一種新型抗車轍劑的性能研究

尤 強

（上海浦東路橋建設股份有限公司，上海市 201210）

0 前言

隨著我國社會經濟和交通運輸事業的快速發展，道路交通量和軸載不斷增加，交通渠化現象越來越明顯，這些因素的變化，使瀝青路面出現了抗車轍能力不足和過早的初期破壞問題，在我國炎熱高溫地區，瀝青路面的車轍病害尤其嚴重。據調查，我國高速公路返修或罩面的原因中，因車轍病害引起的占80%以上，有的高速公路甚至出現車轍銑刨加鋪兩年后又出現明顯車轍病害的現象，這給社會和經濟都帶來了巨大的損失。

路面出現車轍的原因有多種，最直接的原因就是瀝青混合料穩定性不足而引起的塑性變形。針對該原因國內外研制出了用于提高瀝青混合料的抗車轍能力的專用抗車轍劑，比如法國PR PLASTS、德國路孚8000、德國Duroflex以及國產PE、RA等，抗車轍劑的加入很大程度上改善了瀝青混合料的高溫強度和穩定性。然而現有抗車轍劑幾乎都存在一個弊端：只注重抗車轍能力，忽視甚至犧牲混合料的低溫抗裂性。本文將研究一種新型的抗車轍劑LQ，評價其一定摻量下的動穩定度變化，和低溫抗彎拉能力的變化，并對其改性機理進行分析。為進行對比，將分別制作普通瀝青混合料、改性瀝青混合料和LQ瀝青混合料。

1 原材料

結合料：SK70#；級配類型：AC-13；集料：石灰石，其技術指標全部符合《公路瀝青路面施工技術規范》的要求。抗車轍劑：LQ；摻量：0.4%（占混合料）；LQ抗車轍劑呈黑色、固體、扁圓顆粒狀，顆徑3～4 mm，見表 1～表 3。

表1 SK70#瀝青指標

表2 SBS改性瀝青指標

表3 LQ物理指標

2 配合比設計

摻加LQ抗車轍劑的瀝青混合料設計方法與普通瀝青混合料的配合比設計方法完全相同，當摻量較高時（大于0.6%）可適當增加用油量。

AC-13設計級配見表4及圖1。

該級配下，根據空白樣試驗測定最佳用油量，通過試驗研究和分析，確定混合料的最佳用油量為4.6%，相應的空隙率為3.55%。分別制作基質瀝青混合料、改性瀝青混合料和加入抗車轍劑（0.4%）的瀝青混合料，對比其性能指標，其中基質瀝青混合料拌合溫度為160℃，壓實溫度為140℃，其余兩種均為180℃拌合，160℃壓實。

3 試驗結果與分析

（1）馬歇爾體積參數

馬歇爾試驗是將瀝青混合料制成直徑為101.6mm、高為63.5 mm的圓柱體試件，在60℃高溫下采用規定的馬歇爾穩定度試驗儀，以50 mm/min±5 mm/min的加載速率進行加載，測定試件破壞前所能夠承受的最大荷載及相應的變形，分別為馬歇爾穩定度和流值，馬歇爾穩定度越大、流值越小，說明瀝青混合料的高溫性能越好。對三種混合料進行體積指標和馬歇爾指標的測試，見表5。

表4 AC-13瀝青混合料設計級配范圍

圖1 AC-13合成級配曲線圖

表5 三種AC-13混合料馬歇爾體積指標

從表5看出，在同等瀝青用量的情況下，三種瀝青混合料VV、VFA、VMA均滿足規范要求，LQ混合料的穩定度明顯高于其余兩種，且流值更小，說明LQ抗車轍劑能夠提高瀝青混合料的高溫穩定性。

另外隨著LQ摻量的提高，，混合料的馬歇爾穩定度有明顯提升，相應的流值降低，當摻量達到0.6%時兩者的幅度趨于平緩，見圖2。

圖2 不同摻量下LQ瀝青混合料馬歇爾指標的變化

（2）動穩定度

車轍試驗試件室內成型采用輪碾，試件長300 mm，寬 300 mm，厚 50 mm，試驗溫度為 45℃或 60℃，試驗輪對試驗板的壓強為 0.7 MPa±0.05 MPa，試驗過程記錄繪制時間-變形曲線，通過試驗可得到規定時間范圍內的動穩定度DS。本研究采用60℃的試驗溫度，0.7 MPa的輪壓對瀝青混合料的動穩定度進行試驗。試驗結果見表6。

表6 三種混合料動穩定度數據比較

由表6得出，AC-13+0.4%LQ混合料的動穩定度要大于改性瀝青混合料，且遠遠高于普通瀝青混合料，隨著LQ摻量的增加動穩定度呈上升趨勢，見圖3。

圖3 不同摻量下LQ瀝青混合料動穩定度變化

（3）低溫彎拉性能

通過低溫彎曲試驗來評價LQ抗車轍劑對混合料低溫性能的影響。

按照混合料試驗規程T0715-1993規定，采用MTS材料試驗機進行試驗，試驗溫度-10±0.5℃，加載速率 50 mm/min。試驗結果分析見表7。

表7 三種混合料的低溫彎曲性能對比

由表7得出，改性瀝青混合料的低溫彎曲性能要高于普通瀝青混合料，加入LQ抗車轍劑后，混合料的低溫性能有所提升，這有別于其他抗車轍劑。

4 機理分析

LQ抗車轍劑是一種直投式產品，對瀝青改性過程為二階熱混方式的三元共混體系，即改性歷經兩個階段完成。一階熱混是LQ直投式抗車轍劑成品的形成過程。先將各組分共混，通過鏈段交換和分子間力等作用，形成一種連續相的、穩定的網狀結構。LQ在與瀝青共混改性之前就已經形成了均勻致密的網狀結構，無需再進行長時間的高速剪切，為改性過程能夠容易完成創造了條件。二階熱混是LQ抗車轍劑對瀝青的改性，由于LQ中所含聚合物均保持了一定的溶脹狀態，使其進一步溶脹變得更加容易，所含相關輔料在改性過程較高的溫度狀態下，具有加速熔融及提高熔體流動性能的作用，使LQ在改性過程中能夠快速熔融、溶脹、稀釋、均勻分散，具備了在拌和過程中足夠短的時間內完成瀝青改性的熱力學條件。

LQ抗車轍劑特殊的改性機理促使其在混合料中與集料、瀝青形成穩固的橋接作用，主要表現在以下幾方面：

（1）應用特點

抗車轍劑LQ拌和時首先與集料干拌，熔融于集料表面，加入基質瀝青，在拌合過程中，完成對瀝青的改性。

（2）改性作用

抗車轍劑LQ易溶融、易分散，可操作性強，大幅度提高瀝青軟化點、60度粘度，改善瀝青對溫度的敏感性。

（3）變形恢復作用

抗車轍劑LQ含有足夠的彈性成分，在較高溫度時具有優異的抗車轍性能和彈性恢復性能，即降低了瀝青路面使用過程中的永久變形。

（4）低溫性能

抗車轍劑LQ在低溫條件下具有較好的柔韌性、低溫抗裂性。

5 結論

（1）摻加LQ抗車轍劑，在瀝青用量不變的情況下，混合料的馬歇爾指標得到提升，并且隨著摻量的提高而提高。當摻量達到6%以上時，變化趨于平緩。

（2）摻加LQ抗車轍劑對混合料的動穩定度指標提高很大，當摻量達到0.3%時，其動穩定度便超過改性瀝青混合料，并且隨著摻量的提高二提高。

（3）摻加LQ抗車轍劑對混合料的低溫彎曲性能起到正面效果，與平常抗車轍劑不同，LQ瀝青混合料的低溫彎曲應變要高于相應改性瀝青，且超過規范要求。

（4）LQ抗車轍劑可以應用在普通交通和重載交通路面，避免路面早期車轍破壞，延長服務壽面。

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