瀝青混合料抗車轍性能改善關鍵技術研究

干旭棟 方 捷

(寧波慈溪市公路建設工程指揮部，浙江 寧波 315000)

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瀝青混合料抗車轍性能改善關鍵技術研究

干旭棟 方 捷

(寧波慈溪市公路建設工程指揮部，浙江 寧波 315000)

結合理論分析與室內試驗方法，對瀝青混合料抗車轍性能改善技術進行了探究，分析了影響瀝青混合料抗車轍性能的關鍵因素，并借鑒Superpave設計方法，以孔隙率為控制指標進行抗車轍瀝青混合料設計，結果表明：當采用性能良好的瀝青與集料、骨架嵌擠型級配及抗車轍劑，并嚴格控制孔隙率時，能夠有效改善瀝青混合料的抗車轍性能。

瀝青路面，混合料，抗車轍性能，配合比設計

隨著我國高等級瀝青混凝土路面的快速發展，高速公路網的不斷完善，各種瀝青路面病害不斷涌現，嚴重影響行車的舒適性與安全性。車轍是瀝青路面常見的病害形式之一，國內外學者對其進行了大量研究。賈其軍[1]對近年來國內學者對瀝青混凝土路面抗車轍性能的研究進行了梳理，并指出了今后研究的方向；朱洪洲等[2]從瀝青混合料角度出發，分析了瀝青路面抗車轍性能的影響因素，并以動穩定度與變形量為指標對瀝青混合料抗車轍性能進行了研究；蔡旭[3]在總結前人研究成果的基礎上，提出了基于混合料顆粒干涉思想(細集料干涉與瀝青膠漿干涉)與體積填充思想的抗車轍型瀝青混合料配合比設計方法；陸兆峰等[4]對巖瀝青改善瀝青混合料抗車轍機理進行了分析，并通過室內試驗研究巖瀝青改性瀝青混合料抗車轍性能；董軼等[5]利用有限元軟件分析了中面層瀝青混凝土性能對瀝青路面抗車轍性能的影響，指出在進行路面結構組合及材料組成設計時應該充分考慮中面層瀝青混合料的抗車轍性能。

本文在前人基礎上，對瀝青混合料抗車轍性能的影響因素進行分析，針對影響因素依次對瀝青混合料的材料組成及設計進行改進，最終應用于實體工程的瀝青路面中面層，為以后的工程設計與研究提供參考依據。

1 瀝青混合料抗車轍性能影響因素分析

瀝青混合料抗車轍性能影響因素主要包括瀝青膠結料性能、瀝青用量、級配、孔隙率及外加劑等。首先，良好性能的瀝青膠結料與合理的瀝青用量能夠有效改善混合料的抗剪切能力，尤其是高溫條件下瀝青路面的高溫剪切變形；其次，級配是決定混合料骨架嵌擠結構的關鍵，是混合料強度的重要影響因素；再者，孔隙率是瀝青路面壓密型車轍的關鍵影響因素，孔隙率越大，變形越大，車轍越嚴重；最后，抗車轍等外加劑的添加能夠有效改善瀝青混合料抗車轍性能。因此，本文在此選用I-D型SBS改性瀝青；借鑒Superpave設計方法避開級配禁區進行骨架嵌擠型級配設計；并添加適量的高粘顆粒改善瀝青混合料的抗車轍性能；通過室內試驗對瀝青混合料路用性能進行研究。

2 配合比設計

2.1 原材料

本文采用I-D型SBS改性瀝青作為膠結料，改善瀝青與集料間的粘結力，尤其是高溫條件下混合料的抗剪切性能，改性瀝青技術指標見表1；集料選用凝灰巖，其中粗集料針片狀含量較低，并具有良好的棱角性。

2.2 級配設計

表1 瀝青技術指標

為保證瀝青混合料具有良好的骨架嵌擠結構，借鑒Superpave級配設計方法，控制關鍵篩孔的通過率，避開級配禁區，并盡可能將級配曲線穿過禁區下方，以獲得足夠大的VMA。級配設計結果見表2，級配曲線如圖1所示。

表2 礦料級配計算表

2.3 最佳油石比的確定

根據上述分析可知，當瀝青混合料孔隙率為4%左右時，具有最好的抗車轍性能；同時為了更好的模擬實際瀝青路面的碾壓成型工藝，本文采用旋轉壓實成型方法成型混合料試件，以4%為目標孔隙率確定最佳油石比。成型溫度為165 ℃，旋轉壓實次數為100次。選擇4.3%，4.7%和5.1%三個初始油石比成型試件，進行測試試件的體積指標，并計算最大理論密度，結果見表3。

從表3可以看出，隨著油石比的增加瀝青混合料的孔隙率不斷減小，4%孔隙率所對應的油石比為4.8%，同時瀝青飽和度與礦料孔隙率都能夠滿足規范要求。因此，后文選擇4.8%油石比進行瀝青混合料性能驗證及性能研究。

表3 旋轉壓實試驗結果

3 性能研究

根據JTG F40—2004公路瀝青路面施工技術規范要求，采用馬歇爾試驗方法成型標準馬歇爾試件進行性能驗證，同時采用浸水馬歇爾試驗及凍融劈裂試驗、車轍試驗對瀝青混合料的水穩定性與抗車轍性能進行研究。

3.1 體積指標性能驗證

采用馬歇爾擊實儀，雙面各擊實75次，采用4.8%的油石比成型標準馬歇爾試件，測試試件的毛體積相對密度、理論相對密度、孔隙率、穩定度、流值等，試驗結果見表4。

表4 瀝青混合料馬氏擊實試驗結果

從表4的測試結果看出，由于馬歇爾擊實成型方法擊實功較小，因此馬歇爾試件的孔隙率比旋轉壓實試件大，但仍能夠滿足規范要求。同時，由于混合料級配具有良好的骨架嵌擠結構，因此穩定度較高，流值較小。

3.2 水穩定性檢驗

水毀病害是瀝青路面常見的病害形式之一，雨水及路面水的下滲會降低面層混合料的粘結強度，同時損壞基層，最終導致路面結構強度及承載力的降低。因此，必須保證瀝青混合料具有良好的抗水毀性能。采用馬歇爾試件，通過浸水馬歇爾試件及凍融劈裂試驗研究混合料的水穩定性能，試驗結果見表5。

表5 水穩定性測試結果

從表5可以看出，由于采用SBS改性瀝青作為膠結料，集料與瀝青具有良好的粘結性能，同時混合料孔隙率在規范范圍，因此瀝青混合料具有良好的水穩定性能。

3.3 混合料抗車轍性能研究

通過上述研究可知，瀝青混合料具有良好的物理力學性能。為了改善瀝青混合料的抗車轍性能本文采用抗車轍與高粘顆粒作為外加劑。特制定以下試驗方案：Superpave-20+SBS改性瀝青、Superpave-20+SBS改性瀝青+抗車轍劑、Superpave-20+SBS改性瀝青+高粘顆粒。通過動穩定度與車轍深度指標評價各種混

合料的抗車轍性能，進行抗車轍瀝青混合料的優化設計。其中車轍試驗溫度為60 ℃，胎壓為0.7 MPa，碾壓速率為42次/mm，試驗結果見表6。由表6可知，三種試件動穩定度指標的優劣次序依次為：添加抗車轍劑試件>添加高粘顆粒試件>未添加試件，車轍深度則正好相反。這說明添加高粘顆粒與抗車轍劑能夠有效改善瀝青混合料的抗車轍性能，其中抗車轍的添加動穩定度指標提高了近2倍，高粘顆粒試件提升了近1倍。這主要是因為抗車轍劑與高粘顆粒都能夠提高瀝青膠結料的粘度，改善混合料的抗剪切性能，且抗車轍在混合料中形成網狀結構，起到加筋作用，因此效果更好。由于混合料級配具有良好的骨架嵌擠結構，集料棱角性良好，同時采用SBS改性瀝青，因此未添加試件的穩定度也高達5 419次/mm。

表6 車轍試驗結果

綜上所述，采用具有良好粘結性能的瀝青膠結料，棱角性好、針片狀含量低的集料，骨架嵌擠型級配并控制4%的孔隙率，同時以抗車轍劑為外加劑，能夠有效改善瀝青混合料的抗車轍性能。

4 結語

本文結合理論與試驗方法對瀝青混合料抗車轍性能改善技術進行探究，得到以下結論：1)瀝青混合料抗車轍性能影響因素主要包括瀝青膠結料性能、瀝青用量、級配、孔隙率及外加劑等，其中4%孔隙率時具有較好的抗車轍及水穩定性；2)借鑒Superpave配合比設計方法，避開級配禁區，以4%孔隙率為控制指標，確定最佳油石比為4.8%；室內試驗表明混合料具有良好的物理力學性能及水穩定性；3)采用具有良好粘結性能的瀝青膠結料，棱角性好、針片狀含量低的集料，骨架嵌擠型級配，控制4%的孔隙率，同時以抗車轍劑為外加劑，能夠有效改善瀝青混合料的抗車轍性能。

[1] 賈其軍.近年來國內瀝青混凝土路面抗車轍性能研究進展[J].公路,2014(7):328-334.

[2] 朱洪洲,黃曉明.瀝青混合料高溫穩定性影響因素分析[J].公路交通科技,2004(4):1-3，8.

[3] 蔡 旭.瀝青路面抗車轍性能評價及結構優化[D].廣州：華南理工大學,2013.

[4] 陸兆峰,何兆益,黃 剛,等.天然巖瀝青改性瀝青路面抗車轍性能分析[J].公路交通科技,2010(5):17-21，25.

[5] 董 軼,彭妙娟.中面層對瀝青混凝土路面抗車轍性能影響研究[J].中外公路,2010(4):108-111.

[6] 郝培文，吳 徽，張登良.不同瀝青用量與級配組成對瀝青混合料抗車轍性能的影響[J].西安公路交通大學學報,1998(3):199-202.

The research on improvement technology of anti-rutting performance of asphalt mixture

Gan Xudong Fang Jie

(CixiNingboHighwayConstructionEngineeringHeadquarters,Ningbo315000,China)

The improvement method of anti-rutting performance of asphalt mixture was researched through the theoretical analysis and laboratory test methods in the paper. Analysis the key factors which affect anti-rutting performance of mixture, anti-rutting asphalt mixture was designed according to Superpave design method and putting porosity as design index. The result shows that the anti-rutting performance of mixture can be effectively improved when the asphalt and aggregate with well performance, skeleton embedded extrusion gradation, anti-rutting agent were used, and the porosity was strictly controlled.

asphalt pavement, mixture, anti-rutting performance, mix design

1009-6825(2016)13-0118-02

2016-02-28

干旭棟(1981- )，男，工程師； 方 捷(1983- )，男，工程師

U214.75

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