轍劑B主要通過加筋作用，達(dá)到對(duì)瀝青混合料性能提升的目的。

2.3 摻入抗車轍劑的瀝青混合料性能試驗(yàn)

2.3.1車轍試驗(yàn)

表7 車轍試驗(yàn)結(jié)果

摻入抗車轍劑最大的作用就是提高瀝青混合料的抗車轍變形能力。車轍試驗(yàn)是我國目前評(píng)價(jià)瀝青混合料高溫性能的主要方法。表7結(jié)果表明：普通AC-20瀝青混合料60min變形平均達(dá)到4.565mm，動(dòng)穩(wěn)定度為994次/mm。A和B兩種抗車轍劑的摻入，均提高動(dòng)穩(wěn)定度并減少60min變形?？管囖H劑A的加入使60min變形降低了50.7%，抗車轍劑B降低了59.4%。

抗車轍劑A瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度為4271次/mm，滿足工程設(shè)計(jì)不小于4000次/mm的要求。抗車轍劑B瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度達(dá)到9231次/mm，遠(yuǎn)高于抗車轍劑A。結(jié)合之前試驗(yàn)結(jié)果，主要是由于抗車轍劑B低的軟化點(diǎn)和高的熔體質(zhì)量流動(dòng)速率，使其對(duì)瀝青更好地改性。并且在混合料拌和過程中拉絲加筋形成空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在動(dòng)荷載的作用中，吸收一部分應(yīng)力減少變形。而抗車轍劑A僅依靠嵌擠填充作用，在空間內(nèi)與石料呈點(diǎn)面狀接觸，未能形成整體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因而其動(dòng)穩(wěn)定度要低一些。

2.3.2低溫彎曲試驗(yàn)

表8 小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果

采用-10℃低溫小梁彎曲試驗(yàn)作為瀝青混合料低溫抗裂性能的評(píng)價(jià)方法。表8結(jié)果表明：A和B兩種抗車轍劑的摻入，破壞強(qiáng)度、彎曲勁度模量、破壞應(yīng)變均提高，滿足工程設(shè)計(jì)改性瀝青混合料的指標(biāo)?？管囖H劑A的加入使三種指標(biāo)分別提高了12.1%、5.03%、16.15%，抗車轍劑B提高了17.6%、7.37%、17.4%。且兩種抗車轍劑對(duì)瀝青混合料低溫性能的改善作用相當(dāng)，并無較大差別。

相關(guān)研究表明，瀝青膠結(jié)料自身的低溫性能對(duì)瀝青混合料整體的低溫開裂影響很大。同車轍試驗(yàn)作用機(jī)理一樣，抗車轍劑B拉絲加筋的作用雖然優(yōu)于抗車轍劑A嵌擠填充的作用，但是抗車轍劑對(duì)瀝青改性作用后其膠結(jié)料自身低溫性能亦有一定的損失，即摻入抗車轍劑A和B的瀝青混合料呈現(xiàn)等同的低溫性能。

2.3.3水穩(wěn)定性試驗(yàn)

表9 凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

選用凍融劈裂試驗(yàn)作為瀝青混合料水穩(wěn)定性能的評(píng)價(jià)方法。表9結(jié)果表明：A和B兩種抗車轍劑的摻入，瀝青混合料的凍融、未凍融劈裂抗拉強(qiáng)度都有所提高，殘留強(qiáng)度比TSR大于90%，遠(yuǎn)高于規(guī)范和工程設(shè)計(jì)的要求。且摻入抗車轍劑的凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比普通瀝青混合料的未凍融劈裂抗拉強(qiáng)度都要高，說明抗車轍劑對(duì)改善瀝青混合料的抗水損害性能有明顯作用。

抗車轍劑A和B的加入，均使得基質(zhì)瀝青變粘變稠，有利于瀝青與石料之間的粘附作用。同時(shí)抗車轍劑A作為彈性單一粒徑顆粒，嵌擠在石料中間，減少瀝青混合料內(nèi)部的孔隙，或者將內(nèi)部孔隙局部隔斷，使得水分難以進(jìn)入瀝青混合料中，提高整體抗水損害性能。而抗車轍劑B拌和后形成的空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，將石料拉絲加筋連接在一起，成為彼此粘結(jié)力很大的整體，提升混合料的抗拉抗裂強(qiáng)度，達(dá)到提高水穩(wěn)定性能的效果。

3 結(jié)語

(1)本次對(duì)兩種抗車轍劑進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)研究，可以為有關(guān)實(shí)體工程選取抗車轍劑提供科學(xué)參考?？管囖H劑A和B作用機(jī)理不同，且B綜合性能要優(yōu)于A。

(2)抗車轍劑對(duì)瀝青混合料高溫、低溫、水穩(wěn)定性能具有改善作用。車轍試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)表明抗車轍劑B性能優(yōu)于A。低溫彎曲試驗(yàn)二者性能相當(dāng)，并無較大差別?？管囖H劑B比A具有高的熔體質(zhì)量流動(dòng)速率和低的軟化點(diǎn)，與石料拌和后會(huì)發(fā)生明顯的拉絲加筋現(xiàn)象，在集料骨架內(nèi)搭橋交接形成立體網(wǎng)狀，具有加筋作用。而抗車轍劑A只會(huì)發(fā)生軟化變形，只是起到嵌擠作用和恢復(fù)變形的作用，但并未起到加筋的作用。