抗車轍劑在G107孝感段大修工程中的應用研究

潘 蘇，易曉衛

(1.湖南路橋建設集團，湖南長沙 410004;2.湖北省孝感市公路局，湖北孝感 432100)

0 前言

近年來，隨著我國經濟的飛速發展，我國的道路建設事業也取得了輝煌的成績。但是，由于我國的道路建設事業起步相對較晚，跟早已騰飛幾十年的經濟相比，在一定程度上不能滿足經濟增長對道路的需求。而我國由于國情，大多數的高速公路都是采用瀝青混凝土面層加半剛性基層的結構形式。在重載交通、渠化交通和近年來夏季持續高溫的綜合影響下，越來越多的瀝青路面因為車轍而被破壞。所以增強路面的抗車轍性能已成為一個有效延長道路使用壽命的方法。

所謂車轍是指在溫度較高的季節，在行車載荷重復作用下，瀝青面層的各個層次在車輛的反復碾壓下產生永久變形和塑性流動而逐漸形成的累積變形。車轍對路面的危害比較大，其降低了路面平整度，當車轍達到一定深度后，由于車轍內積水，極易發生汽車飄滑而導致交通事故。因而對車轍的防治已成為公路建設中一個急需解決的技術難題。

車轍的形成主要是以下幾個方面造成的:一是在道路施工過程中，對基層和下臥層沒有壓實充分，在道路使用過程中，不斷在車輛荷載的作用下而繼續密實，從而在結構上產生剪切破壞，形成結構性車轍;二是由于瀝青混合料熱穩定性不足，礦料級配不好，細集料偏多，集料未形成嵌鎖結構等諸多原因造成的瀝青層的強度不夠，在車輛荷載下，尤其是在夏季高溫時，極易產生流動性車轍。對于前者，可以通過提高路基和基層的施工質量，嚴格控制路基和基層的施工工藝來有效預防路面的結構性車轍問題;而對于后者，則可以從提高瀝青混合料的熱穩定性、改善礦料級配使之形成嵌鎖結構和摻加外加劑來提高瀝青層的強度等方面著手解決瀝青混合料的。近年來，在我國開始推廣使用在瀝青混合料中摻加抗車轍劑的方法來增強瀝青混合料的抗車轍性能。

1 抗車轍劑的工作原理

抗車轍劑之所以能夠起到提高瀝青路面的抗車轍能力，主要是因為抗車轍劑在熔于瀝青混合料后，在骨料的表面形成空腔狀微粒群，使骨料的粘性增強，骨料之間間隙被顆粒填充，瀝青的性能得到改善，從而使得瀝青混合料的綜合性能得到提高。具體而言，主要原理如下。

1.1 加筋作用

抗車轍劑和熱骨料混合后，在骨料和瀝青形成聚合體時，和纖維素在瀝青混合料膠結料中形成網狀結構，這種聚合物結構具有整體性和骨架性，加強了瀝青混合料中骨料和瀝青的相互作用力和整體性。這就是抗車轍劑的加筋作用。

1.2 改性作用

抗車轍劑在加入后，在瀝青凝固之前，一直處于一種持續穩定的分散狀態，在路面固結成型后，形成了一種高強度的固化結構，這種結構較未添加抗車轍劑的瀝青混合料的彈性、軟化點、溫度敏感性和粘性都得到了提高，從而使得瀝青混合料的溫度穩定性和瀝青混合料直接的結構穩定性得到提高。這就是抗車轍劑的改性作用。

1.3 嵌擠作用

抗車轍劑在加入瀝青混合料中后，被軟化成微顆粒分散到瀝青混合料中，而后這些微顆粒在碾壓過程中再次熱成型，使得集料骨架中的空隙被填充了，從而使瀝青混合料的骨架結構得到了增強，同時降低了成型路面的滲透性。這就是抗車轍劑的嵌擠作用。

本文為檢驗抗車轍劑對瀝青混合料的路用性能的影響，將結合G107孝感段大修工程中面層材料和級配，選用車轍王抗車轍劑，對添加不同比例的車轍王抗車轍劑的AC—13上面層瀝青混合料的路用性能進行研究。

2 原材料試驗及配合比設計

2.1 瀝青

本文根據《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40－2004)，結合湖北省的工程實際情況，對選用的70號A級道路石油瀝青進行了檢測，相關的技術要求和檢測結果如表1。

表1 瀝青技術指標

2.2 集料

本文結合工程實際情況，采用江蘇省鎮江玄武巖碎石，參照《北京市道路瀝青路面抗車轍設計施工指導意見》中對集料的要求，對集料進行了相關檢測，具體檢測結果如表2。

表2 粗集料的技術要求和檢測結果

2.3 抗車轍劑

本文中，采用的抗車轍劑的品種為車轍王抗車轍劑，車轍王抗車轍劑的技術要求和檢測結果具體如表3所示。

表3 抗車轍劑的技術要求和檢測結果

3 配合比設計

本文根據G107孝感段大修工程的實際情況，選用玄武巖碎石作為瀝青混合料的骨料，骨料采用3 擋級配，即:A(9.5 ～16 mm)，B(4.75 ～9.5 mm)，C(0～4.75 mm)和礦粉。結合相關的設計規范，所得級配結果如表4，配合比設計曲線如圖1。

根據馬歇爾配合比設計方法，選取4組瀝青用量，進行馬歇爾試驗，試驗結果如表5，通過馬歇爾配合比設計法，最終確定最佳瀝青用量為5.4%。具體設計結構如表6。

表4 礦料級配組成設計結果 %

續表4 礦料級配組成設計結果

圖1 配合比設計曲線

表5 超薄磨耗層馬歇爾試驗結果

表6 瀝青混合料配合比設計結果

4 路用性能驗證

按照上面的配合比設計結果，以5.4%的瀝青含量，分別摻加 0，0.2%，0.4%，0.6% 的車轍王抗車轍劑和選用70號A級SBS石油改性瀝青，制作5組瀝青混合料的試件，每組試件分別編號為1、2、3、4、5。按照規范規定的方法對瀝青混合料進行相關的試驗檢測，然后分析比較摻加車轍王抗車轍劑和SBS的瀝青混合料的路用性能。

4.1 高溫穩定性

目前我國評價高溫穩定性的方法有馬歇爾穩定度試驗和車轍試驗。按照規定的方法對瀝青混合料試件進行檢測，所得標準馬歇爾試驗結果如表7。

表7 馬歇爾試驗結果

從上面的結果中，可以知道，瀝青混合料中，摻入抗車轍劑后，瀝青混合料的穩定度有顯著提高;相對密度只有少量提升;流值、空隙率和瀝青飽和度變化不大;而SBS改性瀝青的馬歇爾試驗結果和摻加0.2%的抗車轍劑的試驗結果相當。

接著，本文便按照規范規定的方法，如上文所示，制作5組試件，分別對每組試件進行車轍試驗，所得結果如表8。

表8 車轍試驗結果

4.2 低溫抗裂性

根據我國《公路改性瀝青路面施工技術規范》(JTJ 036)規定:評價瀝青混合料的低溫抗裂性可以用－10℃的“瀝青混合料彎曲試驗”方法測定，所得試驗結果如表9。

表9 超薄磨耗層低溫彎曲試驗結果

從上表可以知道，在摻加抗車轍劑后，瀝青混合料的低溫抗裂性并沒有得到顯著提高，也沒有因為抗車轍劑的加入使得瀝青混合料的低溫抗裂性能減小，SBS改性瀝青混合料的改變差異不大。

4.3 水穩定性

如上文所示的方法，制作5組瀝青混合料試件，按照規范規定的方法，對試件進行浸水馬歇爾試驗和凍融循環試驗，所得試驗結果如表10和表11。

表10 浸水馬歇爾試驗結果

表11 凍融劈裂試驗結果

從表10可知，添加車轍王抗車轍劑后，隨著添加的比例增加，浸水30 min的穩定度和浸水48 h后的穩定度均有顯著提高，但是殘留穩定度的增加并沒有因為抗車轍劑的加入而有顯著變化。

從表11可以看出，在添加車轍王抗車轍劑后，凍融前后的劈裂強度都隨著抗車轍劑的加入而有提高，但是殘留強度比并沒有隨著抗車轍劑用量的增加而起到明顯變化，SBS改性瀝青和0.2%的抗車轍劑的效果差不多。可知，抗車轍劑的加入對瀝青混合料的劈裂強度殘余度沒有明顯影響。

5 試驗路的應用

5.1 項目簡介

107國道孝感境內全長75.443 km，起訖樁號為k1125+057～k1200+002，本次大修的路段為k1147+400～k1165+000，為花園南大橋至天紫湖段，原路面為瀝青混凝土路面，路基寬度14 m，路面寬度12 m。本次大修采用的結構內型為:4 cm AC－13上面層+5 cm AC－20下面層，為提高路面的抗車轍性能，上面層加0.2%的抗車轍劑，下面層加0.4%的抗車轍劑。在k1147+400～k1147+500段鋪筑試驗路。

5.2 施工

摻加抗車轍劑的瀝青混合料的運輸、攤鋪、碾壓和普通瀝青混合料的基本相同。不同之處是在生產過程中，需要對每鍋需要的抗車轍劑進行精確計算到1 kg，然后在正常拌合過程中，將精確計算好的抗車轍劑加入到拌和鍋內和集料進行干拌，然后再進行下一步的拌合。其中需要注意的是，摻加抗車轍劑后，需要在普通瀝青混合料的生產基礎上，將拌合時間增加10 s，拌合、攤鋪、碾壓的溫度相對提高10℃ ～15℃。

5.3 經濟效益比較

根據本次試驗路的情況，對采用抗車轍劑和采用SBS改性瀝青的造價進行比對，具體結果如下。

5.3.1 抗車轍劑造價

1)4 cm上面層，抗車轍劑的用量按混合料的2‰摻加，動穩定度設計為3 600次，算式:

抗車轍劑用量:0.04 m ×12 m ×100 m ×2.5 t/m3×2.0‰ =0.24 t;

瀝青用量:0.04 m ×12 m ×100 m ×2.5 t/m3×5.4%=6.48 t。

2)5 cm下面層，抗車轍劑的用量按混合料的4‰摻加，動穩定度設計為6 600次，算式:

抗車轍劑用量:0.05 m ×12 m ×100 m ×2.5 t/m3×4.0‰ =0.6 t;

瀝青用量:0.05 m ×12 m ×100 m ×2.5 t/m3×5.4%=8.1 t;

100 m路面費用:

(0.24 t+0.6 t)×18 000 元/t+(6.48 t+8.1 t)×5 500元/t=15 120元+80 190元=95 310元。

5.3.2 采用SBS改性瀝青造價

采用SBS改性的動穩定指標達到3 000次/mm，摻量達到瀝青用量的5.0% ，SBS按30 000元/t，算式:

(6.48 t+8.1 t)×5.0% ×30 000 元/t=21 870元;

100 m路面費用:21 870元 +80 190元 =102 060元。

從上面的數據可以得知，相同的條件下，達到相同的動穩定度，采用添加抗車轍劑的造價比采用SBS改性瀝青達到相同的動穩定度造價要低。

6 結束語

通過本次室內試驗研究可以得出以下結論:

1)在相同的瀝青用量的條件下，隨著抗車轍劑用量的增加，瀝青混合料的高溫穩定性能夠得到顯著提高，但是，當抗車轍劑的量增加到一定量的時候，瀝青混合料的動穩定度增加的量就不十分明顯。

2)瀝青混合料的低溫抗裂性和抗車轍劑沒有十分明顯的關系。

3)瀝青混合料的水穩定性和隨著抗車轍劑的加入而提高。

4)摻加抗車轍劑的瀝青混合料造價比采用SBS的造價要低，而且效果更好。

總之，抗車轍劑不僅能夠明顯提高瀝青混合料的抗車轍性能，而且不會對其他路用性能指標產生影響，是一種經濟有效的提高路面使用壽命的方法，值得進一步的研究和推廣。

［1］JTG F40－2004，公路瀝青路面施工技術規范［S］.

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