抗車(chē)轍劑在新疆高溫差地區(qū)的應(yīng)用

李學(xué)良 / 新疆環(huán)路通公路橋梁試驗(yàn)檢測(cè)有限公司

抗車(chē)轍劑在新疆高溫差地區(qū)的應(yīng)用

李學(xué)良 / 新疆環(huán)路通公路橋梁試驗(yàn)檢測(cè)有限公司

簡(jiǎn)述了抗車(chē)轍劑對(duì)瀝青混合料的作用機(jī)理，并對(duì)不同摻量下的瀝青混合料進(jìn)行了路用性能試驗(yàn)研究， 分析車(chē)轍劑摻量對(duì)瀝青混合料的基礎(chǔ)性能、水穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性的影響，根據(jù)不同設(shè)計(jì)要求選擇合適的最佳抗車(chē)轍劑摻量。

抗車(chē)轍劑；最佳摻量；路面性能；選擇

新疆氣候?qū)俚湫偷拇箨懶愿珊禋夂?南疆干旱,光照長(zhǎng),少雨,年降水量?jī)H20～100毫米,而北疆卻達(dá)100～500毫米。年平均氣溫南疆平原10℃～13℃，北疆平原低于10℃。極端最高氣溫曾達(dá)48.9℃，極端最低氣曾達(dá)－51.5℃。新疆氣候的幾個(gè)特點(diǎn):1.干燥2.冬冷夏熱 3.氣溫日較差大 4.日照豐富 。

隨著汽車(chē)運(yùn)輸?shù)闹剌d化趨勢(shì)逐漸增長(zhǎng)以及夏季高溫天氣的持續(xù)發(fā)展，致使車(chē)轍成為新疆瀝青路面的主要病害之一。特別是在重載高速公路、礦區(qū)通過(guò)道路等路段，路面車(chē)轍病害尤為突出，給行車(chē)安全帶來(lái)極大威脅。據(jù)調(diào)查，新疆主干線公路返修的原因中，車(chē)轍占80%以上。有的高速公路甚至在車(chē)轍銑刨加鋪兩年后又出現(xiàn)明顯車(chē)轍的情況，使項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益受到極大影響。

選擇在瀝青混凝土中摻加抗車(chē)轍劑來(lái)增加路面抗車(chē)轍能力是一種比較有效的措施。在新疆這樣夏季極熱、冬季極寒、高溫差的氣候條件，以及重載、超載車(chē)輛多的運(yùn)營(yíng)狀況，路面既要防止高溫車(chē)轍又要顧及低溫開(kāi)裂病害，如何選擇合適的路面設(shè)計(jì)指標(biāo)以及抗車(chē)轍劑最佳摻量是一個(gè)需要研究的課題。

現(xiàn)結(jié)合北京至烏魯木齊國(guó)家高速公路明水（甘新界）至哈密段公路項(xiàng)目路面車(chē)轍設(shè)計(jì)指標(biāo)選擇以及抗車(chē)轍劑使用進(jìn)行介紹。

1.抗車(chē)轍劑的作用機(jī)理

對(duì)于抗車(chē)轍劑作用機(jī)理，不同類(lèi)型稍有差異。主要可概括為在瀝青混合料中的增強(qiáng)填充、纖維加筋、增黏膠結(jié)、瀝青改性和彈性恢復(fù)作用，從而提高瀝青混合料高溫穩(wěn)定性而不影響其他路用性能。

①增強(qiáng)填充作用：抗車(chē)轍劑都是以顆粒形狀存在，當(dāng)拌和混合料中途加入，顆粒表面融化，粘結(jié)在礦料表面。顆粒內(nèi)部軟化，還以顆粒存在，通過(guò)施工過(guò)程，軟化后的添加劑顆粒通過(guò)塑性變形，很好的填充嵌擠到級(jí)配骨架的空隙中，提高了密實(shí)度，增大礦料間的粘結(jié)面積，增強(qiáng)混合料之間的相互作用力。使混合料力學(xué)性能得到優(yōu)化，提高了混合料抵抗荷載及抗車(chē)轍的能力。

②纖維加筋作用：瀝青混合料中融化粘結(jié)，形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，類(lèi)似加入纖維。將礦料顆粒緊固在一起，起到加筋作用，提高混合料整體強(qiáng)度。

③增黏膠結(jié)作用：車(chē)轍劑在混合料拌和過(guò)程中加入，部分融化包裹在礦料顆粒表面。由于其冷卻后具有較高黏結(jié)性能，使礦料之間的膠結(jié)作用增強(qiáng)，提高了油膜的界面黏結(jié)強(qiáng)度。

④瀝青改性作用：加入的抗車(chē)轍劑，大多是聚酯類(lèi)高分子化合物。在瀝青混合料施工后，抗車(chē)轍劑慢慢從瀝青中吸附油分，起到對(duì)瀝青改性的作用，提高瀝青的粘附性等指標(biāo)，增強(qiáng)混合料的路用性能。

⑤彈性恢復(fù)作用。在瀝青混合料中加入的抗車(chē)轍劑，具有彈性變形能力。在較高溫時(shí)，起填充作用的顆粒，具有使路面的部分變形恢復(fù)功能，減少了瀝青混凝土路面的永久變形。

2.項(xiàng)目概況

北京至烏魯木齊國(guó)家高速公路明水（甘新界）至哈密段公路公路等級(jí)為四車(chē)道高速公路，設(shè)計(jì)速度120km/h。項(xiàng)目區(qū)位于東經(jīng)94°09’～96°09’，北緯42°01’～43°16’之間。項(xiàng)目沿線基本為荒漠戈壁區(qū)，海拔高度在800～1500m之間。區(qū)域內(nèi)日照充足，蒸發(fā)強(qiáng)烈，夏季炎熱，冬季寒冷，溫差較大，干燥少雨雪，春夏季多風(fēng)，屬典型的大陸性干旱氣候。部分路段穿越山嶺，氣溫相對(duì)較低。降水和融雪為地下水和地表水的主要來(lái)源。

路面結(jié)構(gòu)為：下面層7cm厚AC-25瀝青混凝土；中面層5 cm厚AC-20；上面層4cm厚AC-16改性瀝青混凝土。

本文主要針對(duì)上面層4cm厚AC-16改性瀝青混凝土性能進(jìn)行研究，抗車(chē)轍劑使用深圳海川新材料科技股份有限公司產(chǎn)品。

3.摻加抗車(chē)轍劑瀝青混凝土性能

3.1 瀝青性能

本項(xiàng)目采用Ⅰ-C型SBS改性瀝青，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)取樣試驗(yàn)，項(xiàng)目所使用改性瀝青各項(xiàng)指標(biāo)符合Ⅰ-C型SBS改性瀝青要求。改性瀝青技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1

表1 改性瀝青技術(shù)指標(biāo)

3.2 集料性能

上面層使用玄武巖、石屑、水洗天然砂、礦粉等材料，集料各項(xiàng)指標(biāo)均符合高速公路要求。

3.3 試驗(yàn)方案

本次試驗(yàn)以基質(zhì)瀝青配制的 AC一16密級(jí)配瀝青混凝土為基質(zhì)混凝土，通過(guò)馬歇爾試驗(yàn)確定基質(zhì)瀝青混凝土油石比為4.5% ，采用抗車(chē)轍劑用量分別為0%，0.20% 、0.25% 、0.30%、0.35% 、0.40%對(duì)路用性能進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。抗車(chē)轍劑在集料混合攪拌時(shí)投入，同時(shí)干拌90 S，然后加瀝青拌90 S，再加礦粉拌90S。集料和礦粉加熱溫度為190～200℃ ，瀝青加熱溫度為160～170℃ ，拌和溫度為180℃ ，試件成型溫度為l50～160℃ 。

3.4 各種摻量瀝青混凝土基本性能

對(duì)各種抗車(chē)轍劑摻量的瀝青混凝土按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》JTG E20-2011進(jìn)行成型后進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表2。

表2 加不同比例抗車(chē)轍瀝青混合料強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)表

通過(guò)上表可以看出：摻加抗車(chē)轍劑后，瀝青混合料的毛體積密度普遍較未摻加時(shí)有所降低，主要原因?yàn)榭管?chē)轍劑密度相對(duì)較小，隨摻量的增加瀝青混凝土密度隨之減小；瀝青混合料的空隙率普遍較未摻加時(shí)有所增大，說(shuō)明外摻顆粒狀抗車(chē)轍劑后瀝青混合料的密實(shí)程度受到了影響；瀝青混合料的礦料間隙率普遍較未摻加時(shí)增大，說(shuō)明抗車(chē)轍劑交織搭橋而形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使得礦料顆粒之間的間隙增大，為瀝青結(jié)合料的填充提供了更大的空間；瀝青混合料的瀝青飽和度普遍較未摻加時(shí)減小；瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度逐漸增加，沒(méi)有出現(xiàn)峰值；流值普遍較未摻加時(shí)略有增大，說(shuō)明抗車(chē)轍劑的交織網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)混合料的可塑性產(chǎn)生了直接的影響。

3.5 高溫性能

按不同抗車(chē)轍劑摻量確定的最佳油石比，分別成型車(chē)轍試件，并進(jìn)行車(chē)轍試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明，摻加抗車(chē)轍劑后，瀝青混凝土的動(dòng)穩(wěn)定度明顯增強(qiáng)，在2.0‰～4.0‰范圍內(nèi)隨著抗車(chē)轍劑摻量的增加，動(dòng)穩(wěn)定度結(jié)果不斷增加。

3.6 低溫性能

按不同抗車(chē)轍劑摻量確定的最佳油石比，輪碾成型試件，切割成標(biāo)準(zhǔn)試件后，在-10℃進(jìn)行彎曲試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示

圖2 低溫彎曲

摻入抗車(chē)轍劑后，前期混凝土的最大彎拉應(yīng)變有較大幅度的提高，隨著抗車(chē)轍劑摻量的加大，瀝青混凝土的最大彎拉應(yīng)變不斷減小。摻量為4‰時(shí)最大彎拉應(yīng)變已低于不摻抗車(chē)轍劑的原始混凝土，并小于規(guī)范要求值（不小于3000με）。

3.7 水穩(wěn)定性能

按不同抗車(chē)轍劑摻量確定的最佳油石比，分別成型馬歇爾試件，并進(jìn)行凍融劈裂試驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

圖3 凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

在2.0‰～4.0‰范圍內(nèi)隨著抗車(chē)轍劑摻量的增加，凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比不斷減小。同樣說(shuō)明，外摻顆粒狀抗車(chē)轍劑后瀝青混合料的密實(shí)程度受到了影響，孔隙率不斷增大，瀝青混凝土水穩(wěn)定性不斷下降。

3.8 項(xiàng)目路面指標(biāo)選擇

本項(xiàng)目大部分路段處于高溫、干旱少雨路段，部分段落處于山嶺區(qū)，降雨、降雪量相對(duì)較大，綜合試驗(yàn)結(jié)果，本項(xiàng)目高溫、干旱少雨路段推薦摻加抗車(chē)轍劑最佳摻量為3.5‰，山嶺區(qū)段落路段推薦摻加抗車(chē)轍劑最佳摻量為3.0‰，抗車(chē)轍設(shè)計(jì)指標(biāo)選擇為8000次/mm。

4.結(jié)束語(yǔ)

4.1 抗車(chē)轍劑可以增加瀝青混凝土的馬歇爾穩(wěn)定度，隨著抗車(chē)轍劑摻量的增加，馬歇爾穩(wěn)定度不斷小幅增加。

4.2 抗車(chē)轍劑可以明顯增加瀝青混凝土的瀝青混凝土的高溫性能，在2.0‰～4.0‰摻量范圍內(nèi)未出現(xiàn)峰值。

4.3 摻加抗車(chē)轍劑后，瀝青混凝土低溫性能得到增強(qiáng)，隨著抗車(chē)轍劑摻量的增加，低溫性能不斷降低，摻量為4‰時(shí)最大彎拉應(yīng)變已低于不摻抗車(chē)轍劑的原始混凝土，并小于規(guī)范要求值（不小于3000με）。

4.4 摻抗車(chē)轍劑的瀝青混合料水穩(wěn)定性總體出現(xiàn)下降趨勢(shì)，隨著摻量的增加，水穩(wěn)定性下降趨勢(shì)逐漸加快。

4.5 摻抗車(chē)轍劑的瀝青混合料的毛體積密度普遍較未摻加時(shí)有所降低，空隙率普遍較未摻加時(shí)有所增大，礦料間隙率普遍較未摻加時(shí)增大，瀝青飽和度普遍較未摻加時(shí)減小，流值普遍較未摻加時(shí)略有增大，整體變化趨勢(shì)與未摻加抗車(chē)轍劑時(shí)基本一致。

4.6 抗車(chē)轍劑最佳摻量應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目具體設(shè)計(jì)要求，兼顧高溫、低溫性能和水穩(wěn)定性綜合比選。

[1]JTG E20—2011,公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程[S].

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

[3]張宏武.不同改性劑改性瀝青性能分析[J].山西交通科技，2006(6).

[4]趙振東.摻加抗車(chē)轍劑瀝青混合料技術(shù)性能研究［J］.公路交通科技，2009(02).