CZW抗車轍劑改性瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)與性能研究

陳志毅, 嚴(yán) 超, 方 楊

(1.公路交通安全與應(yīng)急保障技術(shù)及裝備交通運(yùn)輸行業(yè)研發(fā)中心，廣州 510420；2.廣東華路交通科技有限公司，廣州 510420)

0 引言

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速增長，汽車數(shù)量的大幅增加，尤其是重載、超載車輛數(shù)量快速增長，導(dǎo)致公路達(dá)不到設(shè)計(jì)壽命就發(fā)生損壞，部分公路甚至建完初期就出現(xiàn)了車轍等早期病害，加之廣東省特有的濕熱氣候，雨水較多，車轍病害結(jié)合水損害嚴(yán)重影響了瀝青路面的使用性能及行車安全[1～2]。公路瀝青路面比較常見的車轍類型可以分為以下幾種[3]：(1)結(jié)構(gòu)性車轍；(2)失穩(wěn)性車轍或者流動(dòng)性車轍；(3)磨耗性車轍；(4)壓密形變。改善瀝青路面早期易出現(xiàn)車轍等問題，除了調(diào)整路面結(jié)構(gòu)及原材料等措施以外，通過添加抗車轍劑等高聚合物對(duì)瀝青混合料進(jìn)行改性也是常用方法之一[4]。

目前市面上抗車轍劑外加劑種類繁多，對(duì)瀝青混合料的性能提升效果也是各有不同，針對(duì)特殊氣候、交通荷載環(huán)境的瀝青路面的高溫抗車轍性能并未取得更有效的提升效果，甚至部分抗車轍劑一味改善混合料的高溫抗車轍性能，忽略了混合料的水穩(wěn)定性、低溫抗裂等其他路用性能[5]。因此，針對(duì)廣東地區(qū)在高溫重載條件下的瀝青路面易出現(xiàn)車轍、推移擁包等早期損壞，尤其是長大陡坡段的路面車轍等病害，本文對(duì)比研究了70號(hào)普通瀝青混合料、SBS改性瀝青混合料和CZW抗車轍劑改性瀝青混合料的路用性能。

1 原材料

1.1 瀝青

瀝青為殼牌(佛山)有限公司生產(chǎn)的70號(hào)普通瀝青和SBS改性瀝青。瀝青檢測指標(biāo)見表1和表2。從表中可以得出，70號(hào)普通瀝青和SBS改性瀝青均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)[6]要求。

表1 70號(hào)瀝青檢測指標(biāo)

續(xù)表1

10℃延度/cm ≥1524.2軟化點(diǎn)(R&B)/℃≥4647.5閃點(diǎn)/℃≥26033525℃相對(duì)密度實(shí)測記錄1.03560℃動(dòng)力黏度/(Pa·s)≥180191旋轉(zhuǎn)薄膜加熱后殘留物質(zhì)量變化/(%)-0.8～+0.8-0.044殘留針入度比/(%)≥6175.010℃殘留延度/cm≥66.315℃殘留延度/cm實(shí)測記錄35.9

表2 SBS改性瀝青檢測指標(biāo)

1.2 集料

采用廖坑石場生產(chǎn)的粗集料，集料規(guī)格分別為S9(10～20mm)、S12(5～10mm)、S14(3～5mm)碎石；細(xì)集料采用廖坑石場生產(chǎn)的S16(0～3mm)石屑。粗、細(xì)集料的密度和篩分詳見表3和表4。

表3 粗、細(xì)集料密度試驗(yàn)結(jié)果

表4 粗、細(xì)集料篩分試驗(yàn)結(jié)果

1.3 填料

填料采用從化呂田礦粉，密度和篩分試驗(yàn)結(jié)果見表3和表4。

1.4 抗車轍劑

抗車轍劑采用CZW抗車轍劑，摻量為70號(hào)普通瀝青混合料質(zhì)量的0.4%。

2 瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)

2.1 礦料級(jí)配設(shè)計(jì)

本文采用馬歇爾設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)CZW抗車轍劑改性瀝青混合料配合比時(shí)，重點(diǎn)考慮瀝青混合料的抗高溫、抗水損害等性能，在廣東省特有的氣候、交通特征基礎(chǔ)上，結(jié)合已有經(jīng)驗(yàn)，選取最優(yōu)方案。礦料篩分及合成級(jí)配見表5。

表5 GAC-20瀝青混合料礦料篩分及合成級(jí)配

2.2 馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

CZW抗車轍劑改性瀝青混合料成型溫度按照改性瀝青混合料規(guī)范成型溫度，不同油石比下，CZW抗車轍劑改性瀝青混合料的馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

表6 CZW抗車轍劑改性瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

2.3 瀝青最佳用量

由表6中的瀝青用量與各項(xiàng)馬歇爾指標(biāo)的關(guān)系可得曲線，如圖1所示。

圖1 GAC-20抗車轍劑改性瀝青混合料配合比確定瀝青用量

根據(jù)曲線圖可知，密度最大值、穩(wěn)定度最大值、目標(biāo)空隙率(4.3%)以及飽和度范圍中值對(duì)應(yīng)的瀝青用量分別為a1=4.72%、a2=4.10%、a3=4.20%、a4=4.30%。

其中，OACmin=4.10%，OACmax=4.60%；

OAC1=(a1+ a2+a3+a4)/4=4.33%；

OAC2=(OACmin+OACmax)/2=(4.10%+4.60%)/2=4.35%；

OAC=(OAC1+OAC2)/2=(4.33%+4.35%)/2=4.34%；

即最佳瀝青含量為4.34%，最佳油石比為4.54%，取整為4.5%。

2.4 最佳油石比馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

最佳油石比4.5%下馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果見表7。由表7可見，設(shè)計(jì)制備的CZW抗車轍劑改性瀝青混合料馬歇爾各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。

表7 最佳油石比馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

3 性能對(duì)比試驗(yàn)

3.1 高溫穩(wěn)定性

相關(guān)規(guī)范規(guī)定，瀝青混合料高溫性能采用車轍試驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)評(píng)價(jià)，車轍試驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)為動(dòng)穩(wěn)定度[7]。但由于全國不同地區(qū)氣候及交通荷載差別很大，尤其廣東地處濕熱地區(qū)，夏季路面溫度高達(dá)70℃以上，越來越多的重型車輪胎接地壓強(qiáng)高達(dá)0.9MPa以上，僅僅采用規(guī)范中車轍試驗(yàn)條件(壓強(qiáng)0.7MPa，溫度60℃)并不能全面判定當(dāng)?shù)貫r青混合料的抗車轍性能。為更有效地評(píng)價(jià)廣東濕熱重載地區(qū)瀝青混合料的高溫抗車轍性能，在規(guī)范車轍試驗(yàn)條件下，增加另外兩種試驗(yàn)條件：浸水車轍試驗(yàn)(0.7MPa，60℃)和高溫重載車轍試驗(yàn)(0.9MPa，70℃)。車轍試驗(yàn)結(jié)果見表8。

表8 車轍試驗(yàn)結(jié)果

由表8可以看出，在規(guī)范車轍試驗(yàn)條件下，70號(hào)普通瀝青混合料、SBS改性瀝青混合料和CZW抗車轍劑改性瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度均符合規(guī)范要求，且CZW抗車轍劑改性瀝青混合料車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度符合《瀝青混合料改性添加劑 第1部分：抗車轍劑》(JT/T 860.1-2013)技術(shù)要求(0.3%抗車轍劑摻量≥6 000次/mm)[8]；在浸水車轍試驗(yàn)條件下，CZW抗車轍劑改性瀝青混合料的車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度符合JT/T 860.1-2013技術(shù)要求(≥6 000次/mm)；在高溫重載車轍試驗(yàn)條件下，CZW抗車轍劑改性瀝青混合料的車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度達(dá)3 848次/mm，接近JT/T 860.1-2013技術(shù)要求(≥4 500次/mm)。

三種瀝青混合料在不同車轍試驗(yàn)條件下的動(dòng)穩(wěn)定度差別較大，在規(guī)范車轍試驗(yàn)條件下，CZW抗車轍劑改性瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度是70號(hào)普通瀝青混合料的6倍，與SBS改性瀝青混合料相當(dāng)；在浸水車轍試驗(yàn)條件下，CZW抗車轍劑改性瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度是70號(hào)普通瀝青混合料的7.3倍，是SBS改性瀝青混合料的0.8倍；在高溫重載車轍試驗(yàn)條件下，CZW抗車轍劑改性瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度是70號(hào)普通瀝青混合料的13倍，是SBS改性瀝青混合料的1.3倍。

綜合而言，在高溫抗車轍性能上，CZW抗車轍劑改性瀝青混合料>SBS改性瀝青混合料>70號(hào)普通瀝青混合料。

3.2 水穩(wěn)定性

采用浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)對(duì)瀝青混合料的抗水穩(wěn)定性能進(jìn)行評(píng)價(jià)研究[9]。其中浸水馬歇爾試驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)為殘留穩(wěn)定度=浸水48h穩(wěn)定度/浸水0.5h穩(wěn)定度×100%；凍融劈裂試驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)為殘留強(qiáng)度比=凍融循環(huán)后劈裂抗拉強(qiáng)度/未凍融循環(huán)劈裂抗拉強(qiáng)度×100%。結(jié)果分別見表9和表10。

由表9和表10可知，CZW抗車轍劑改性瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度、殘留強(qiáng)度比分別為94.5%、88.8%，均滿足規(guī)范要求，與70號(hào)普通瀝青混合料和SBS改性瀝青混合料水穩(wěn)定性能相當(dāng)。

表9 浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果

表10 凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)論

(1)浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果表明，CZW抗車轍劑改性瀝青混合料具有良好的水穩(wěn)定性，殘留穩(wěn)定度、殘留強(qiáng)度比分別為94.5%、88.8%，與SBS改性瀝青混合料水穩(wěn)定性能相當(dāng)。

(2)車轍試驗(yàn)結(jié)果表明，CZW抗車轍劑改性瀝青混合料的高溫性能較好，添加CZW抗車轍劑可大幅提高70號(hào)普通瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能，與SBS改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能相當(dāng)。尤其在高溫重載條件下，CZW抗車轍劑改性瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度是70號(hào)普通瀝青混合料的13倍；是SBS改性瀝青混合料的1.3倍。

(3)CZW抗車轍劑改性瀝青混合料路用性能良好，尤其適用于高溫多雨、重載交通等特殊地區(qū)，具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。