摻加抗車轍劑的中面層配合比設計

馬光磊

(陜西省高速公路建設集團公司)

1 概 述

目前隨著交通量的急劇增加，如何從路面結構設計方面提高路面使用質量顯得尤為重要?，F有研究提出全壽命路面結構設計方法，以層位分工理論為基礎，上面層為表面功能層，主要考慮的性能為抗低溫縮裂、抗車轍、抗水損和抗滑;中面層為主抗車轍區;下面層為主抗疲勞區。中面層在設計時著重考慮抗車轍性能，這是由于一方面根據力學計算，在車輛動荷載作用下，瀝青路面最大水平剪應力一般發生在道路表面以下7 ～8 cm 的位置，正好處于中面層的位置;另一方面根據夏季瀝青路面溫度分布，路表附近的瀝青混合料的溫度最高。通過摻加抗車轍劑來提高瀝青混合料的動穩定度，能夠有效地提高路面結構的承載能力，避免瀝青路面由于失穩或變形導致車轍現象出現。

2 原材料技術性質

2.1 瀝青

本試驗中采用殼牌70#瀝青，瀝青的技術性質詳見表1，均滿足相關要求。

表1 基質瀝青與SBS 改性瀝青主要技術性質指標

2.2 集料

為了提高集料間的嵌擠力，選擇集料時選擇些有棱角的近似立方體集料。采用的粗集料為輝綠巖，細集料為河砂，具體技術指標詳見表2，滿足相關規定。礦粉為石灰巖磨制的石粉，表觀密度為2.693 g/cm3。輝綠巖的粘附性等級為4 級，滿足規范要求。

表2 集料技術性質指標

2.3 抗車轍劑

采用的抗車轍劑為黑色顆粒狀固體，具體技術性質詳見表3?？管囖H劑在實驗過程中，先與集料拌和均勻后，再加入瀝青拌和，試驗室中干拌時間增加10 s。實際工程中可根據具體情況適當增加拌和時間。

表3 抗車轍劑的技術性質

3 配合比設計

3.1 級配選擇

中面層級配通常采用中粒式級配，采用AC －20 進行設計，級配通過百分率如表4 所示，級配曲線如圖1 所示。

表4 級配通過百分率 %

圖1 AC－20 合成級配曲線

一般來說，隨著空隙率的降低，混合料的動穩定度會升高，抵抗變形的能力會增加。但空隙率也不可過低，在添加抗車轍劑的混合料中，適當的空隙可以由熔融的抗車轍劑填充，增加混合料的變形能力。因此進行級配選擇時，混合料的空隙率不宜過高，亦不宜過小，一般介于4% ～5%。

3.2 最佳瀝青用量

瀝青用量對混合料高溫穩定性的影響很大，需根據實際情況合理的確定瀝青用量，對于夏季溫度較高的地方，在最佳瀝青用量的基礎上減少0.1% ～0.5%瀝青用量。

實驗中根據經驗選擇五個油石比，分別為3. 4%、3.8%、4.2%、4.6%及5.0%。采用上述級配進行試驗，試驗結果如表5 所示。

表5 不同油石比下瀝青混合料馬歇爾試驗結果

瀝青混合料油石比過小，空隙率較大，造成壓密型車轍的可能性會增加，因此油石比不宜過小。隨著瀝青用量增加，瀝青混合料壓密的時間減小，剪切破壞的時間越早。在油石比較高的情況下，車轍曲線沒有明顯的階段性，變形會不斷增大。從抗車轍的角度來講，為了避免瀝青混合料的剪切變形，油石比一般不宜過大，考慮實際情況，綜合密度、流值、穩定度等方面的因素，選擇最佳瀝青用量為4.3%。

3.3 路用性能驗證

按照已確定的級配和最佳油石比，對瀝青混合料的路用性能進行驗證。試驗包括動穩定度試驗、浸水殘留穩定度試驗以及室內滲水試驗，各項試驗結果見表6。與規范對比，各項試驗測試結果滿足要求，所選擇的的級配和最佳瀝青用量合適。

表6 路用性能檢測結果

4 確定抗車轍劑劑量

抗車轍劑的改善機理是抗車轍劑在高溫熔融狀態下，進一步填充集料的空隙，加強混合料之間的嵌擠作用，同時具有一定的勁度，增強瀝青膠漿的粘結作用，同時改善路面彈性變形性能以增強路面的整體穩定性。在前述確定的級配和最佳瀝青用量的基礎上，需進一步確定合適的抗車轍劑劑量。

在確定的最佳級配和油石比下，改變抗車轍劑的劑量來試拌瀝青混合料，成型試件并進行相關試驗。根據實際情況選擇抗車轍劑的摻量分別為0.3%、0.5%和0.6%，路用性能試驗結果如表7 所示。

表7 不同抗車轍劑摻量瀝青混合料路用性能檢測結果

從表7 中能夠看出，通過添加抗車轍劑能夠有效地提高瀝青混合料的動穩定度，增加混合料的高溫穩定性。當抗車轍劑劑量為0.3%時，動穩定度較未摻加抗車轍劑瀝青混合料增加了1 倍左右，說明抗車轍劑能夠進一步增強瀝青與集料的粘結性能，填充瀝青混合料的空隙，增加瀝青混合料整體穩定性。對比抗車轍劑摻量為0.3%、0.5%和0.6%的動穩定度的數值，可以看出，隨著抗車轍劑的摻量增加瀝青混合料的動穩定度增加。這說明隨著劑量的增加，抗車轍劑填充瀝青混合料的空隙更充實，降低了變形的可能性。

從表6 中可以看出，抗車轍劑摻量發生變化時，瀝青混合料的破壞應變、殘留穩定度變化幅度不大，凍融劈裂強度比雖有所上升，但相差不大。這說明抗車轍劑對瀝青混合料的低溫性能有所改善，但改善幅度不大。

一般抗車轍劑的價格過高，從經濟的角度考慮最終選擇抗車轍劑的劑量為0.6%，此時能夠達到較好的路用效果，成本相對合理。

5 結 語

通過在中面層瀝青混合料中添加抗車轍劑能夠有效地提高路面結構的強度和穩定性，避免由于承載能力不足發生結構型車轍，或由于路面材料失穩，在剪切力作用下發生的橫向蠕變位移。在進行級配選擇時，混合料的空隙率不宜過大，一般介于4% ～5%。最佳瀝青用量選擇時需根據實際情況進行考慮，夏季溫度較高的地區，瀝青用量需適當降低，但不宜過低，避免造成空隙率過大，產生壓密型車轍。從瀝青混合料路用性能和經濟性綜合考慮，最終確定抗車轍劑的摻加量為0.3%。

［1］沙慶林.高速公路瀝青路面早期破壞現象及預防［M］. 北京:人民交通出版社，2001.

［2］王輝.重載高溫區瀝青路面結構與材料研究［D］. 長沙:中南大學博士論文，2008.

［3］李志遠.西銅高速全壽命周期瀝青路面設計方法研究［D］. 西安:長安大學碩士論文，2011.