AC-16混合料對(duì)抗車轍劑的路用性能響應(yīng)分析

吳應(yīng)升，曹 帆，李 旖

(1.廣西大學(xué)，廣西 南寧 530004；2.廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，廣西 南寧 530029)

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AC-16混合料對(duì)抗車轍劑的路用性能響應(yīng)分析

吳應(yīng)升1，曹 帆2，李 旖2

(1.廣西大學(xué)，廣西 南寧 530004；2.廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，廣西 南寧 530029)

為改善AC-16瀝青混合料的力學(xué)性能與耐久性，文章分析了抗車轍劑在瀝青混合料中的作用機(jī)理，對(duì)比了抗車轍劑摻量為0‰、3‰、5‰、7‰四組瀝青混合料試件的高溫、低溫、水穩(wěn)定性能。結(jié)果表明，抗車轍劑可有效提升瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性；對(duì)混合料低溫性能有小幅提升；對(duì)混合料水穩(wěn)定性的提升作用呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，峰值出現(xiàn)在5‰左右。

道路工程；瀝青混合料；抗車轍劑；力學(xué)性能

0 引言

隨著公路軸載與交通量的不斷增大，車轍損壞逐漸成為瀝青混合料路面最主要的損壞現(xiàn)象之一。如何控制瀝青混合料車轍損壞，是瀝青混合料設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的重要因素。造成車轍的原因主要為渠化交通、重載交通及長(zhǎng)陡縱坡等，除此之外，瀝青混合料自身力學(xué)性能的不足，也是車轍損壞的重要原因。瀝青路面車轍的大面積出現(xiàn)極大程度地影響了路面的服務(wù)質(zhì)量與耐久度，同時(shí)增加了瀝青路面的養(yǎng)護(hù)頻率與維修成本[1]。

車轍損壞的類型及其破壞機(jī)理見下頁表1。

表1 車轍類型及其破壞機(jī)理表

瀝青混合料高溫穩(wěn)定性及其他力學(xué)性能的不足常常會(huì)造成瀝青路面失穩(wěn)性車轍的產(chǎn)生。失穩(wěn)性車轍產(chǎn)生的示意圖如圖1所示[2]。

圖1 瀝青路面失穩(wěn)性車轍示意圖

如何設(shè)計(jì)出具有良好抗車轍性能的瀝青混合料，一直是國(guó)內(nèi)外研究者探索與研究的熱門課題。抗車轍劑就是研究者們不斷探索創(chuàng)新的產(chǎn)物。本文以國(guó)產(chǎn)墾特萊抗車轍劑為例，探討抗車轍劑對(duì)AC-16瀝青混合料力學(xué)性能的影響。

1 抗車轍劑及其作用機(jī)理

作為一種瀝青混合料制備過程中的添加劑，常見的抗車轍劑由多種聚合物及助溶劑按照一定的比例制備而成[3]。抗車轍劑對(duì)瀝青混合料的作用主要表現(xiàn)在對(duì)集料骨架結(jié)構(gòu)的改良作用、對(duì)瀝青的改性作用以及對(duì)瀝青混合料整體的加筋作用上[4，5]。

(1)對(duì)集料骨架結(jié)構(gòu)的改良作用

集料在壓實(shí)過程中不斷形成骨架，骨架在混合料抵抗外界荷載的過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。抗車轍劑顆粒在混合料攪拌與成型過程中，因高溫作用不斷以流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)入到骨架的縫隙中。溫度降低后，抗車轍劑顆粒以一種玻璃態(tài)存在于集料骨架中，以其較強(qiáng)的變形恢復(fù)力不斷限制外力作用下集料顆粒的相對(duì)移動(dòng)，從而對(duì)集料骨架進(jìn)行改良，提升了骨架自身的抗車轍能力。

(2)對(duì)瀝青的改性作用

抗車轍劑相對(duì)瀝青而言自身具有更大的粘聚力，與瀝青混合后，可有效提升瀝青與集料粘結(jié)界面的粘結(jié)強(qiáng)度并改善瀝青的針入度與軟化點(diǎn)等指標(biāo)。瀝青與抗車轍劑混合形成的膠結(jié)料將眾多松散的集料顆粒包裹粘結(jié)在一起，從而使瀝青性質(zhì)得到改良，提高了混合料整體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

(3)對(duì)混合料的加筋作用

抗車轍劑在瀝青混合料中常呈片狀或纖維狀分布，當(dāng)片狀或纖維狀的抗車轍劑達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，便相互聯(lián)結(jié)，形成一個(gè)具有較強(qiáng)整體性的立體纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。憑借混合后膠結(jié)料良好的粘結(jié)性能，集料顆粒與立體纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)形成一個(gè)整體，抗車轍劑在混合料中起到類似于加筋的作用，從而使瀝青混合料抗車轍性能得到提升。

2 抗車轍劑對(duì)力學(xué)性能的影響

論文以國(guó)產(chǎn)墾特萊聚合物復(fù)合抗車轍劑為研究對(duì)象，探討抗車轍劑對(duì)AC-16瀝青混合料力學(xué)性能的影響。抗車轍劑技術(shù)指標(biāo)見表2。試驗(yàn)采用的70#基質(zhì)瀝青、輝綠巖粗集料、石灰?guī)r細(xì)集料及礦粉均符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)[6](簡(jiǎn)稱《規(guī)范》)的要求，試驗(yàn)用級(jí)配采用《規(guī)范》AC-16中值級(jí)配。

表2 抗車轍劑技術(shù)指標(biāo)表

2.1 對(duì)高溫穩(wěn)定性的影響

車轍試驗(yàn)是評(píng)價(jià)瀝青混合料高溫穩(wěn)定性較為直接與便捷的試驗(yàn)方法。它通過模擬車輪荷載在混合料表面行走的作用，可較為直觀地反映瀝青混合料的抗車轍性能。單軸貫入試驗(yàn)同樣是評(píng)價(jià)瀝青混合料高溫穩(wěn)定性常用的方法，它的主要表征是混合料抗剪切性能。結(jié)合車轍試驗(yàn)與單軸貫入試驗(yàn)，得到的試驗(yàn)結(jié)果可較為準(zhǔn)確地反映混合料的高溫穩(wěn)定性。因此，本文同樣采用這兩種方法評(píng)價(jià)添加抗車轍劑后的AC-16瀝青混合料高溫性能。在試驗(yàn)過程中，分別開展抗車轍劑摻量為3‰、5‰、7‰三組試件和不摻入抗車轍劑試件的高溫穩(wěn)定性能研究，得到的試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 不同抗車轍劑摻量下高溫穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果曲線圖

由試驗(yàn)結(jié)果可知，抗車轍劑的摻入可顯著提高AC-16瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度與抗剪強(qiáng)度，隨著抗車轍劑摻量的提高，兩種指標(biāo)不斷升高。試驗(yàn)結(jié)果可充分證明，抗車轍劑加入后起到的骨架改良、瀝青改性與加筋作用十分明顯，可較大幅度提升AC-16瀝青混合料的高溫性能，摻入抗車轍劑是一種提升混合料高溫性能的有效措施。

2.2 對(duì)低溫穩(wěn)定性的影響

瀝青混合料在低溫與荷載作用下易出現(xiàn)裂縫損壞。因此，混合料低溫性能是其綜合性能評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)。抗車轍劑的加入對(duì)瀝青混合料高溫性能提升明顯，而高溫性能與低溫性能往往是一對(duì)相互對(duì)立的指標(biāo)。有必要對(duì)抗車轍劑摻入后的瀝青混合料低溫性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，以確保抗車轍劑的可用性。

小梁彎曲試驗(yàn)是常用的瀝青混合料低溫穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法。根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E-20-2011)[7]，本文試驗(yàn)溫度采用-10 ℃，加載速度采用50 mm/min。3‰、5‰、7‰三組抗車轍劑摻量試件和不摻入抗車轍劑試件的小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

由試驗(yàn)結(jié)果可知，抗車轍劑的摻入可小幅度提升瀝青混合料的抗彎拉強(qiáng)度與最大彎拉應(yīng)變。隨著抗車轍劑摻量的增大，混合料低溫性能提升并不明顯，但相對(duì)不摻入抗車轍劑混合料仍有所增加。這可能是因?yàn)榭管囖H劑的摻入使集料與瀝青緊密粘結(jié)在一起，同時(shí)混合料形成纖維立體結(jié)構(gòu)，對(duì)混合料的低溫開裂有一定的抑制作用。

2.3 對(duì)水穩(wěn)定性的影響

水穩(wěn)定性的好壞直接影響瀝青混合料耐久性與行車安全性。通過浸水馬歇爾試驗(yàn)與凍融劈裂試驗(yàn)得到的殘留穩(wěn)定度與凍融劈裂強(qiáng)度比兩個(gè)指標(biāo)常用于測(cè)試瀝青混合料的水穩(wěn)定性能。以3‰、5‰、7‰三組抗車轍劑摻量試件和不摻入抗車轍劑試件開展水穩(wěn)定性測(cè)試，測(cè)試過程中得到的穩(wěn)定度、劈裂強(qiáng)度見圖4，水穩(wěn)定性測(cè)試結(jié)果見圖5。

圖4 不同抗車轍劑摻量下穩(wěn)定度、劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果曲線圖

圖5 不同抗車轍劑摻量下水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果曲線圖

由試驗(yàn)結(jié)果可知，隨著抗車轍劑摻量的增加，混合料穩(wěn)定度與劈裂強(qiáng)度呈現(xiàn)不斷增長(zhǎng)的趨勢(shì)；殘留穩(wěn)定度與凍融劈裂強(qiáng)度比兩項(xiàng)水穩(wěn)定性指標(biāo)呈現(xiàn)先增長(zhǎng)后降低的趨勢(shì)，峰值出現(xiàn)在抗車轍劑摻量為5‰時(shí)。

綜合抗車轍劑加入后的AC-16瀝青混合料高溫、低溫與水穩(wěn)定性能測(cè)試結(jié)果，推薦抗車轍劑摻量控制在5‰左右。

3 結(jié)語

本文對(duì)抗車轍劑在瀝青混合料中的作用機(jī)理進(jìn)行了探討分析，研究了不同抗車轍劑摻量下AC-16瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫穩(wěn)定性與水穩(wěn)定性。結(jié)果表明：抗車轍劑的摻入可有效提升AC-16瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性與水穩(wěn)定性，對(duì)于低溫穩(wěn)定性有小幅提升。當(dāng)抗車轍劑摻量在5‰左右時(shí)，瀝青混合料可獲得較為均衡的綜合性能，推薦抗車轍劑摻量為5‰。

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

[2]王東升.瀝青路面流動(dòng)型車轍的理論研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2009.

[3]惠 冰.抗車轍劑改性瀝青混合料技術(shù)性能研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2009.

[4]丁慶軍，方 楊，劉祖國(guó)，等.瀝青混凝土抗車轍劑研究及應(yīng)用[J].中外公路，2008，28(1)：164-166.

[5]余紅杰.抗車轍劑對(duì)瀝青混合料改性機(jī)理分析[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2012.

[6]JTG F40-2004，公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].

[7]JTG E-20-2011，公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程[S].

Analysis on the Impact of AC-16 Mixture on the Pavement Performance Response of Anti-rutting Agent

WU Ying-sheng1，CAO Fan2，LI Yi2

(1.Guangxi University，Nanning，Guangxi，530004；2.Guangxi Communications Planning Surveying and Designing Institute，Nanning，Guangxi，530029)

To improve the mechanical properties and durability of AC-16 asphalt mixture，this article an-alyzed the action mechanism of anti-rutting agent in asphalt mixture，and compared the high temperature，low temperature，and water stability performance of four asphalt mixture specimens with anti-rutting agent content of respectively 0‰，3‰，5‰，and 7‰.The results showed that the anti-rutting agent can effectively enhance the high temperature stability of asphalt mixture；and the low temperature perform-ance is slightly improved；the water stability enhancement of mixtures shows the trend of firstly increas-ing and then decreasing，with the peak value shown at about 5‰.

Road engineering；Asphalt mixture；Anti-rutting agent；Mechanical properties

U418.6+8

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.09.005

1673-4874(2016)09-0017-04

2016-04-20

吳應(yīng)升(1982—)，在讀碩士，研究方向：建筑與土木工程；

曹 帆(1989—)，碩士，研究方向：道路工程勘察設(shè)計(jì)與研究；

李 旖(1990—)，工學(xué)碩士，主要從事道路工程、景觀綠化研究工作。