抗車轍劑和湖瀝青對瀝青混合料路用性能影響試驗研究

■高 超奚 進

(1中咨華科交通建設技術有限公司，北京 100195；2 江西省交通科學研究院，南昌 330038)

抗車轍劑和湖瀝青對瀝青混合料路用性能影響試驗研究

■高 超1奚 進2

(1中咨華科交通建設技術有限公司，北京 100195；2 江西省交通科學研究院，南昌 330038)

為了比較分析添加抗車轍劑和湖瀝青對瀝青混合料路用性能的影響，本文對瀝青混合料進行配合比設計，并在瀝青混合料中分別添加3‰的國產某品牌抗車轍劑和25%的湖瀝青，通過采用高溫車轍試驗、凍融劈裂試驗、浸水馬歇爾試驗、低溫彎曲試驗，對添加抗車轍劑后的瀝青混合料高溫性能、水穩定性能、低溫性能進行評價。研究表明：湖瀝青和抗車轍劑均能改善瀝青混合料的高溫、抗水損和低溫方面性能；在改善高溫性能方面抗車轍劑優于湖瀝青，在低溫和抗水損害方面湖瀝青優于抗車轍劑。

抗車轍劑 湖瀝青 瀝青混合料 路用性能 試驗研究

1 引言

我國經濟快速發展的背景下，交通運輸業繁榮發展，重載交通不斷增多，超載現象時常發生，導致爬坡路段、超載嚴重和車流量較大路段瀝青路面抗車轍能力不足，出現車轍、推移和擁包等病害，使得路道路路用性能下降，道路壽命縮短。

國外較多采用抗車轍劑來提高道路抗永久變形的能力。抗車轍劑在提高道路高溫性能的同時不會降低道路的其它性能，而且工藝簡單，便于施工。

湖瀝青屬于涌出地面的天然瀝青，在國外廣泛使用，表現出優良的路用性能，主要體現在：(1)高溫抗車轍性能好。湖瀝青是在高溫下經過億萬年充分氧化后形成的，分子量較大，不含蠟，且灰分呈珊瑚狀，在高溫下可以將瀝青輕組分吸入孔隙中，具有較高的聚合度，這使得湖瀝青溫度敏感性降低、軟化點提高，抗車轍能力增強[1-3]。(2)抗水損害性能好。湖瀝青中含有大量的氮、氧等，使得瀝青的極性增強，對集料的粘附性得到提高，從而使得抗水損害性能提高[1-3]。(3)抗老化性能好。湖瀝青中氮以官能團形式出現，且含量是普通瀝青的幾十倍，對自由氧化基具有較高的抗性，這使得湖瀝青具有較優的抗老化性能。另外由于湖瀝青本身是瀝青，不屬于改性劑，與瀝青成分完全相同，將其加入石油瀝青中，兩者相容性較好[1-3]。

國內對分別添加抗車轍劑和湖瀝青來改善道路性能均有一定的研究，但是對兩者對比研究較少。因此，本文對同一配比的瀝青混合料分別添加抗車轍劑和湖瀝青，進行對比研究。

2 試驗材料

2.1 湖瀝青性能指標

本文中采用的湖瀝青是特立尼達湖瀝青，該瀝青技術指標見表1，試驗結果表明該種湖瀝青具有較好的高溫性能和抗老化性能。

2.2 基質瀝青指標

本次研究選擇了中海油A級50號道路石油瀝青，其各項試驗結果均滿足 《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40-2004)，詳見表2。

表1 特立尼達湖瀝青試驗結果

表2 基質瀝青試驗結果

2.3 抗車轍劑技術性能

研究中采用的是某國產品牌抗車轍劑，其外觀為灰黑色顆粒狀，摻量為瀝青混合料總質量的3‰，該抗車轍劑是多種聚合物共混后制備出的瀝青混合料改性劑。它可以對瀝青加以改性，提高瀝青的高溫性能；且增強集料表面粘結力；另外具有填充混合料起到加筋作用[4]。從而大幅提高瀝青混合料高溫穩定性能，已在多條高速公路得到成功應用。其基本性質如表3所示。

表3 抗車轍劑技術性質

2.4 其它原材料

研究中混合料所采用的集料為輝綠巖和機制砂，填料為石灰巖磨細加工的礦粉。

3 配合比設計

3.1 級配確定

本文對瀝青混合料進行配合比進行設計，所設計瀝青混合料為AC-13C型。在確定級配時為了提高混合料的性能，需要盡量保證合成級配曲線為平緩的“S型”曲線，不出現拐點，并且減少較小粒徑及較大粒徑集料的用量[5-6]。根據上述要求選取合適的瀝青混合料級配，如表4和圖1所示。

圖1 合成級配曲線圖

表4 合成級配

3.2 油石比確定

以0.5%為間隔按照4.0%、4.5%、5.0%、5.5%、6.0%油石比成型5組馬歇爾試件，對各試件進行力學及體積指標測試，其結果如表5所示。

表5 瀝青混合料力學及體積指標

從表5可以確定最佳油石比為5.0%，其各項指標均滿足《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40-2004)要求。

3.3 改性瀝青混合料制備

本文在上述瀝青混合料配合比設計基礎上，分別加入抗車轍劑(混合料總質量3‰)和湖瀝青(湖瀝青與基質瀝青質量的比值為1:3)，制備抗車轍劑瀝青混合料和湖瀝青混合料。

4 路用性能

4.1 高溫性能

本研究遵照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTJ E20—2011)要求，成型尺寸為300mm×300mm×50mm的車轍試件，對瀝青混合料高溫性能進行評價，其試驗結果如表6和圖2所示[4]。

圖2 不同瀝青混合料高溫性能試驗結果

表6 不同瀝青混合料高溫性能試驗結果

從表6和圖2可知：(1)未添加抗車轍劑或者湖瀝青的基質瀝青混合料、加入湖瀝青的瀝青混合料和加入抗車轍劑的瀝青混合料動穩定度均滿足 《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTJ E20—2011)中1-4區動穩定度要求。加入抗車轍劑或者湖瀝青后瀝青混合料抗車轍性能提高，說明抗車轍劑和湖瀝青均可以改善瀝青混合料的高溫穩定性能。(2)加入抗車轍劑的混合料動穩定度結果＞加入湖瀝青混合料動穩定度＞未加抗車轍劑或者湖瀝青的混合料動穩定度，說明抗車轍劑在改善混合料高溫性能方面比湖瀝青更優。

4.2 水穩定性能

本研究遵照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTJ E20—2011)要求，分別成型75次擊實次數的馬歇爾試件10個和50次擊實次數的馬歇爾試件10個，采用浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗評價混合料的抗水損害性能，其試驗結果如表7和圖3所示。

圖3 不同瀝青混合料水穩定性試驗結果

表7 不同瀝青混合料水穩定性試驗結果

從表7和圖3可知：(1)未添加抗車轍劑或者湖瀝青的基質瀝青混合料、加入湖瀝青的瀝青混合料和加入抗車轍劑的瀝青混合料殘留穩定度比和凍融劈裂強度比均滿足 《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTJ E20—2011)中1-4區殘留穩定度比和凍融劈裂強度比要求。且加入抗車轍劑或者湖瀝青后瀝青混合料殘留穩定度和凍融劈裂強度比均較基質瀝青混合料有所提高，說明抗車轍劑和湖瀝青均可以改善瀝青混合料的抗水損害性能。(2)加入湖瀝青混合料抗水損性能＞加入抗車轍劑的混合料抗水損性能＞未加抗車轍劑或者湖瀝青的混合料抗水損性能，說明湖瀝青在改善混合料抗水損害性能方面比抗車轍劑更優。

4.3 低溫性能

本研究按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTJ E20—2011)要求，成型尺寸為300mm×300mm×50mm的車轍試件，再切割成尺寸為35mm×30mm×250mm的標準小梁試件，并在試驗條件為‐10℃下進行低溫彎曲試驗，其試驗結果如表8和圖4所示。

圖4 不同瀝青混合料低溫性能試驗結果