兩種抗車轍劑綜合性能優劣對比研究

范定旺

(山西省交通科學研究院 太原市 030006)

抗車轍劑是特定造粒設備經過一定工藝將多種原料混合制備成的形狀均勻的顆粒狀瀝青混合料外摻改性劑，具有存儲方便、添加簡便且路用性能優良的特點。它的原料來源廣泛，主要為高分子聚合物。近年來，市面上抗車轍劑廠家眾多，質量和價格相差很大，且各個品牌抗車轍劑的原料種類、適用范圍、作用機理不盡相同。實體工程應用中，在眾多供應商中選擇性價比最合理的抗車轍劑十分困難。

為保證抗車轍劑瀝青混合料的性能，高恒楠對不同摻加量的抗車轍劑改性瀝青混合料的路用性能進行研究，得到車轍王抗車轍劑的最佳摻量；張爭奇等通過室內車轍試驗，分析抗車轍劑種類及摻加量對混合料高溫性能的影響；劉鋒等對比分析了不同橡膠粉和抗車轍劑摻量對復合改性瀝青混凝土路用性能的改善程度。綜上所述，國內學者主要針對某一品牌抗車轍劑的摻加量和路用性能進行研究分析，對不同品牌抗車轍劑的綜合性能優劣對比評價方法研究甚少。

因此，結合實體工程，旨在利用實驗室現有設備，系統地對兩種品牌的抗車轍劑進行室內性能測試，比較二者性能優劣及作用機理，為實體工程選取抗車轍劑提供評價方法及科學參考。

1 試驗

試驗主要依托山西省某高速公路摻入抗車轍劑的瀝青混合料中面層實體工程，結合實驗室內性能檢測，通過抗車轍劑基本物理性能、與石料的拌和粘附性、瀝青混合料性能試驗，綜合對比兩個供應商提供的品牌A和B抗車轍劑性能的優劣，并分析其作用機理。

1.1 原材料

(1)瀝青

本實驗所用瀝青為加德士70號A級石油瀝青，各項指標符合《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40-2004)的要求，其主要性能指標見表1。

表1 加德士70號A級石油瀝青基本性能指標

(2)集料

集料主要包括粗集料、細集料和填料等。粗細集料來自山西省潞城市鑫源石料廠。填料為山西長治祥和礦石粉總廠的石灰巖礦粉，其性能指標見表2。

粗集料為3～5mm、5～10mm、10～20mm石灰巖，其性能指標見表3。

細集料為0～3mm機制砂，其性能指標見表4。

表2 礦粉性能指標

表3 粗集料性能指標

表4 細集料性能指標

1.2 瀝青混合料組成

根據實體工程摻入抗車轍劑石灰巖AC-20瀝青混合料目標配合比的設計，最佳油石比定為4.5%，抗車轍劑摻加量為瀝青混合料的0.4%。合成級配通過率見表5。

表5 合成級配通過率

2 試驗結果與分析

2.1 抗車轍劑基本性能

分別對A和B兩種品牌的抗車轍劑樣品測試物理性能，其主要指標見表6。

試驗結果表明：兩種抗車轍劑物理指標主要差異在軟化點和熔體質量流動速率。抗車轍劑A的熔體質量流動速率僅為0.48g/10min，而抗車轍劑B的熔體質量流動速率達到3.51g/10min，是樣品A的7.3倍。抗車轍劑A的軟化點比B高16.5℃。

表6 A和B兩種品牌的抗車轍劑物理性能

2.2 抗車轍劑與石料的拌和粘附性

為評價抗車轍劑的作用效果，觀察抗車轍劑與石料的相互作用，在實驗室模擬進行抗車轍劑與石料的粘附性試驗研究。實驗內容：

(1)將中面層AC-20混合料用石灰巖集料篩分、水洗、烘干，得到潔凈的5～10mm的集料兩份，放入190℃的烘箱加熱5h以上。

(2)將抗車轍劑A和B按照工程添加量與預熱的集料分別拌和，在拌和鍋內攪拌90s后放在干凈的盤子里，觀察抗車轍劑與石料的狀態。

將抗車轍劑A和B分別與石料拌和，選取具有代表性的石子。抗車轍劑A與石料拌和后狀態見圖1，抗車轍劑B與石料拌和后狀態見圖2。

圖1 抗車轍劑A與石料拌和后狀態

圖2 抗車轍劑B與石料拌和后狀態

從圖1可知，抗車轍劑A與石料進行拌和，在高溫集料的攪拌作用下，會發生軟化變形，但是還難以拉絲達到加筋的效果。只是通過嵌擠作用，具有可塑變形的抗車轍劑A夾雜在幾塊集料的縫隙中，對瀝青混合料的孔隙起到填充作用，同時作為某一種粒徑的彈性集料起到恢復變形的作用，但并未起到加筋的作用。從圖2抗車轍劑B與石料拌和后狀態可知，抗車轍劑B發生明顯的拉絲加筋現象，在集料骨架內相互之間接枝交叉連在一起而形成纖維立體網狀加筋作用。一根抗車轍劑絲將幾塊石料粘結在一起，冷卻以后，相互之間很牢固。說明抗車轍劑B主要通過加筋作用，達到對瀝青混合料性能提升的目的。

2.3 摻入抗車轍劑的瀝青混合料性能試驗

2.3.1車轍試驗

表7 車轍試驗結果

摻入抗車轍劑最大的作用就是提高瀝青混合料的抗車轍變形能力。車轍試驗是我國目前評價瀝青混合料高溫性能的主要方法。表7結果表明：普通AC-20瀝青混合料60min變形平均達到4.565mm，動穩定度為994次/mm。A和B兩種抗車轍劑的摻入，均提高動穩定度并減少60min變形。抗車轍劑A的加入使60min變形降低了50.7%，抗車轍劑B降低了59.4%。

抗車轍劑A瀝青混合料的動穩定度為4271次/mm，滿足工程設計不小于4000次/mm的要求。抗車轍劑B瀝青混合料的動穩定度達到9231次/mm，遠高于抗車轍劑A。結合之前試驗結果，主要是由于抗車轍劑B低的軟化點和高的熔體質量流動速率，使其對瀝青更好地改性。并且在混合料拌和過程中拉絲加筋形成空間立體網狀結構，在動荷載的作用中，吸收一部分應力減少變形。而抗車轍劑A僅依靠嵌擠填充作用，在空間內與石料呈點面狀接觸，未能形成整體網狀結構，因而其動穩定度要低一些。

2.3.2低溫彎曲試驗

表8 小梁彎曲試驗結果

采用-10℃低溫小梁彎曲試驗作為瀝青混合料低溫抗裂性能的評價方法。表8結果表明：A和B兩種抗車轍劑的摻入，破壞強度、彎曲勁度模量、破壞應變均提高，滿足工程設計改性瀝青混合料的指標。抗車轍劑A的加入使三種指標分別提高了12.1%、5.03%、16.15%，抗車轍劑B提高了17.6%、7.37%、17.4%。且兩種抗車轍劑對瀝青混合料低溫性能的改善作用相當，并無較大差別。

相關研究表明，瀝青膠結料自身的低溫性能對瀝青混合料整體的低溫開裂影響很大。同車轍試驗作用機理一樣，抗車轍劑B拉絲加筋的作用雖然優于抗車轍劑A嵌擠填充的作用，但是抗車轍劑對瀝青改性作用后其膠結料自身低溫性能亦有一定的損失，即摻入抗車轍劑A和B的瀝青混合料呈現等同的低溫性能。

2.3.3水穩定性試驗

表9 凍融劈裂試驗結果

選用凍融劈裂試驗作為瀝青混合料水穩定性能的評價方法。表9結果表明：A和B兩種抗車轍劑的摻入，瀝青混合料的凍融、未凍融劈裂抗拉強度都有所提高，殘留強度比TSR大于90%，遠高于規范和工程設計的要求。且摻入抗車轍劑的凍融劈裂抗拉強度比普通瀝青混合料的未凍融劈裂抗拉強度都要高，說明抗車轍劑對改善瀝青混合料的抗水損害性能有明顯作用。

抗車轍劑A和B的加入，均使得基質瀝青變粘變稠，有利于瀝青與石料之間的粘附作用。同時抗車轍劑A作為彈性單一粒徑顆粒，嵌擠在石料中間，減少瀝青混合料內部的孔隙，或者將內部孔隙局部隔斷，使得水分難以進入瀝青混合料中，提高整體抗水損害性能。而抗車轍劑B拌和后形成的空間立體網狀結構，將石料拉絲加筋連接在一起，成為彼此粘結力很大的整體，提升混合料的抗拉抗裂強度，達到提高水穩定性能的效果。

3 結語

(1)本次對兩種抗車轍劑進行對比試驗研究，可以為有關實體工程選取抗車轍劑提供科學參考。抗車轍劑A和B作用機理不同，且B綜合性能要優于A。

(2)抗車轍劑對瀝青混合料高溫、低溫、水穩定性能具有改善作用。車轍試驗和凍融劈裂試驗表明抗車轍劑B性能優于A。低溫彎曲試驗二者性能相當，并無較大差別。抗車轍劑B比A具有高的熔體質量流動速率和低的軟化點，與石料拌和后會發生明顯的拉絲加筋現象，在集料骨架內搭橋交接形成立體網狀，具有加筋作用。而抗車轍劑A只會發生軟化變形，只是起到嵌擠作用和恢復變形的作用，但并未起到加筋的作用。